船舶柴油机的分类
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基础知识No Responses »二 122011柴油机自1897年问世以来,经过一个世纪的发展,其技术已经取得了很大进步并更趋完善,在动力机械中已占据极为重要的地位。
在船舶动力中也占统治地位。
目前,在所有的内河及沿海中、小型船舶中,都采用柴油机作为主机和辅机;在远洋民用船舶中,在2000t以上的船舶中,以柴油机作为主机的船舶占总艘数的98%以上,占总功率的96%以上。
一、柴油机的优点柴油机能在动力机械以及船舶动力装置中占据极为重要的地位,是因为它具有许多优越的条件。
与其它热机相比,它具有如下优点:(1)热效率高。
大型低速柴油机的有效效率已达到50%~53%,远远高于其他热机;而且柴油机在全工况范围内的热效率都较其它热机高。
热效率高,也就是燃料消耗量小;柴油机又能燃用重油,甚至劣质重油;而且柴油机在停车状态时不需要消耗燃料。
故燃料费用低,船舶的续航力大。
(2)功率范围大。
柴油机的单机功率自1至80080kW,因此其适应的领域宽广。
(3)机动性好。
正常起动只需3~5s,并能很快达到全负荷。
有宽广的转速和负荷范围,能适应船舶航行的各种要求,而且操作简便。
(4)尺寸小,重量轻。
柴油机不需要锅炉等大型附属设备,使柴油机动力装置的尺寸小、重量轻,特别适合于在交通运输等动力装置中应用。
(5)可直接反转。
柴油机可设计成直接反转的换向柴油机,而且倒车性能好,使装置结构简单。
二、柴油机的类型由于柴油机的应用广泛,因此,为满足各种不同的使用要求,柴油机的类型也就多种多样。
根据柴油机的各种不同特点以及不同的分类方法,船舶柴油机大体上有以下类型:(1)按工作循环分类。
有四冲程柴油机和二冲程柴油机。
(2)按进气方式分类。
有增压柴油机和非增压柴油机。
(3)按曲轴转速分类。
有高速、中速和低速柴油机。
高速柴油机:n>1000r/min;中速柴油机:n=300~1000r/min;低速柴油机:n<300r/min。
船舶柴油机详解第三章燃油喷射与燃烧柴油机的燃油喷射系统是柴油机最重要的系统之⼀,其主要功能是为柴油机缸内混合⽓的形成与燃烧提供所需的燃料。
它对柴油机的燃烧以及柴油机的动⼒性、经济性、可靠性、排放特性和起动性能等⼀系列性能指针具有直接的影响。
⾃柴油机诞⽣以来,柴油机的燃油喷射与燃烧⼀直受到⼈们的密切关注,对此进⾏了⼤量的研究。
现代测试技术与测试⼿段的发展与使⽤,把柴油机的燃油喷射与燃烧研究提⾼到⼀个崭新的阶段,使⼈们对柴油机燃烧过程有了更深刻的了解,推动了柴油机开发与制造技术的发展。
船舶柴油机⽬前使⽤的燃料主要有轻柴油、重柴油、重油及渣油等四类。
要使它们在缸内着⽕并燃烧并不困难,但要使其燃烧过程与活塞运动密切配合并获得较⾼的柴油机动⼒性及经济性却不是⼀件容易的事。
对柴油机燃烧的要求可⼤致概括为及时(在上⽌点前发⽕并迅速燃烧)、完全、平稳(燃烧过程柔和,⽆燃烧敲缸现象)和空⽓利⽤率⾼。
由于柴油机燃烧过程的进⾏时间极为短暂,通常为毫秒量级,⽽且燃油在燃烧之前必须经历燃油喷射、雾化并与空⽓混合成可燃混合⽓等⼀系列复杂的准备过程,才能最后以⽓态形式发⽕燃烧,这就要求燃油雾化、空⽓运动及燃烧室三者之间的合理匹配才能完成。
根据柴油机的压缩发⽕特点,欲完成⼀次缸内燃烧必须在压缩⾏程末期把燃油⾼压喷⼊⽓缸并与缸内的新鲜空⽓混合成可燃混合⽓(内部混合),然后在⾜够⾼的压缩温度下发⽕并燃烧。
由此可见,影响柴油机燃烧的基本因素有:燃油品质和喷射质量、缸内空⽓数量和运动状态以及压缩温度。
在柴油机设计与管理中为保证柴油机具有良好的燃烧质量,均应保证上述因素最佳匹配。
第⼀节燃油柴油机的燃油⼤多来⾃⽯油产品。
天然⽯油提炼燃油的⼯艺主要是蒸馏,其次是热裂化、催化裂化和加氢裂化。
蒸馏法是根据⽯油的不同组分有不同的沸点⽽在不同的温度下分馏出不同的油品。
常压蒸馏(称直馏)在360 ℃~370℃下进⾏,先后分馏出汽油、煤油、轻柴油和重柴油。
船舶柴油机是船舶上常用的动力装置,用于提供推进力和发电能力。
以下是对船舶柴油机型号的解释:
1. 型号命名规则:
船舶柴油机的型号通常由一系列字母和数字组成,这些字符代表了柴油机的特定属性和参数。
2. 编码含义:
-例如,"M"表示该柴油机属于MAN柴油机系列。
不同的制造商可能使用不同的字母来代表其品牌。
-数字通常表示柴油机的排量,以升为单位。
较大的数字通常表示更大的排量,即更大的功率输出。
例如,数字"8"表示柴油机的排量为8升。
-其他字符可能表示柴油机的特殊功能或配置。
例如,"F"可能表示涡轮增压(Turbocharged)或高压燃油喷射(Fuel Injection)技术。
3. 功率和应用:
柴油机型号中的排量数字通常与柴油机的功率输出相关。
较大的排量通常意味着更大的功率输出,适用于大型船舶和重型工作。
不同的型号和系列可能有不同的功率范围,以满足不同的船舶需求。
4. 手册和规格:
对于每个柴油机型号,制造商通常提供详细的技术手册和规格表,其中包含了有关柴油机的更多信息,例如最大功率、燃油消耗、排放标准等。
这些手册可以帮助用户选择适合其需求的柴油机型号。
总而言之,船舶柴油机型号通过字母和数字的组合来表示柴油机的品牌、排量和特殊配置。
了解柴油机型号有助于选择适合船舶需求的柴油机,并对其性能和参数有更好的理解。
上止点(1口0 是活塞在气缸中运动的最上端位置。
下止点(B.D.C)同上理。
行程(S)指活塞上止点到下止点的直线距离,是曲轴曲柄半径的两倍。
缸径(口)气缸内径。
气缸余隙容积(Vc)、气缸工作容积(Vs),气缸总容积(Va)、余隙高度Q页隙)。
柴油机理论循环(混合加热循环):绝热压缩、定容加热、定压加热、绝热膨胀、定容放热。
混合加热循环理论热效率的相关因素:压缩比£、压力升高比入、绝热指数k (正相关)、初期膨胀比。
(负相关)。
实际循环的差异:工质的影响(成分、比热、分子数变化,高温分解)汽缸壁的传热损失、换气损失(膨胀损失功、泵气功工燃烧损失(后燃和不完全燃烧大泄漏损失(0.2%,气阀处可以防止,活塞环处无法避免)、其他损失。
活塞的四个行程:进气行程、压缩行程、膨胀行程和排气行程。
柴油机工作过程:进气、压缩、混合气形成,、着火、燃烧与放热、膨胀做功和排气等。
四冲程柴油机的进、排气阀的启闭都不正好在上下止点,开启持续角均大于180° CA (曲轴转角)。
气阀定时:进、排气阀在上下止点前后启闭的时刻。
进气提前角、进气滞后角、排气提前角、排气滞后角。
气阀重叠角:同一气缸的进、排气阀在上止点前后同时开启的曲轴转角。
(四冲程一定有,增压大于非增压)机械增压:压气泵由柴油机带动。
废气涡轮增压:废气送入涡轮机中,使涡轮机带动离心式压气机工作。
二冲程柴油机的换气形式:弯流(下到上,再上到下)、直流(直线下而上)。
弯流可分:横流、回流、半回流。
直流:排气阀、排气口。
横流:进排气口两侧分布。
回流:进排气口同侧,排气口在进气口上面。
半回流:进排气的分布没变,排气管中装有回转控制阀。
排气阀—-直流扫气:排气阀的启闭不受活塞运动限制,扫气效果较好。
弯流扫气的气流在缸内的流动路线长(通常大于2S),新废气掺混且存在死角和气流短路现象,因而换气质量较差。
横流扫气中,进排气口两侧受热不同,容易变形。
但弯流扫气结构简单,方便维修。
第二章船舶柴油机概述(样章)【学习目标】掌握船舶柴油机的概念、基本组成、常用名词、基本工作原理、定时图、分类及型号。
第一节柴油机基本概念及应用一、柴油机的基本概念将热能转变为机械能的动力机械称为热力发动机,简称热机。
热机中的热能是通过燃料燃烧获得的,若燃料燃烧产生的热能发生在转变机械能的机器外部的热机,称为外燃机,汽轮机、蒸汽机属于内燃机;若燃料燃烧产生的热能发生在转变机械能的机器内部的热机,称为内燃机,柴油机、汽油机和煤气机属于内燃机。
柴油机是一种以柴油为燃料的压燃式往复运动内燃机。
柴油机是靠压缩发火的,这是区别于其他内燃机的本质特征。
柴油机如图1-1所示。
图1-1 柴油机二、柴油机的优缺点1、柴油机的优点(1)经济性好,燃油费用低;(2)功率范围大,适用领域广;(3)启动迅速、加速性能好、操作简便;(4)结构紧凑、尺寸小、重量轻;(5)可靠性好、寿命长、维修方便。
2、柴油机的缺点(1)机身振动大;(2)噪声较大;(3)某些部件承受高温、高压作用。
三、柴油机在船舶上的应用1、柴油机用作船舶主机利用柴油机输出的机械能驱动螺旋桨旋转,使螺旋桨产生推力,推进船舶航行。
对于中、高速柴油机,必须通过齿轮箱来减速和换向(螺旋桨正反转)。
2、柴油机用作船舶副机在有些内河船舶上,柴油机还可用作副机,如利用小型柴油机作为发电原动机,驱动发电机发电,为船舶辅助供电,如图1-2所示。
图1-2 柴油机用作发电原动机第二节柴油机基本组成及常用名词一、柴油机的基本组成柴油机由主要固定部件、主要运动部件和主要工作系统三大部分组成,如图1-3所示。
主要固定部件包括气缸盖、机体、气缸套、机座(油底壳)、主轴承等;主要运动部件包括活塞组件、连杆组件和曲轴飞轮组件;主要工作系统包括配气系统、燃油系统、润滑系统、冷却系统和操纵系统(起动、调速和换向)。
图1-3 柴油机基本组成二、柴油机常用名词柴油机常用名词如图1-4所示。
图1-4 柴油机常用名词柴油机常用名词的含义见表1-1。
船舶动力装置的基本类型及其特点近代舰船上动力装置的型式按主推进装置发动机的类型来分,有柴油机装置、蒸汽轮机装置、燃气轮机装置、联合装置和原子能装置。
一、柴油机动力装置柴油机动力装置常根据主机功率传递方式的不同,分为直接传动螺旋桨、通过离合器- 减速齿轮机组驱动桨的间接传动和通过发动机、电动机-驱动桨的电力传动,以及不采用桨的喷水推进装置等几种型式。
柴油机的动力装置有如下几个方面的优点:(1)有较高的经济性。
它的油耗率(kg/(Kw*H))比蒸汽、燃气动力装置低得多,高速柴油机油耗率为0.21~0.245,中速(300~800r/min )机为0.166~0.190;低速(300r/min 以下)机为0.160!0.176,一般蒸汽轮机装置 油耗率要0.245~0.47。
燃气轮机装置油耗率则更大,为0.27~0.47(kg/(Kw*H))。
这一优点使柴油机的续航力大大提高,换句话说,一定续航力所需之燃油储带量较少,从而使营运排水量相应增加。
(2)质量轻。
柴油机动力装置中除主机和传动组外,不需要主锅炉、燃烧器以及工质输送管道,所以辅助机械和设备相应较少,布置简单,因此单位质量指标较小。
(3)有良好的机动性,操作简单,启动方便,正倒车迅速。
一般正常启动到全负荷只需10~30 min ,紧急时仅需3~10 min 。
虽然比燃气轮机差些,但它不需像燃气轮机装置那样一套复杂的启动和倒车设备。
柴油机装置停车只需2~5 min ,主机本身停车只要几秒钟即可。
柴油机装置存在如下几个缺点:(1)由于柴油机的尺寸和质量按功率比例增长快,因此单机组功率受到限制,低速柴油机也达6* 410 Kw 左右,中速机2*410Kw 左右,而高速机仅在8* 310 K 或更小,这就限制了它在大功率船上使用的可能性,大功率舰艇常希望有3* 410~3* 510Kw ,故其无法胜任。
(2)柴油机工作中的噪声、振动较大。
(3)中高速柴油机的运动部件磨损较厉害,高速强载柴油机的整机寿命仅1~5 kh 。
柴油机特性重点:柴油机特性的分类,速度特性和负荷特性。
难点:推进特性和限制特性。
单元一概述一、柴油机的工况1.发电机工况转速恒定2.螺旋桨工况N=C n33.其它工况转速和扭矩之间没有一定的关系。
二、柴油机特性的分类1.柴油机特性柴油机的主要性能指标和工作参数(如排气温度T r、最高爆发压力p z、增压压力p k等)随运转工况变化的规律称为柴油机的特性。
把这种变化规律在坐标上用曲线的形式表示出来,这种曲线称为柴油机的特性曲线。
2.目的(1)评价柴油机的性能(2)确定柴油机工况(3)分析影响特性的因素(4)检测柴油机的状态三、柴油机特性的分类N e=Cp e ni1)速度特性p e不变,n改变2)负荷特性n不变,p e改3)推进特性n和p e均改变化单元二速度特性1.概念:将喷油泵油量调节杆固定在某一位置,改变柴油机外负荷以改变其转速,测量各转速下的功率N e、扭矩M e(或平均有效压力p e)、有效耗油率g e和排气温度T r等随转速的变化规律。
根据喷油泵油量调节机构固定的位置不同,有全负荷速度特性(亦称外特性)。
部分负荷速度特性和超负荷速度特性。
2.全负荷速度特性(1)概念:将喷油泵油量调节杆固定在标定供油量位置,改变柴油机外负荷以改变其转速,测量各转速下的功率N e、扭矩M e(或平均有效压力p e)、有效耗油率g e和排气温度T r等随转速的变化规律。
(2)标准环境状况:(3)柴油机功率的标定:我国国家标准规定了内燃机标定功率分为15分钟功率、1小时功率、12小时功率、持续功率四级。
15分钟功率:柴油机允许连续运行15分钟的最大有效功率。
商船不允许使用这么大的功率。
可作为军用车辆和舰艇的追击功率。
1小时功率:柴油机允许连续运行1小时的最大有效功率。
可作为商船的超负荷功率。
是最大持续功率的110%。
1小时功率还可作为拖拉机、工程机械的最大使用功率。
12小时功率:柴油机允许连续运行12小时的最大有效功率。
1.筒形活塞式柴油机的主要运动部件2船舶柴油机的分类 3.柴油机工作循环4.电子控制式柴油机的发展阶段5.柴油机润滑油的作用6. RT-flex柴油机的盐油喷射系统由哪几部分组成?他们各自的功能是什么?7柴油机与汽油机同属内燃机,它们在工作中的不同主要是什么?8. 一个良好的喷射系统必须能够保证具有什么条件?二、单选题1.在内燃机中柴油机的本质特征是(B)。
A.内部燃烧B.压缩发火C.使用柴油做燃料D.用途不同2.柴油机与汽油机同属内燃机,它们在结构上的主要差异是(D )。
A.燃烧工质不同B.压缩比不同C.燃烧室形状不同D・供油系统不同3.低速二冲程十字头式柴油机广泛用于船用主机,主要原因是(B )。
A.重量和尺寸较小B.寿命长,经济而可靠C.操纵简单,管理方便D.结构简单,管理方便4.发电用柴油机多用四冲程筒形活塞式柴油机主要是因为(D )。
A.工作可靠B.结构简单C.转速较高D.B + C5.在连杆杆身与大端上半轴承接合处增减垫片,下述哪一项变化是错误的(C )。
A.压缩容积变化B.气缸总容积变化C.气缸工作容积变化D.压缩比变化6.下列压缩比大小对柴油机影响的一个不正确论述是(D )。
A.压缩比越小,启动性能越差B.压缩比增大,膨胀功增加C.压缩比增大,热效率增高D.压缩比越大,机械效率越高A.进气阀开得过早将产生废气倒灌B.进气阀应在上止点时开启C.进气阀关得太晚,部分新气将从进气阀排出D.进气阀间隙不适当将影响其定时8.四冲程柴油机的排气阀在排气行程中,当活塞位于上止点时,排气阀应(C)。
A.开始关闭B.开始开启C.保持开启D.保持关闭9.进、排气阀不在上、下止点位置关闭,其目的是为了(D )。
A.提高压缩压力B.扫气干净C.充分利用热能D.提高进、排气量10.一般来说,增压四冲程柴油机的气阀重叠角比非增压四冲程柴油机的要大,原因之一是(B )。
A.增压四冲程柴油机的进气温度高B.增压四冲程柴油机的进气压力高C.增压四冲程柴油机的燃烧室容积大D.增压四冲程柴油机的转速高11.四冲程柴油机的气阀重叠角等于(B )。
MAN-B&W船舶柴油机原理和结构(仅供参考)编写:蒋爱民2006年7月第一章柴油机概述柴油机基本工作原理柴油机是内燃机的一种,是一种把燃油的热能转变为机械能的动力机械,柴油机也是一种热机。
柴油机的基本工作原理是:依靠活塞的运动对来自外界的新鲜空气进行压缩,使得气缸内空气的温度和压力大大提高。
此时,通过喷油器,将柴油以雾化的形式直接喷入气缸内,雾化的柴油遇到高温、高压的压缩空气,立即发火燃烧(柴油不是靠外界火源点火,而是在高温条件下自行发火,燃油的自燃温度是210~270℃)。
柴油燃烧产生高温、高压的燃气,燃气(工质)在气缸内膨胀推动活塞作往复运动,这样将燃油的热能转变为机械能。
活塞的往复运动通过曲柄连杆机构,推动曲轴不断旋转,这样,将往复运动转化为旋转运动。
当然,如果曲轴通过轴系连接到螺旋桨,就能推动螺旋桨转动,螺旋桨转动产生的推力就能使船舶前进;如果曲轴或与曲轴连接的轴系连接发电机就能够发电。
总之,柴油机完成能量的转换必须经过进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程才能实现,由这五个过程组成的全部热力循环过程叫工作过程。
包括进气、压缩、膨胀、排气等工作过程的周而复始的循环叫工作循环。
图1 柴油机工作过程示意图比较:内燃机与外燃机柴油机与汽油机、双燃料发动机发火方式常用术语上止点TDC:活塞在气缸内运动时能到达的最上端位置。
下止点BDC:活塞在气缸内运动时能到达的最下端位置。
活塞在最高位置(或最低位置)时,曲轴上的曲柄销也运转到最高位置(或最低位置),这时活塞头,十字头,曲柄销,曲轴中心线都在同一个垂直平面内。
行程S:指活塞从上止点移动到下止点间的直线距离。
它等于曲轴曲柄半径的两倍。
活塞移动一个行程,相当于曲轴转动180度。
缸径D:气缸的内径压缩室容积VC:活塞在气缸内上止点时,活塞顶上的全部空间(活塞顶、缸盖底部与气缸套内表面所包围的空间)容积,亦称气缸余隙容积。
气缸工作容积V h:活塞在气缸内从上止点移动到下止点时所扫过的容积。
船舶柴油机分类
船舶柴油机主要可以分为以下几种分类:
1. 高速柴油机:这种柴油机适用于小型和中型船舶,其特点是功率较高,转速较快,一般为1500转/分钟或更高。
高速柴油机的优点是结构简单,重量轻,体积小,但噪音和振动较大。
2. 中速柴油机:这种柴油机适用于中型和大型船舶,其特点是功率适中,转速较慢,一般为500-1000转/分钟。
中速柴油机的优点是燃油经济性好,噪音和振动较小,适合长时间运行。
3. 低速柴油机:这种柴油机适用于大型船舶,其特点是功率大,转速很慢,一般为80-300转/分钟。
低速柴油机的优点是能够承受较大的负荷和惯性力,燃油效率高,可靠性好。
4. 超低速柴油机:这种柴油机适用于超大型船舶,其特点是功率巨大,转速极慢,一般为30-80转/分钟。
超低速柴油机的优点是具有极高的燃油效率和可靠性,但对于维护和操作要求较高。
需要注意的是,不同类型的船舶柴油机适用于不同的船舶类型和使用环境,具体选择应根据船舶载重、航行速度、航行距离等因素综合考虑。
船舶柴油机的工作原理船舶柴油机是船舶主要的动力装置,它的工作原理是将燃料与空气进行混合并在缸内进行燃烧,从而产生高温高压气体推动活塞运动,最终将热能转化为机械能,驱动船舶前进。
船舶柴油机的工作原理可以分为四个主要步骤:进气、压缩、燃烧和排气。
1. 进气:在进气冲程中,活塞向下运动,气门打开,进气门打开,燃料喷油器喷射燃油,空气通过进气门进入缸内,形成可燃混合气体。
2. 压缩:在压缩冲程中,活塞向上运动,气门关闭,进气门关闭,缸内的混合气体被压缩,使气体温度和压力升高。
3. 燃烧:在燃烧冲程中,当活塞接近顶死点时,喷油器喷射的燃油被高温高压气体点燃,形成火焰,火焰蔓延并快速燃烧,产生大量的热能。
4. 排气:在排气冲程中,活塞向下运动,排气门打开,燃烧产生的高温高压气体通过排气门排出缸内,同时进气门开始打开,为下一个工作循环做准备。
船舶柴油机的工作原理可以通过以下几个关键部件来实现:1. 活塞和气缸:活塞是柴油机的核心部件之一,它在缸内上下运动,通过连杆将往复运动转化为旋转运动。
气缸是活塞运动的容器,通过气缸套和气缸盖固定在柴油机上。
2. 气门系统:气门系统包括进气门和排气门,它们的开启和关闭由凸轮轴控制。
进气门负责将空气和燃料进入缸内,排气门负责将燃烧产生的废气排出缸外。
3. 燃油系统:燃油系统主要由燃油喷油器和燃油泵组成。
燃油泵负责将燃油从燃油箱中抽取并提供给喷油器,喷油器将燃油喷射到缸内形成可燃混合气体。
4. 空气供给系统:空气供给系统包括进气道、进气滤清器和增压器。
进气道将外部空气引入柴油机,进气滤清器过滤空气中的杂质,增压器可以提高进气压力,增加缸内的气体密度。
5. 点火系统:点火系统主要由点火塞和点火线圈组成。
点火塞负责将高压电流转化为火花,点燃混合气体,点火线圈则提供点火所需的高压电流。
船舶柴油机的工作原理可以通过上述步骤和关键部件的协同作用来实现。
它具有高效率、高功率、可靠性强等特点,被广泛应用于各类船舶中。
课题一船舶柴油机的基本知识目的要求:1.了解船舶柴油机的基本概念及优缺点。
2.掌握柴油机基本结构和主要系统.3.掌握柴油机主要结构参数。
4.掌握四、二冲程柴油机的工作原理。
5.比较四、二冲程柴油机工作原理与结构上的差别.6.了解船舶柴油机的基本分类和型号。
重点难点:1.柴油机与汽油机的区别.2.进排气重叠角、定时图.教学时数:4学时教学方法:多媒体讲授课外思考题:1.柴油机与汽油机有哪些区别?2.柴油机主要结构组成和作用。
3.压缩比ε意义及对柴油机工作性能有什么影响?4.四冲程柴油机各工作过程特征及特点。
5.二、四冲程换气在工作上原理及结构上有什么差别?6.四冲程柴油机进、排气为什么都要提前和滞后?气阀重叠角有何作用?课题一船舶柴油机的基本知识第一节柴油机的概述及发展趋势一、柴油机的概述1.热机热机是指把热能转换成机械能的动力机械。
蒸汽机、蒸汽轮机以及柴油机、汽油机等是热机中较典型的机型。
蒸汽机与蒸汽轮机同属外燃机.在该类机械中,燃烧(燃料的化学能转变成热能)发生在汽缸外部(锅炉),热能转变成机械能发生在汽缸内部。
此种机械由于热能需经某中间工质(水蒸气)传递,必然存在热损失,所以它的热效率不高,况且整个动力装置十分笨重。
在能源问题十分突出的当前,它无法与内燃机竞争,因而已经在船舶动力装置中消失。
2.内燃机汽油机、柴油机以及燃气轮机同属内燃机.虽然它们的机械运动形式(往复、回转)不同,但具有相同的工作特点──都是燃料在发动机的气缸内燃烧并直接利用燃料燃烧产生的高温高压燃气在气缸中膨胀作功。
从能量转换观点,此类机械能量损失小,具有较高的热效率。
另外,在尺寸和重量等方面也具有明显优势,因而在与外燃机竞争中已经取得明显的领先地位。
在内燃机中根据所用燃料不同,可大致分为汽油机、煤气机、柴油机和燃气轮机.它们都具有内燃机的共同特点,但又都具有各自的工作特点。
由于这些各自不同的特点使它们在工作原理、工作经济性以及使用范围上均存在一定差异。
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二122011
柴油机自1897年问世以来,经过一个世纪的发展,其技术已经取得了很大进步并更趋完善,在动力机械中已占据极为重要的地位。
在船舶动力中也占统治地位。
目前,在所有的内河及沿海中、小型船舶中,都采用柴油机作为主机和辅机;在远洋民用船舶中,在2000t以上的船舶中,以柴油机作为主机的船舶占总艘数的98%以上,占总功率的96%以上。
一、柴油机的优点
柴油机能在动力机械以及船舶动力装置中占据极为重要的地位,是因为它具有许多优越的条件。
与其它热机相比,它具有如下优点:
(1)热效率高。
大型低速柴油机的有效效率已达到50%~53%,远远高于其他热机;而且柴油机在全工况范围内的热效率都较其它热机高。
热效率高,也就是燃料消耗量小;柴油机又能燃用重油,甚至劣质重油;而且柴油机在停车状态时不需要消耗燃料。
故燃料费用低,船舶的续航力大。
(2)功率范围大。
柴油机的单机功率自1至80080kW,因此其适应的领域宽广。
(3)机动性好。
正常起动只需3~5s,并能很快达到全负荷。
有宽广的转速和负荷范围,能适应船舶航行的各种要求,而且操作简便。
(4)尺寸小,重量轻。
柴油机不需要锅炉等大型附属设备,使柴油机动力装置的尺寸小、重量轻,特别适合于在交通运输等动力装置中应用。
(5)可直接反转。
柴油机可设计成直接反转的换向柴油机,而且倒车性能好,使装置结构简单。
二、柴油机的类型
由于柴油机的应用广泛,因此,为满足各种不同的使用要求,柴油机的类型也就多种多样。
根据柴油机的各种不同特点以及不同的分类方法,船舶柴油机大体上有以下类型:
(1)按工作循环分类。
有四冲程柴油机和二冲程柴油机。
(2)按进气方式分类。
有增压柴油机和非增压柴油机。
(3)按曲轴转速分类。
有高速、中速和低速柴油机。
高速柴油机:n>1000r/min;中速柴油机:n=300~1000r/min;低速柴油机:n<300r/min。
(4)按柴油机结构特点分类。
有筒状活塞式和十字头式柴油机;有单列气缸和多列气缸式柴油机。
图1-3-1是筒状活塞和十字头式柴油机的构造示意图。
筒状活塞式柴油机的活塞直接与连杆连接,活塞往复运动的导向作用和工作过程中所产生的侧推力都是由活塞本身承担。
十字头式柴油机的活塞是通过活塞杆和十字头与连杆连接,活塞的导向作用和侧压力由十字头滑块与导板承担。
这两种柴油机各有其特点,十字头式柴油机由于活塞不起导向作用,同时与缸套之间没有侧推力N的作用,因而两者之间的磨损减小,擦伤和卡死的可能性减小。
此外,由于活塞杆只在垂直方向作直线运动,因而可在气缸下部加设一横隔板,把气缸与曲轴箱隔开,以免气缸中的污油、结炭或燃气漏入曲轴箱污染滑油。
这也为十字头机燃用劣质燃料创造了有利条件。
十字头式柴油机可靠性较筒形活塞式高。
但十字头机的重量和高度增大,结构也较复杂,不具备筒形活塞式柴油机体积小、重量轻、结构简单的优点。
因气缸排列方式的不同柴油机还可分为单列气缸和多列气缸式柴油机。
图1-3-2所示为气缸排成一列的直列式柴油机简图。
为了提高柴油机的单位长度的功率,扩大单机功率范围,以及降低柴油机的重量指标,也有将柴油机设计成如图1-3-3所示的V型,另外还有H型、辐射式或对置气缸式等多列气缸的形式。
在民用船舶柴油机中,主要是直列式和V型。
某些船舶的推进装置(如客轮)采用双机双桨推进装置。
在这种船舶上,由船艉向船艏看,布置在机舱右舷的柴油机为右旋柴油机,亦称右机;布置在机舱左舷的柴油机为左旋柴油机,亦称左机。
在这种动力装置中,为便于操纵管理,右机的操纵侧即凸轮轴侧布置在柴油机左侧(即内侧),而排气侧布置在其右侧;左机的操纵侧在柴油机的右侧(即内侧)。
单台布置的船舶主柴油机通常均为右旋柴油机。
(5)按柴油机排气管的位置分类。
有右或左单列柴油机。
由飞轮端向自由端看,排气管位于气缸中心线所在平面右侧的单列柴油机称为右单列柴油机;排气管位于气缸中心线所在平面左侧的单列柴油机称为左单列柴油机。
(6)按柴油机的转向分类。
由飞轮端(功率输出端)向自由端看,有顺时针方向和逆时针方向旋转的柴油机。
前者称右旋柴油机,后者称左旋柴油机。
4)Sulzer公司
5)大发公司
6)MaK公司
3.国产柴油机的命名方法
国产柴油机型号由数字和表征柴油机特征的汉语拼音字头组成。
但中小型柴油机的型号也有例外,此时应以产品说明书为准。
现将几种主要型号列于表1-3-1。
表1-3-1 国产柴油机命名代号的意义
如前所述,柴油机是将燃料的化学能转变为热能,并将热能转变为机械能的动力机械,而这种能量的转换是在柴油机的每一个工作循环中完成的。
因此,工作循环完成的情况将直接影响到能量转换的完善程度,而柴油机的主要性能指标则是表示工作循环完成情况的参数。
本章将对工作循环及工作过程进行分析和研究,从而了解影响柴油机性能的主要因素,掌握提高其性能的基本途径和具体措施。