石油钻井柴油机教案

第一章绪论§1.1 内燃机概述一、内燃机的基本概念1、发动机：将某种形式的能量→机械能的装置。

（如：风力发动机、水力发动机、电力发动机、热力发动机、原子能发动机等。

）2、热机（热力发动机）：热能→机械能的装置。

（1）内燃机：指燃料在热机内部燃烧的热机。

分为：汽油机、柴油机、煤气机等。

柴油机：指将柴油燃烧所产生的热能通过一定方式转变为机械能，带动其他机械工作的热机。

（2）外燃机：指燃料在热机外部燃烧的热机。

柴油机是当前石油勘探的主要动力设备带动钻机：PZ12V190B、8V190井场发电机组：4125、4135、12V135和6160二、内燃机的发展三、内燃机的分类1、按所用燃料不同分：柴油机、汽油机、天燃气机等2、按点火方式不同分：压燃式、点燃式。

3、按冲程数不同分：二冲程、四冲程内燃机4、按气缸数目不同分：单缸、多缸内燃机5、按冷却方式不同分：水冷、风冷式。

6、按转速高低不同分：高速、中速、低速。

四、构成柴油机的机构和系统1、曲柄连杆机构：热能→机械能2、配气机构与进排气系统：定时地排出废气，吸入新鲜空气，提供燃料燃烧所需的充足氧气3、燃料供给系统：定时定量地向气缸内供应一定压力的柴油，满足燃烧过程的需要。

4、润滑系统：将机油送到柴油机运动部件的摩擦表面，以减少运动动部件的磨损和摩擦阻力。

5、冷却系统：利用冷却介质（水或空气），将受热无零件所吸收的热量及时传送出去，以保证柴油机各零件在高温环境中正常工作6、启动系统：借助外部能源（如压缩空气、电力）带动柴油机转动，使柴油机实现第一次着火。

7、机体组件：构成柴油机骨架，支承所有运动件和辅助系统。

§1.2 柴油机的工作原理一、钻井工作对柴油机的要求1、具有足够的功率；在1103～2942Kw 之间2、具有良好的超载性能；3、具有较宽的调速范围；4、要求经济、可靠、耐用、维修方便、操作简单等。

小 结发动机水力发动机风力发动机原子能发动机 热力发动机（热机） 电力发动机外燃机内燃机………柴油机 汽油机天燃气机2、内燃机的分类方式3、构成柴油机的两大机构、五大系统1、内燃机和柴油机的概念二、柴油机的工作原理和工作过程 1、基本工作原理使柴油在汽缸内燃烧，将燃料的化学能转变为热能，并利用燃气为介质，再将热能转变为机械能。

2、工作过程：进气→压缩→燃烧膨胀（工作过程） →排气过程 三、柴油机常用名词术语 1、上止点（上死点） 2、下止点（下死点） 3、冲程（行程）：S=2r r —曲柄半径 4、缸径：指汽缸的直径5、汽缸工作容积（活塞排量）：Vh=π／4D ²S ×106、燃烧室容积： Vc7、汽缸总容积：Va= Vh+ Vc 8、压缩比：ε= Va ／Vc,柴油机： ε= 12～22； 汽油机： ε= 5～9上止点 下止点行程 汽缸工作容积燃烧室容积汽缸总容积9、压缩室高度（余隙高度或上量）：活塞位于上止点时，活塞顶平面与汽缸盖底平面之间的距离。

10、最大爆发压力：燃料燃烧时产生的气体压力的最大值11、平均有效压力：假定一个在整个活塞行程内大小不变的压力作用在活塞上，使活塞在一个行程内所做的功与整个工作循环所做的有效功相等。

这个假定的压力就叫平均有效压力。

12、活塞平均速度：活塞速度的平均值。

13、强化指标：活塞平均速度与平均有效压力的乘积。

四、单缸四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机：指每完成一个工作循环（即完成进气、压缩、工作、排气四个过程）活塞要连续运行四个冲程（曲轴转两圈）的柴油机。

第一冲程：进气冲程。

活塞由上止点→下止点第二冲程：压缩冲程。

活塞由下止点→上止点第三冲程：工作冲程（燃烧膨胀冲程）活塞由上止点→下止点第四冲程：排气冲程。

活塞由下止点→上止点提问：（1）怎样实现柴油机的连续工作循环呢？（2）二冲程柴油机完成一个工作循环，曲轴转几圈？实际中：进、排气门早开，晚关五、多缸柴油机的工作1、多缸柴油机：指由若干个（2个以上）相同的单缸排在一个机体上共用一根曲轴输出动力的柴油机。

常用：四缸、六缸、八缸及十二缸四冲程柴油机。

分为：（1）直列式柴油机（2）V型柴油机2、多缸柴油机工作顺序（点火顺序）指各缸工作冲程（燃烧膨胀冲程）发生的顺序。

点火间隔角：φ=720°／i ； 式中i —气缸数 （1）4125型柴油机： φ =720°／4=180° 点火顺序为：1-3-4-2或1-2-4-3（2）6135型柴油机： φ =720° ／6=120° 点火顺序为：1-5-3-6-2-4或1-4-2-6-5. （3）Z12V190B 柴油机： φ =720°／12=60° 点火顺序为：1-8-5-10-3-7-6-11-2-9-4-12常用柴油机气缸编号：右功率输出端右各缸工作情况：表1-1§1.3 柴油机的主要性能指标及型号编制规则一、主要性能指标1、功率：单位时间内所作的功，用¡°N ¡±表示。

指示功率：Ni有效功率：Ne,柴油机从曲轴上向外输出的净功率。

（1）15分钟功率 （2）1小时功率（3）12小时功率（额定功率）（4）持续功率（持久功率）2、有效燃油消耗率（ge ）指单位有效功率在单位时间内所消耗的燃油量。

ge=Gr ∕Ne ×10³ g ∕(kw.h)式中：Gr —柴油机每小时的燃油消耗率，公斤／小时 3、有效扭矩（Me ）指柴油机飞轮端对外输出的扭矩，单位为N ·m 4、有效热效率（ηe ）： ηe =0.3～0.45之间。

5、机械效率（ ηm ）：ηm=Ne ∕Ni二、内燃机名称和型号编制规则1、内燃机的名称PZ12V190B 型柴油机额定功率：882.6Kw 持久功率：794Kw按所采用的燃料来命名。

如柴油机、汽油机、天燃气机、煤气机、沼气机、双燃料发动机等。

2、内燃机型号由数字和汉语拼音字母及GB1883中关于气缸布置所规定的象形字符号组成。

包括气缸数、机型系列、变型符号及用途和结构特点等内容组成。

GB725-91规定主要内容如下：首部+中部+后部+尾部首部 缸数符号（、 、 ）汽缸布置形式符号冲程符号（四冲程不标、E -二冲程）径符号（气缸直径mm)中部 46 12途特征符号（基本型略）构特征符号（水冷略、F -风冷、Z -增压）后部区分符号（标定转速符号）尾部例：（1）6 135 Z 柴油机增压气缸直径135mm六缸四冲程（2）Z 12 V 190 B 柴油机（3）Z8V190MD-1柴油机表示转速为1200r／min、沙漠地区发电机组用、八缸四冲程V型、缸径190mm的增压柴油机总结1、内燃机和柴油机的概念2、柴油机的基本名词术语（上、下止点，冲程和压缩比）3、单缸四冲程柴油机的工作原理和过程4、多缸柴油机的点火顺序和发火间隔角5、柴油机的型号含义：4135、6135、PZ12V190B6、组成PZ12V190B 型柴油机的机构、系统及作用§2.3 配气机构与进排气系统一、配气机构1、功用按照柴油机各缸工作顺序，定时地打开和关闭进、排气门，以保证吸足新鲜空气，并把燃烧后的废气排出。

2、组成及原理由凸轮轴、挺柱、推杆、气门摇臂、气门组件等组成。

3、Z12V190B 型柴油机配气机构（顶置式）气 门气门导管气门弹簧（1）气门组件①气门：控制进、排气道的开启和关闭。

分进、排气门使用中进、排气门不能互换，其中进气门杆顶部加工有一细环形槽以区别。

②气门导管：控制气门运动，保证气门落座准确③气门弹簧及锁紧装置保证气门驱动机构不因运动件的质量灌性力使各构件在接触处分离；气门关闭时保持气门与气门座之间严密密封。

图2-30（2）气门驱动机构①凸轮轴：通过传动件准确地按一定时间控制气门的开启与关闭，保证按一定规律进行换气。

②挺柱：将凸轮的推力通过推杆和摇臂传到气门。

结构：平面、滚子、摇臂滚子。

③推杆：中空细长杆，一端球头、一端球状凹坑④摇臂：长臂、短臂。

二、配气相位与气门间隙1、配气相位用曲轴转角来表示进、排气门的开闭时刻和持续时间称配气相位。

2、气门间隙：一般指气门杆顶端与摇臂之间的间隙。

用c表示。

气门间隙不宜过大或过小。

一般c=0.25～0.45。

排气门间隙略比进气门大些Z12V190B柴油机：进气门：c1=0.43mm，排气门：c1=0.48mm小结（1）配气机构的组成及功用Z12V190B柴油机配气机构：顶置式，四气门：两进两排（2）Z12V190B柴油机进、排气门的区别方法进、排气门不能互换（3）Z12V190B柴油机的气门间隙及测量进气门：0.43mm，排气门：0.48mm。

（4）配气相位：进、排气门要早开晚闭三、齿轮系与进排气系统1、齿轮系（柴油机的传动系统）（1）功用：将曲轴的运动传到各辅助系统（如凸轮轴、喷油泵、机油泵、水泵等）带动他们运转。

（2）组成：图2-38.（胶片）2、进气系统(1)功用：把新鲜空气经过滤清净化后，送入气缸内，以满足柴油机工作所需的空气。

(2)组成：由空气滤清器、进气菅及气缸盖中的进气道等零部件组成。

Z12V190B柴油机进气系统（增压、中冷形式）：（1）空气滤清器（复合式）图2-40（2）防爆装置：当柴油机发生机械故障或在工作环境中出现可燃气体时，能够迅速切断柴油机进气通路，使柴油机紧急停车。

图2-413、排气系统功用：排出柴油机燃烧后的废气，降低噪音，增加安全性组成：包括气缸盖中的排气道、排气管和消音灭火器等组成§2.4 燃料供给系统一、燃料供给系统的作用、组成1、作用：根据柴油机的工况要求，定时、定量、定压的将柴油喷入燃烧室内，并使其雾化且与空气充分混合，以实现燃烧、做功过程；同时，通过系统内的喷油泵及调速器的作用，以控制柴油机在给定工况下稳定运行。

2、组成：由燃油箱、输油泵、柴油滤清器、喷油泵、喷油调速器和燃油输送管系等组成。

3、Z12V190B柴油机燃油路线：高压油泵二、Z12190B柴油机燃料供给系统零部件1、低压油路部件①油箱：贮存燃油，容量为柴油机能工作8～10小时②输油泵：保证连续向喷油泵供燃油。

摆线转子输油泵③柴油滤清器：清除柴油中的杂质，保证燃料供给系统正常工作。

2、高压油路部件①高压油泵（喷油泵)：柴油机的心脏，常用柱塞式喷油泵②调速器：机械式、气动式、液压式。

常用机械式。

③喷油器：将燃油雾化成较细的油滴以利着火燃烧，同时使 喷柱的形状同燃烧室形状适当配合。

Z12V190B 型柴油机润滑系统一、润滑系统的作用向柴油机各摩擦表面提供充足的机油，以减小磨损，保证其正常工作。

同时还具有散热、清洁、密封和防腐蚀作用二、润滑方式飞濺润滑、压力润滑、复合润滑、滴油润滑四种方式。