第三章-船用柴油机

船舶柴油机（轮机）--模块九柴油机特性--黄步松主讲福建交通职业技术学院船政学院课程：船舶柴油机学年第_ _学期第周月日教学内容备注模块九柴油机特性重点：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。

&船舶柴油机（轮机）--模块二柴油机的结构和主要零部件--黄步松主讲福建交通职业技术学院船政学院模块二柴油机的结构和主要零部件重点：柴油机各主要部件的作用、工作条件、工作原理及结构特点，各部件的常见故障及原因，管理注意事项。

难点：燃烧室部件承受的机械负荷、热负荷及分析，缸套、活塞、连杆、十字头、曲轴、活塞杆填料涵及活塞冷却机构的结构，曲柄排列与发火顺序。

缸盖燃烧室部件缸套活塞组件主要零部件连杆曲柄连杆机构曲轴主轴承主要固定件：机架、机座、贯穿螺栓单元一燃烧室部件一、燃烧室部件承受的负荷1．机械负荷机械负荷指受力部件承受气体力、安装预紧力、惯性力等的强烈程度。

主要以气体力和惯性力为主。

柴油机的机械负荷有两个特点：一是周期交变；二是具有冲击性。

1）安装应力：安装应力与预紧力成正比。

因此，安装气缸盖时不应过分紧固，否则会使气缸套、气缸盖发生损伤。

另外，将缸套凸肩加高，可使缸套安装应力大大减小。

2）气体力：气体力是周期变化的，其最大值为最高爆炸压力，变化频率与转速有关，因而由气体力产生的机械应力也称高频应力。

由气体力产生的机械应力具有以下特点：气缸盖、活塞：触火面为压应力，冷却面为拉应力。

缸套：径向：触火面为压应力最大，冷却面为零。

切向：触火面为拉应力最大，冷却面为拉应力最小。

机械应力与部件壁厚成反比，即壁厚δ愈大，机械应力愈小。

3）惯性力：活塞组件在缸内作往复变速运动，产生往复惯性力；曲轴作回转运动产生离心惯性力。

其大小与部件质量和曲轴转速的平方成正比。

由惯性力产生机械应力也是一种高频应力。

2．热负荷1）热负荷是指柴油机的燃烧室部件承受温度、热流量及热应力的强烈程度。

2）热负荷的表示方法（1）热流密度（2）温度场（3）热应力3）热负荷过高对柴油机的危害：（1）使材料的机械性能降低，承载能力下降；（2）使受热部件膨胀、变形，改变了原来正常工作间隙；（3）使润滑表面的滑油迅速变质、结焦、蒸发乃至被烧掉；（4）使受热部件（如活塞顶）受热面被烧蚀；（5）使受热部件承受的热应力过大，产生疲劳破坏等。

船舶柴油机（轮机）船舶柴油机（轮机）--模块八柴油机应急处理和运转管理--黄步松主讲福建交通职业技术学院船政学院模块八柴油机应急处理和运转管理重点：柴油机的运行管理，拉缸的原因及处理，敲缸的原因及处理，扫气箱着火的原因及处理，曲轴箱爆炸的原因及处理，紧急刹车的操作和注意事项。

难点：拉缸的原因及处理，敲缸的原因及处理，扫气箱着火的原因及处理，曲轴箱爆炸的原因及处理，烟囱冒火的原因及处理。

单元一柴油机管理备车和机动操纵是指船舶在开航前和开航后尚未定速航行前，使主机及其一切辅助设备处于能随时起动、停止和进入各种运行状态，准备执行驾驶台发出的各种指令。

一、备车备车时间一般在0.5h～6h之间。

备车的目的：使船舶动力装置处于随时可起动和运转状态。

备车内容：供电准备；校对时钟、车钟；校对舵机；暖机；各动力系统的准备；转车：冲车和试车。

备车工作由轮机人员在机舱中操作，当备车完毕后，应将操纵手柄置于停车位置。

1．供电准备起动备用发电柴油机，并电。

2．暖机暖机是指对柴油机冷却系统、滑油系统进行预热，并起动冷却水循环泵、滑油循环泵给各部件加温和向各运动摩擦表面供应滑油的过程。

暖机的目的：对气缸各部件的预热，减小热应力；改善起动性能和发火性能；减少气缸内的低温腐蚀等；使滑油均布于气缸壁，减少缸套磨损；节省起动过程中所消耗的压缩空气。

主机暖缸：（1）利用发电柴油机的冷却水（此法为新型船舶主机用）；（2）用蒸汽或电加热主机冷却水；（3）膨胀水柜中蒸汽加热。

滑油系统加热：用蒸汽管道加热主机循环油柜；对滑油分油机进行分油加温。

3．各动力系统的准备1）滑油系统的准备检查滑油循环柜、增压器油柜、轴系中间轴承座和尾轴承油柜的油位。

起动滑油循环泵，并逐渐将油压调至规定值。

采用油冷却的活塞，滑油泵起动后，要注意各缸回油及油温和温差。

强制式废气涡轮增压器润滑系统要先起动涡轮油泵，使油在废气涡轮增压器的轴承中循环。

2）冷却系统的准备检查膨胀水箱的水位和系统中各阀门是否处于正常状态；起动主机淡水泵，让淡水在系统中循环驱气并暖机。

模块一 柴油机的基本知识1.柴油机的定义；柴油机是一种压缩发火的往复式内燃机。

柴油机使用挥发性较差的柴油或劣质燃油作燃料，采用内部混合法（燃油与空气的混合发生在气缸内部）形成可燃混合气，缸内燃烧靠缸内空气被压缩后形成的高温燃气自行发火。

通常柴油机具有一下突出优点：①具有较高的压缩比，因此热效率最高，可达55%，可燃用廉价的重油，经济性好； ②功率范围广，从0.6kw 至47000kw ，可以适应不同动力设备的需要；③尺寸小，比质量（kg/kw ）轻，便于机舱布置；④机动性好，启动方便，加速性能好，能直接反转，便于使用和管理；同时，柴油机也存在某些缺点：①存在着较强的机身振动、轴系扭转振动及噪声；②某些零部件的工作条件恶劣，高温、高压并有冲击性载荷。

2.压缩比的定义及意义，压缩比的计算；气缸总容积与压缩室容积的比值，也叫做几何压缩比。

其计算式为c h c h c c a V V V V V V V +=+==1ε。

压缩比是柴油机的主要性能参数之一，他表明压缩过程中进入缸内的空气被压缩的程度。

压缩比ε越大压缩终点的温度和压力就越高，对燃油的发火、柴油机的启动有利，而且热效率越高。

但压缩比过高会使柴油机工作粗暴，机件机械负荷增加，磨损加剧，因此柴油机要有合适的压缩比。

3.四冲程的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？答：原因：四冲程柴油机进排气气阀提前开启与滞后关闭是为了将废气排出得干净并增加空气的吸入量，以利于燃 油的充分燃烧，另外还可减少强制排气时活塞的背压。

作用：当气阀重叠开启期间，进气管、气缸、排气管连通，此时废气因流动惯性，可避免废气到流入进气管内，同时还可抽吸新鲜空气进入气缸。

新鲜空气进入气缸后又将废气扫出，实现所谓燃烧室扫气，还可冷却燃烧室部件。

4.二冲程柴油机的两种换气形式及特点；形式：直流扫气和弯流扫气。

特点：直流扫气，扫气效果较好，而且排气阀与进气口可以同时关闭，也可提前关闭；应用广泛。

第三章船舶构造与机电设备第三章船舶构造与机电设备第1节一般规定3.1.1 一般要求3.1.1.1 船舶构造与机电设备除应满足本章规定外，尚应符合主管机关发布或认可的有关建造规范的规定。

3.1.1.2 从事船舶及船用产品焊接作业的人员应持有焊工合格证书，方可从事与其证书种类和等级相适应的焊接作业。

3.1.1.3 从事船舶及船用产品无损检测作业的人员应持有无损检测人员资格证书，方可从事与其证书种类和等级的相适应无损检测作业。

3.1.1.4 玻璃钢船舶生产企业应有专门的质检人员，对每道工序的原材料性能指标、用量、树脂配方、成型环境及工艺实施监督并详细记录；从事玻璃钢糊制的施工人员应受过玻璃钢成型工艺的培训。

3.1.1.5 从事木质船舶修造的人员应取得技术工人证书，方可从事木质船舶的修造作业；取得渔业船舶修造许可证的企业尚应按照规定配备相应数量的质检人员。

第2节船体结构3.2.1 结构设计原则3.2.1.1 船舶结构的设计应使其能承受正常营运期间可能遭受的最大外力。

3.2.1.2 甲板横梁、舷侧肋骨及船底肋板应布置在同一横剖面内，并有效地连接，构成完整的刚性整体。

3.2.1.3 船体纵向构件应尽可能在全船范围内保持连续。

3.2.2舱壁的设置3.2.2.1 应在距艏垂线(0.08～0.15)L处设置水密防撞舱壁。

3.2.2.2 机舱前、后舱壁应为水密舱壁。

3.2.2.3 水密舱壁高度应延伸至干舷甲板或艏、艉升高甲板。

3.2.2.4 水密舱壁结构应有足够的强度。

3.2.2.5 防撞舱壁上不允许设置门，但允许设置用螺栓固定的水密人孔盖。

舱壁上的门必须为水密门，且航行时应保持常闭。

电缆、舵链等穿过水密舱壁时，应沿干舷甲板下表面敷设。

3.2.3 上层建筑与甲板室3.2.3.1 上层建筑和甲板室应有足够强度。

3.2.4 密性试验3.2.4.1 船体完工后，应进行密性试验。

密性试验分为灌水试验和冲水试验。

3.2.4.2 对要求水密的结构(如艏、艉尖舱、机舱等)应进行灌水试验。

船舶柴油机的基本知识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。

如汽油机使⽤挥发性好的汽油做燃料，采⽤外部混合法（汽油与空⽓在⽓缸外部进⽓管中的汽化器进⾏混合）形成可燃混合⽓。

缸内燃烧为电点⽕式（电⽕花塞点⽕）。

这种⼯作特点使汽油机不能采⽤⾼压缩⽐，因⽽限制了汽油机的经济性不能⼤幅度提⾼，⽽且也不允许作为船⽤发动机使⽤（汽油的⽕灾危险性⼤）。

但它⼴泛应⽤于运输车辆。

3．柴油机柴油机是⼀种压缩发⽕的往复式内燃机。

它使⽤挥发性较差的柴油或劣质燃料油做燃料。

采⽤内部混合法（燃油与空⽓的混合发⽣在⽓缸内部）形成可燃混合⽓；缸内燃烧采⽤压缩式（靠缸内空⽓压缩形成的⾼温⾃⾏发⽕）。

这种⼯作特点使柴油机在热机领域内具有最⾼的热效率（已达到 55％左右），⽽且允许作为船⽤发动机使⽤。

第一章复习思考题1．解释下列名词：热机内燃机外燃机柴油机2．与其它类型动力机械相比，为什么柴油机的经济性较好？3．试比较汽油机和柴油机各自的工作特点。

4．内燃机气缸内要进行几次能量转换？实现这些能量转换要有哪些必要条件？5．柴油机的一个工作循环由哪些工作过程组成？其中哪一个过程对外作功？6．试述柴油机的主要优缺点。

7．对船舶主机的要求是什么？为什么说柴油机在船舶动力装置中占有绝对的统治地位？8．船舶柴油机的发展主要经历了哪些阶段？各阶段的主要技术成就是什么？9．当前在世界范围内，船用低速柴油机和中速柴油机的主要生产商有哪些？10．简述我国船舶柴油机的发展状况。

11．当前船舶柴油机的发展目标和发展趋势是什么？12．现代船用柴油机提高经济性的主要措施有哪些？简要进行分析。

13．当前船舶柴油机进一步提高功率的目的是什么？提高功率的主要途径有哪些1．解释下列名词：上止点行程气缸工作容积压缩比气阀定时气阀重叠角扫气直流扫气弯流扫气横流扫气回流扫气增压指示指标有效指标动力性指标经济性指标平均指示压力指示功率有效功率机械效率机械损失功率泵气损失燃油消耗率活寒平均速度行程缸径比强化系数2．柴油机通常可分为哪些类型？3．试述影响压缩比的因素有哪些？压缩比不符合规定对柴油机的工作有何影响？4．内燃机有哪几种理论循环？分别用于哪种内燃机？研究理论循环的目的是什么？5．试述柴油机的理论循环和实际循环存在哪些差异？它们对柴油机工作有何影响？6．试述四冲程柴油机的工作原理。

7．画图说明四冲程柴油机的气阀定时圆图。

8．四冲程柴油机，飞轮周长为720mm，在定时测量中测得进气阀开启离上止点的圆弧长为120mm，关闭离上止点的圆弧长为60mm；排气阀开启离下止点的圆弧长为90mm，关闭离上止点的圆弧长为90mm，求该机的气阀定时和气阀重叠角。

9．柴油机实现二冲程循环的条件是什么？10．压缩始点温度过高对柴油机的有何影响？11．什么是有效压缩比？有效压缩比与几何压缩比有何差异？12．直流扫气和弯流扫气各有何优缺点？为什么现代二冲程柴油机向直流扫气方向发展？13．什么是增压？增压柴油机有何特点？根据驱动增压器的能量不同，有哪几种增压类型14．什么是柴油机的机械效率，哪些因素影响机械效率？15．什么是机械损失功率？它主要包括哪些内容？16．最高燃烧压力对柴油机的结构与性能有何影响？17．行程缸径比增加对柴油机有何影响？18．压缩比的大小对柴油机各方面的性能有什么影响？第三章复习思考题1、解释下列名词：燃烧室机械负荷热负荷热疲劳薄壁强背结构振荡冷却低温腐蚀缸套穴蚀磨合倒挂式主轴承2、柴油机主要是由哪些零部件和系统组成的？3、燃烧室部件机械负荷的产生及机械应力的特点？4、什么是热应力和热疲劳？如何减轻其危害？5、燃烧室部件采取怎样的结构措施解决机械负荷和热负荷的矛盾？6、简述十字头式柴油机活塞的作用和基本组成7、简述筒形活塞的结构特点8、活塞环的种类、结构特点和基本要求？9、活塞的冷却方式及冷却液的输送方式有哪些？10、活塞杆填料函的作用和结构特点？11、气缸的作用、工作条件及结构特点？12、气缸穴蚀机理及减轻穴蚀措施？13、气缸盖的作用和要求？14、活塞环的常见故障及原因？15、燃烧室部件裂纹的常见部位及原因？16、通过扫气口检查可以获得哪些信息？17、十字头的作用及基本结构？18、十字头轴承工作分析和提高可靠性措施？19、对连杆的要求？RTA-T-B型柴油机连杆的结构及特点？20、曲轴的作用及工作条件？21、曲轴的组成及结构类型？22、曲柄排列的原则？23、曲轴疲劳损坏的类型和特点？24、柴油机的主要固定件有哪些？贯穿螺栓结构有何优点？25、推力轴承的结构和工作原理？26、主轴承的作用和工作条件？27、主轴承常见损坏形式及原因？28、360度推力轴承有何优点？第四章复习思考题1. 解释下列名词：十六烷值热值残炭值闪点过量空气系数喷油规律供油提前角喷油提前角二次喷射断续喷射最低稳定转速可燃混合气空间雾化混合开式燃烧室分隔式燃烧室滞燃期速燃期平均压力增长率后燃热平衡2. 燃油的主要组成元素是什么？各自在燃油中的比例是多少？燃油的化学组成有哪些？3. 燃油的主要性能指标有哪些，它们各自从哪些方面影响燃油的性能？4. 什么是十六烷值？燃油的十六烷值对柴油机工作过程有何影响？5. 什么是计算碳芳香指数，它是怎样确定的？6. 试分析燃油中的硫分与钒、钠含量对燃烧室部件的腐蚀作用。

第三章各系统的设计及主要零部件的结构特点3．1活塞组活塞组包括活塞，活塞销和活塞环。

它们在气缸里做往复惯性运动，活塞主要作用是承受气缸的气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆，以次推动曲轴旋转。

它还和气缸壁面一起活动构成密封装置，保证燃烧室的良好密封，这个功能是通过装在活塞头部环槽的一系列带开口的弹性活塞实现的。

在高温，高负荷，高速和少量的机油消耗的情况下，它一方面要保证漏气量少，另一方面又要使摩擦损失不大，同时还要保证足够的耐久性。

因此设计时要选用热强度好，耐磨，比重小，热膨胀系数小，导热性好，具有良好减磨性，工艺性的材料。

目前制造活塞常用的材料有共晶铝硅合金，过晶铝硅合金和铝铜合金。

设计选用共晶铝硅合金材料。

1、活塞设计的主要尺寸[4]（1）活塞高度H：根据《柴油机设计手册》，对于中小型柴油机而言，H/D范围在 1.0-1.1，而D=110mm，取H=113.5mm。

在选择活塞高度时要注意在合理布置的情况下尽量选择小的活塞高度，如果转速越高，要使H越小，尽量减轻活塞重量，从而控制由于转速高而应引的惯性力的增大。

（2）压缩高度H1：根据《柴油机设计手册》，H1/D范围在0.6-0.8，取H1=67mm。

HI=H5（换带高度）+H4（上裙高度）+h（顶岸高度）。

在保证气环良好良好工作情况下，宜缩短H1高度，以便降低整机的高度尺寸。

（3）顶岸高度h（第一活塞环至活塞顶部距离）：根据《柴油机设计手册》，对铝活塞h/D范围在0.07-0.20，取h=13.4mm。

在保证第一道环可靠工作下，也要使h尽量小，降低活塞重量和高度，但h越小，会使第一道环的热负荷越高，。

一般第一道环的温度不应该超过240度，否则润滑油可能粘结甚至结碳，易使活塞环在活塞中失去活动性，散失了密封和传热的功能（4）活塞环数目及排列：根据《柴油机设计手册》，中速机气环3-4道，油环1-2道，取气环2道，油环一道。

2道气环在上面，1道油环在气环下面。