第四章__柴油机换气与增压.ppt

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1、航海学院 sjbChongQing JiaoTong University1船舶柴油机船舶柴油机第四章第四章 柴油机的换气与增压柴油机的换气与增压航海学院 sjbChongQing JiaoTong University2船舶柴油机船舶柴油机4-1 4-1 柴油机的换气过程柴油机的换气过程 换气过程换气过程每完成一个工作循环，把废气排出气缸，并把新鲜空气吸入气缸的工质更换的过程。要求：要求：排气排气干净干净进气多 进气进气多多烧的油多、作功能力大；燃烧完全，经济性好，排放性好；热负荷低。空气消耗量小，耗功少。每循环的最大供油量，完全取决于各循环的充气量。每循环的最大供油量，完全取决于各循环的充

2、气量。航海学院 sjbChongQing JiaoTong University3船舶柴油机船舶柴油机4-1 4-1 柴油机的换气过程柴油机的换气过程一、四冲程柴油机的换气过程一、四冲程柴油机的换气过程航海学院 sjbChongQing JiaoTong University4船舶柴油机船舶柴油机4-1 4-1 柴油机的换气过程柴油机的换气过程1、排气过程、排气过程 自由排气压差 强制排气推动功 过后排气惯性2、进气过程、进气过程 准备进气阶段创造压差、开度条件 主要进气阶段压差 补充进气阶段惯性 循环进气量对应于气缸工作容积循环进气量对应于气缸工作容积Vs航海学院 sjbChongQing

3、JiaoTong University5船舶柴油机船舶柴油机4-1 4-1 柴油机的换气过程柴油机的换气过程3、气阀重叠和燃烧室扫气气阀重叠和燃烧室扫气 气阀重叠角气阀重叠角进排气上止点进排气上止点前后，进排气阀同时开启的现象。排气滞后角与进气提前角之和。扫气作用扫气作用：1）使排气更干净；2）降低热负荷。重叠角高速机大于低速机，增压机大于非增压机。航海学院 sjbChongQing JiaoTong University6船舶柴油机船舶柴油机4-1 4-1 柴油机的换气过程柴油机的换气过程二、二冲程柴油机的换气过程二、二冲程柴油机的换气过程 1、换气过程、换气过程 1）自由排气阶段 2）扫气

4、阶段 3）过后排气阶段 2、特点、特点 1）时间短；2）掺混严重；3）新鲜空气消耗量大，耗功多；4）气缸容积不能充分利用，存在有效压缩比。航海学院 sjbChongQing JiaoTong University7船舶柴油机船舶柴油机4-1 4-1 柴油机的换气过程柴油机的换气过程三、二冲程柴油机的换气形式三、二冲程柴油机的换气形式1、弯流扫气、弯流扫气 1）横流扫气：扫气口与排气口位于气缸中心线的两侧。2）回流扫气：扫气口与排气口位于气缸下部同一侧且排气口在扫气口上方。3）半回流扫气：扫气口在排气口下方及两侧。特点：特点：扫气流动路线长（2S）、新气与废气易掺混、死角、气流短路，换气质量差；

5、气缸下部受热不均易变形；结构简单、管理方便。航海学院 sjbChongQing JiaoTong University8船舶柴油机船舶柴油机4-1 4-1 柴油机的换气过程柴油机的换气过程2、直流扫气、直流扫气 气口气阀式、气口气口式 特点：特点：气流流动路线短、不易掺混，质量好；气缸下部受热均匀；机构复杂，管理不便；易于长行程（S/D2.5）和超长行程（S/D3）柴油机。柴油机的气口沿水平和垂直方向均有倾斜角以控制气流方向。柴油机的气口沿水平和垂直方向均有倾斜角以控制气流方向。航海学院 sjbChongQing JiaoTong University9船舶柴油机船舶柴油机4-1 4-1 柴油

6、机的换气过程柴油机的换气过程四、时面图和时面值四、时面图和时面值 设通路流通面积为，则在时间微元内，流过通路的气体数量为：dG=fdt 结构不变，结构不变，n时面值时面值换气质量换气质量航海学院 sjbChongQing JiaoTong University10船舶柴油机船舶柴油机4-1 4-1 柴油机的换气过程柴油机的换气过程五、评定换气过程质量的参数五、评定换气过程质量的参数1、残余废气系数、残余废气系数 换气过程结束时，气缸内残存的废气量与充入气缸的新鲜空气量之比。r=Gr/G02、充量系数充量系数每以循环进入气缸的实际充气量与在进气状态进气状态下充满气缸工作容积工作容积的理论空气量之

7、比。V=G0/Gs1航海学院 sjbChongQing JiaoTong University11船舶柴油机船舶柴油机4-1 4-1 柴油机的换气过程柴油机的换气过程3、影响充量系数（换气质量）的因素、影响充量系数（换气质量）的因素1）进排气道流动阻力的影响2）柴油机转速的影响 n流速流动阻力pa，pr c n时面值 G 3）柴油机负荷的影响 Pe气缸温度上升Ta c4）气阀间隙的影响时面值5）气阀定时的影响时面值、工作紊乱航海学院 sjbChongQing JiaoTong University12船舶柴油机船舶柴油机4-1 4-1 柴油机的换气过程柴油机的换气过程4、扫气效率、扫气系数和给

8、气比、扫气效率、扫气系数和给气比 扫气效率扫气效率s换气过程结束后，气缸内的新鲜空气量与气缸内总气量之比。扫气系数扫气系数s在一个循环中通过扫气口的全部扫气空气量与换气过程结束后留在气缸内的新鲜空气量之比。给气比给气比每循环通过扫气口的新鲜空气量与在进气状态下充满气缸工作容积的理论空气量之比。航海学院 sjbChongQing JiaoTong University13船舶柴油机船舶柴油机4-2 4-2 换气机构换气机构 换气机构换气机构保证柴油机按规定顺序和时刻完成柴油机的进、排气过程的机构。型式：型式：气阀式换气机构气阀式换气机构 气口式换气机构 气口气阀式换气机构 气阀式换气机构：气阀式

9、换气机构：气阀机构 气阀传动机构 凸轮及凸轮轴 凸轮轴传动机构航海学院 sjbChongQing JiaoTong University14船舶柴油机船舶柴油机4-2 4-2 换气机构换气机构一、气阀机构一、气阀机构1、型式、型式带阀壳式 不带阀壳式2、组成、组成 （阀壳）、气阀、阀座、导管、气阀弹簧、弹簧衬盘、卡块、卡簧和转阀机构。实船实船航海学院 sjbChongQing JiaoTong University15船舶柴油机船舶柴油机4-2 4-2 换气机构换气机构 阀面锥角阀面锥角气阀锥面与底面的夹角。锥角大，对中好，密封好，但磨损严重；反之亦反。阀线阀线气阀阀盘与阀座相接触的很窄的一圈

10、接触线。阀线宽度应适当，过窄则密封虽好，但磨损严重，连续且位置正确。连续、宽度、位置。连续、宽度、位置。航海学院 sjbChongQing JiaoTong University16船舶柴油机船舶柴油机4-2 4-2 换气机构换气机构气阀旋转机构气阀旋转机构 旋转帽式旋阀器 推进器式旋阀器航海学院 sjbChongQing JiaoTong University17船舶柴油机船舶柴油机4-2 4-2 换气机构换气机构二、气阀传动机构二、气阀传动机构1、型式、型式 机械式和液压式2、机械式传动机构、机械式传动机构 组成：顶头、顶杆和摇臂 气阀间隙气阀间隙柴油机冷态下，气阀关闭时阀杆顶端与摇臂之间

11、的间隙。目的是留有气阀受热膨胀空间。间隙早开迟关，关闭不严 间隙迟开早关，开度不足，撞击严重航海学院 sjbChongQing JiaoTong University18船舶柴油机船舶柴油机4-2 4-2 换气机构换气机构3、液压式传动机构、液压式传动机构 开阀靠油压，关阀靠空气弹簧实船实船航海学院 sjbChongQing JiaoTong University19船舶柴油机船舶柴油机4-2 4-2 换气机构换气机构三、凸轮轴及传动机构三、凸轮轴及传动机构1、凸轮轴、凸轮轴2、凸轮轴的传动机构、凸轮轴的传动机构 1）齿轮传动机构 2）链传动机构航海学院 sjbChongQing JiaoTo

12、ng University20船舶柴油机船舶柴油机4-2 4-2 换气机构换气机构四、换气机构的常见故障和管理四、换气机构的常见故障和管理1、气阀机构的常见故障、气阀机构的常见故障 1）阀面与阀座的磨损和腐蚀：撞击、高温腐蚀。2）阀面与阀座的烧损：密封不好串气。3）阀杆卡紧：气阀导管间隙过大、过小；对中、变形。4）阀杆和阀头断裂：撞击、热应力过大。5）气阀弹簧断裂：共振、材料缺陷。6）阀壳裂纹：安装应力。航海学院 sjbChongQing JiaoTong University21船舶柴油机船舶柴油机4-2 4-2 换气机构换气机构2、气阀间隙检查与调整：、气阀间隙检查与调整：气阀关闭（滚轮在

13、基圆上）气阀关闭（滚轮在基圆上）3、气阀定时的检查与调整：、气阀定时的检查与调整：气阀间隙正确或为零气阀间隙正确或为零4、气阀与阀座的修铰与研磨、气阀与阀座的修铰与研磨航海学院 sjbChongQing JiaoTong University22船舶柴油机船舶柴油机4-3 4-3 废气涡轮增压废气涡轮增压一、柴油机增压概述一、柴油机增压概述1、柴油机增压的目的、柴油机增压的目的PeiD2smnpe 柴油机的增压增压：通过提高进气压力，来增大循环充气量，以使更多燃油能充分燃烧，提高平均指示压力和平均有效压力，进而提高柴油机功率的一种方法。航海学院 sjbChongQing JiaoTong Un

14、iversity23船舶柴油机船舶柴油机4-3 4-3 废气涡轮增压废气涡轮增压 增压度增压度增压后与增压前柴油机功率之比。中冷中冷增压器与柴油机进气管之间对增压空气进行冷却，降低温度，提高空气目的的方法。2、增压方式、增压方式 机械增压 废气涡轮增压 复合增压航海学院 sjbChongQing JiaoTong University24船舶柴油机船舶柴油机4-3 4-3 废气涡轮增压废气涡轮增压二、废气能量分析二、废气能量分析 废气能量E=脉冲能E1+定压能E2 E=E1+E2航海学院 sjbChongQing JiaoTong University25船舶柴油机船舶柴油机4-3 4-3 废

15、气涡轮增压废气涡轮增压三、废气涡轮增压的两种基本形式三、废气涡轮增压的两种基本形式 1、定压增压、定压增压2、脉冲增压、脉冲增压航海学院 sjbChongQing JiaoTong University26船舶柴油机船舶柴油机4-3 4-3 废气涡轮增压废气涡轮增压3、两种增压方式比较、两种增压方式比较定压增压定压增压脉冲增压脉冲增压废气能量利用废气能量利用E2+E1E2+E1涡轮机效率涡轮机效率高高低低增压系统布置增压系统布置排气管大，简单排气管大，简单排气管小，分支排气管小，分支管理上的要求管理上的要求涡轮机叶片易损坏涡轮机叶片易损坏涡轮机叶片不易损坏涡轮机叶片不易损坏加速性和低负荷性能加

16、速性和低负荷性能差差好好航海学院 sjbChongQing JiaoTong University27船舶柴油机船舶柴油机4-4 4-4 废气涡轮增压器与增压系统废气涡轮增压器与增压系统一、废气涡轮增压器的构造一、废气涡轮增压器的构造 涡轮机废气涡轮：轴流式、径流式 压气机离心式压气机：低、中、高、超高废气涡轮增压器实例：废气涡轮增压器实例：涡轮机：喷嘴环、工作叶轮 压气机：导风轮、工作叶轮、扩压器、蜗壳 转子与转子轴：止推轴承 密封与润滑、冷却装置：平衡室航海学院 sjbChongQing JiaoTong University28船舶柴油机船舶柴油机航海学院 sjbChongQing Ji

17、aoTong University29船舶柴油机船舶柴油机航海学院 sjbChongQing JiaoTong University30船舶柴油机船舶柴油机4-4 4-4 废气涡轮增压器与增压系统废气涡轮增压器与增压系统二、废气涡轮增压器的工作原理二、废气涡轮增压器的工作原理1、离心式压气机的基本工作原理、离心式压气机的基本工作原理航海学院 sjbChongQing JiaoTong University31船舶柴油机船舶柴油机4-4 4-4 废气涡轮增压器与增压系统废气涡轮增压器与增压系统2、单级式涡轮机的工作原理、单级式涡轮机的工作原理航海学院 sjbChongQing JiaoTong

18、University32船舶柴油机船舶柴油机4-4 4-4 废气涡轮增压器与增压系统废气涡轮增压器与增压系统三、离心式压气机的工作特性及喘振机理三、离心式压气机的工作特性及喘振机理（一）离心式压气机的工作特性（一）离心式压气机的工作特性1、压气机的主要参数、压气机的主要参数 1）空气流量Gk 2）增压比k 3）压气机转速nk 4）压气机绝热效率k2、压气机的通流特性与特性曲线压气机的通流特性与特性曲线航海学院 sjbChongQing JiaoTong University33船舶柴油机船舶柴油机4-4 4-4 废气涡轮增压器与增压系统废气涡轮增压器与增压系统（二）压气机的喘振二）压气机的喘振

19、 喘振喘振在某一转速下，当压气机流量下降到一定程度时，压气机工作开始不稳定，排出压力波动，并伴随强烈振动和噪音的现象。喘振的机理：喘振的机理：低流量、高背压低流量、高背压工工作作叶叶轮轮航海学院 sjbChongQing JiaoTong University34船舶柴油机船舶柴油机4-4 4-4 废气涡轮增压器与增压系统废气涡轮增压器与增压系统带带叶叶片片式式扩扩压压器器航海学院 sjbChongQing JiaoTong University35船舶柴油机船舶柴油机4-4 4-4 废气涡轮增压器与增压系统废气涡轮增压器与增压系统（三）增压器与柴油机的配合三）增压器与柴油机的配合 标定工况、

20、低负荷工况、全工况。航海学院 sjbChongQing JiaoTong University36船舶柴油机船舶柴油机4-4 4-4 废气涡轮增压器与增压系统废气涡轮增压器与增压系统（四）产生增压器喘振的几种工况四）产生增压器喘振的几种工况 1、气道阻塞、气道阻塞 2、环境温度过高、环境温度过高 3、突增或突卸负荷、突增或突卸负荷 4、主机超负荷运转、主机超负荷运转 5、脉冲增压柴油机一缸熄火或各缸负荷严重、脉冲增压柴油机一缸熄火或各缸负荷严重不均不均 6、气阀关闭不严、气阀关闭不严使工作线左移，则低负荷时喘振使工作线左移，则低负荷时喘振航海学院 sjbChongQing JiaoTong U

21、niversity37船舶柴油机船舶柴油机4-5 4-5 增压系统的维护和管理增压系统的维护和管理一、增压系统的维护管理一、增压系统的维护管理二、增压系统的故障与应急处理二、增压系统的故障与应急处理1、轴承烧损：、轴承烧损：润滑质量2、增压器强烈振动：、增压器强烈振动：动平衡、碰擦、轴承损坏3、增压压力下降：、增压压力下降：转速下降转速下降：废气能量不足 转速不变转速不变：进气道阻塞、漏气4、增压压力升高：、增压压力升高：废气能量升高5、滑油变质：、滑油变质：漏气航海学院 sjbChongQing JiaoTong University38船舶柴油机船舶柴油机4-5 4-5 增压系统的维护和管

22、理增压系统的维护和管理三、废气涡轮增压器检查与调校三、废气涡轮增压器检查与调校1、惰转性能检查2、K值检查与调整 K值转子轴前端面与内蜗壳前端面的轴向距离。KL、M KL、M航海学院 sjbChongQing JiaoTong University39船舶柴油机船舶柴油机4-5 4-5 增压系统的维护和管理增压系统的维护和管理 K值的调整值的调整航海学院 sjbChongQing JiaoTong University40船舶柴油机船舶柴油机第四章第四章 小结小结 一、柴油机换气过程、要求和评定参数及其影响换气过程的一、柴油机换气过程、要求和评定参数及其影响换气过程的主要因素。主要因素。二、气阀式换气机构的组成与结构特点，气阀重叠角、气阀二、气阀式换气机构的组成与结构特点，气阀重叠角、气阀锥角、阀线、气阀间隙的概念与意义。锥角、阀线、气阀间隙的概念与意义。三、增压的目的，废气能量分析、柴油机增压的两种基本型三、增压的目的，废气能量分析、柴油机增压的两种基本型式及其特点，增压器的结构特点。式及其特点，增压器的结构特点。四、增压器的通流特性与压气机的喘振的机理。四、增压器的通流特性与压气机的喘振的机理。五、增压器的常见故障、检查调校。五、增压器的常见故障、检查调校。