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1、会计学1柴油机基本知识柴油机基本知识第一页，共42页。第一节第一节 柴油机总论柴油机总论(zn ln)(zn ln)二、柴油机的类型(lixng)四、柴油机在船舶(chunb)动力装置中的应用三、船用柴油机的标号一、柴油机的基本概念第1页/共42页第二页，共42页。轮机轮机(lnj)概论概论 3 热机热机(Thermal Engine)(Thermal Engine)：将热能：将热能(rnng)(rnng)转换为机械能的动力机转换为机械能的动力机械。械。热机(rj)内燃机(Internal combustion engine)外燃机(External combustion engine)汽油机
2、(Gasoline engine)柴油机(Diesel engine)蒸汽机(Steam engine)蒸汽轮机(Steam turbine engine)燃气轮机(Gas turbine engine)第一节第一节 柴油机总论柴油机总论柴油机的基本概念第2页/共42页第三页，共42页。第一节第一节 柴油机总论柴油机总论(zn ln)柴油机：是一种压缩发火的往复式内燃机。使用柴油或柴油机：是一种压缩发火的往复式内燃机。使用柴油或劣质油做燃料，在气缸劣质油做燃料，在气缸(q n)(q n)内与空气混合形成可内与空气混合形成可燃混合气，缸内燃烧采用压燃式发火燃混合气，缸内燃烧采用压燃式发火(Com
3、pression(Compression ignition)ignition)。柴油机在热机中具有最高的热效率。柴油机在热机中具有最高的热效率。柴油机柴油机柴油机的优点(yudin)：1 1 经济性好。经济性好。2 2 功率范围宽广功率范围宽广3 3 尺寸小，重量轻尺寸小，重量轻4 4 机动性好机动性好,适应船舶航行的各种工况要求适应船舶航行的各种工况要求5 5 可靠性高，寿命长，维修方便可靠性高，寿命长，维修方便柴油机的缺点：振动和噪音振动和噪音工作条件恶劣工作条件恶劣第3页/共42页第四页，共42页。5 固定(gdng)部件(Fixed parts)气缸盖气缸(q n)体、汽缸套机架机座(
4、j zu)等运动部件(Moving parts)活塞组件连杆曲轴第一节第一节 柴油机总论柴油机总论柴油机的基本柴油机的基本组成组成柴油机的基本结构第4页/共42页第五页，共42页。6 第二章第二章 船舶船舶(chunb)(chunb)柴油机动力装置柴油机动力装置燃烧室组件(z jin)气缸盖(Cylinder cover)气缸(q n)(Cylinder)活塞(Piston)往复回转活塞(Piston)连杆(Connecting rod)曲轴(Crankshaft)辅助装置启动系统(Starting sys.)燃油系统(F.O sys)滑油系统(L.O sys)冷却系统(Cooling sys
5、.)操纵机构、换向机构第一节第一节 柴油机总论柴油机总论柴油机的基本柴油机的基本组成组成第5页/共42页第六页，共42页。第一节第一节 柴油机总论柴油机总论(zn ln)柴油机的基柴油机的基本本(jbn)结构参数结构参数上止点上止点(Top Dead Center,TDC)(Top Dead Center,TDC)：活塞在：活塞在气缸中运动到最上端气缸中运动到最上端(shn dun)(shn dun)位置，位置，也就是活塞离曲轴中心线最远的位置。也就是活塞离曲轴中心线最远的位置。下止点下止点(Bottom Dead Center,BDC)：活塞在气缸中运动到最下端位置，也就是活塞离曲轴中心线最
6、近的位置。行程行程(Stroke)：活塞从上止点移动到下止点的距离。行程等于曲轴曲柄半径的2倍。活塞移动一个行程，曲轴转180。VsVas上止点下止点Vc第6页/共42页第七页，共42页。(8)气缸(q n)总容积(）(9)压缩比(4)缸径(D)(5)气缸(q n)余隙容积(V)(6)余隙高度(god)(顶隙)(7)气缸工作容积（）第一节第一节 柴油机总论柴油机总论柴油机的柴油机的基本结构基本结构参数参数气缸总容积与压缩室容积之比值:第7页/共42页第八页，共42页。第一节第一节 柴油机总论柴油机总论(zn ln)柴油机的类型(lixng)1、四冲程柴油机和二冲程柴油机（按工作(gngzu)循
7、环分）2、低速、中速和高速柴油机（按柴油机的转速分）7、增压柴油机和非增压柴油机3、筒形活塞式和十字头式柴油机（按柴油机的结构特点分）4、直列式和V型柴油机（按柴油机汽缸的排列分）5、右旋和左旋柴油机6、可逆转和不可逆转柴油机第8页/共42页第九页，共42页。第一节第一节 柴油机总论柴油机总论(zn ln)直列四冲程柴油机V型四冲程柴油机第9页/共42页第十页，共42页。第一节第一节 柴油机总论柴油机总论(zn ln)二冲程柴油机第10页/共42页第十一页，共42页。第一节第一节 柴油机总论柴油机总论(zn ln)低速(d s)柴油机 300r/min Vmm/s中速柴油机 3001,000
8、r/min Vm m/sm/s高速柴油机 n1,000 r/min Vm9 m/s第11页/共42页第十二页，共42页。第一节第一节 柴油机总论柴油机总论(zn ln)筒形活塞式十字头式直列机V型机第12页/共42页第十三页，共42页。第一节第一节 柴油机总论柴油机总论(zn ln)船用柴油船用柴油机的标号机的标号(bioho)国产(guchn)柴油机 低速柴油机 6ESDZ43/82B国外柴油机 SULZER（NSD）-RD，RND，RLA，RTAMAN-B&W-MC,L-MC/MCE,S-MC-C三菱-UEC第13页/共42页第十四页，共42页。第一节第一节 柴油机总论柴油机总论(zn l
9、n)柴油机在船舶柴油机在船舶(chunb)动力动力装置中的应用装置中的应用在船舶动力装置中占绝对在船舶动力装置中占绝对(judu)(judu)的主导地位，目前占的主导地位，目前占98%98%以上的份额以上的份额主要造机公司：低速机 MAN B&W公司 Wrtsil瑞士公司 三菱公司（日本）中速机 Wrtsil瑞士公司 MAN B&W公司 德国的Mak公司目前技术发展方向：经济性 可靠性 电子技术 排放控制 第14页/共42页第十五页，共42页。第二节第二节 柴油机热力循环和工作柴油机热力循环和工作(gngzu)原理原理一、柴油机理论循环(xnhun)和实际循环(xnhun)二、四冲程柴油机工作
10、(gngzu)原理三、二冲程柴油机工作原理四、二冲程柴油机的换气形式第15页/共42页第十六页，共42页。第二节第二节 柴油机热力循环柴油机热力循环和工作和工作(gngzu)原理原理柴油机理论循环柴油机理论循环(xnhun)和实际循环和实际循环(xnhun)1、柴油机理论(lln)循环定容加热循环定压加热循环 混合加热循环（现代柴油机循环）第16页/共42页第十七页，共42页。继续膨胀(png zhng)循环第二节第二节 柴油机热力循环柴油机热力循环和工作和工作(gngzu)原理原理第17页/共42页第十八页，共42页。理论(lln)循环的热效率第二节第二节 柴油机热力循环和工作柴油机热力循环
11、和工作(gngzu)原理原理式中：压缩比压力升高(shn o)比初期膨胀比工质绝热指数第18页/共42页第十九页，共42页。第二节第二节 柴油机热力循环和工作柴油机热力循环和工作(gngzu)原理原理2、柴油机实际(shj)循环6、其他(qt)损失1、工质的影响工质的成分变化；工质比热的变化；工质的高温分解；工质分子数的变化2、气缸壁的传热损失3、换气损失4、燃烧损失5、泄漏损失第19页/共42页第二十页，共42页。第二节第二节 柴油机热力循环柴油机热力循环和工作和工作(gngzu)原理原理基本工作原理：采用压缩发火使燃料基本工作原理：采用压缩发火使燃料(rnlio)在气缸内燃烧，产生在气缸内
12、燃烧，产生高温、高压的燃气工质在气缸中膨胀推动活塞作往复运动，再通过活高温、高压的燃气工质在气缸中膨胀推动活塞作往复运动，再通过活塞塞连杆曲柄机构将往复运动转变为曲轴的回转运动，从而对外界做连杆曲柄机构将往复运动转变为曲轴的回转运动，从而对外界做功。功。柴油机工作过程柴油机工作过程(Working process)：燃油在柴油机气缸：燃油在柴油机气缸(q n)中燃烧必须通过进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过中燃烧必须通过进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程的全部热力循环过程。程的全部热力循环过程。二冲程柴油机二冲程柴油机(Two-stroke diesel engine)：用活塞的两个行程完成
13、柴油机的一个工作循环的柴油机。四冲程柴油机四冲程柴油机(Four-stroke diesel engine)：用活塞的四个行程完成柴油机的一个工作循环的柴油机。柴油机工柴油机工作原理作原理第20页/共42页第二十一页，共42页。第二节第二节 柴油机热力循环柴油机热力循环和工作和工作(gngzu)原理原理第一行程(xngchng)-进气行程(xngchng)(Inlet stroke)：活塞从上止点下行，进气阀打开，排气阀关闭，新鲜空气进入气缸。进气阀在上止点前打开，下止点后关闭，进气持续220-250曲轴转角。四冲程柴油四冲程柴油机工作机工作(gngzu)原理原理第21页/共42页第二十二页，
14、共42页。第二节第二节 柴油机热力循环柴油机热力循环和工作和工作(gngzu)原理原理第二行程-压缩行程(Compression stroke)：活塞从上止点上行，进气阀关闭，排气阀关闭。气缸(q n)内空气被压缩，压力3-6MPa，温度600-700C。压缩后期喷油器喷油，燃油与空气混合、加热、自行发火燃烧。压缩过程持续140-160曲轴转角。第22页/共42页第二十三页，共42页。第二节第二节 柴油机热力循环柴油机热力循环和工作和工作(gngzu)原理原理第三行程-燃烧和膨胀行程(Combustion&expansion stroke)：燃油猛烈燃烧，气缸内燃气压力5-8MPa，温度140
15、0-1800C。高温高压的燃气膨胀推动活塞下行做功。膨胀过程在排气阀开启时结束(jish)。该行程持续120-140曲轴转角。第23页/共42页第二十四页，共42页。第二节第二节 柴油机热力循环柴油机热力循环和工作和工作(gngzu)原理原理第四行程-排气行程(Exhaust stroke)：进气阀关闭，排气阀打开。图中5-下止点，活塞下行，废气靠压差排出。活塞自下止点上行(shngxng)，废气被活塞排出气缸。排气阀在上止点后关闭。该行程持续230-260曲轴转角。第24页/共42页第二十五页，共42页。四冲程柴油机一个工作循环，曲柄回转两转，四个行程中只有第三行四冲程柴油机一个工作循环，曲
16、柄回转两转，四个行程中只有第三行程对外做功。其它三个行程运动所需的能量，对于多缸柴油机来源于程对外做功。其它三个行程运动所需的能量，对于多缸柴油机来源于正在做功的气缸，而对于单缸柴油机则来源于曲轴正在做功的气缸，而对于单缸柴油机则来源于曲轴(qzhu)(qzhu)上的飞轮上的飞轮 (Flywheel)(Flywheel)。第二节第二节 柴油机热力循环柴油机热力循环和工作和工作(gngzu)原理原理第25页/共42页第二十六页，共42页。第二节第二节 柴油机热力循环柴油机热力循环和工作和工作(gngzu)原理原理 气阀定时气阀定时(dn sh)和气阀重叠角和气阀重叠角气阀正时圆图61521432
17、下止点上止点正时正时(Timing)：进、排气阀的启闭时：进、排气阀的启闭时刻称为刻称为(chn wi)气阀正时。以上、下气阀正时。以上、下止点前后曲柄转角表示止点前后曲柄转角表示(称为称为(chn wi)气阀提前角、滞后角气阀提前角、滞后角)。排气持续角e=3+180+4气阀的提前开启与延后关闭是为了将废气排除干净、增加空气的吸入量，利于燃油的燃烧，减少排气耗功。气阀重叠角气阀重叠角(Angle of valve overlap)：进上止点前后进气阀和排气阀同时开启，这段重叠着的曲柄转角称为气阀重叠角。气阀重叠可实现燃烧室扫气。第26页/共42页第二十七页，共42页。第二节第二节 柴油机热力
18、循环柴油机热力循环和工作和工作(gngzu)原理原理 只有压缩(y su)和膨胀行程，取消吸、排气行程二冲程柴油机工作二冲程柴油机工作(gngzu)原理原理第27页/共42页第二十八页，共42页。第二节第二节 柴油机热力循环柴油机热力循环和工作和工作(gngzu)原理原理 四冲程与二冲程柴油机的比较(bjio):二冲程机的热负荷(fh)比四冲程机高 二冲程柴油机功率大，约为四冲程机的 1.6倍1.8倍。二冲程柴油机回转比四冲程机均匀 二冲程柴油机的换气机构较简单 二冲程柴油机的换气质量较四冲程机差第28页/共42页第二十九页，共42页。第二节第二节 柴油机热力循环柴油机热力循环和工作和工作(g
19、ngzu)原理原理二冲程柴油机的换气二冲程柴油机的换气(hun q)形式形式柴油机的换气柴油机的换气(hun q):(hun q):换气过程换气过程(Gas exchange process)：每个工作循环必须排出废气、吸入新鲜空气，从排气过程、扫气过程到进气过程结束的整个气体交换过程。4S机换气质量好。2S机换气与排气同时进行，新气与废气混合，换气质量差。2S机的换气形式包括：简单横流扫气、回流扫气、半回流扫气、直流扫气。换气过程:第29页/共42页第三十页，共42页。(1)简单(jindn)横流扫气(Cross/transverse scavenging)(2)回流(hu li)扫气(Lo
20、op scavenging)(3)半回流(hu li)扫气(Hemi-loop scavenging)(4)排气阀-扫气口直流流扫气(Exhaust valve-scavenge port uniflow scavenging)第二节第二节 柴油机热力循环柴油机热力循环和工作原理和工作原理(1)(2)(3)(4)第30页/共42页第三十一页，共42页。第三节第三节第三节第三节 柴油机的性能指标和工作柴油机的性能指标和工作柴油机的性能指标和工作柴油机的性能指标和工作(gngzu)(gngzu)(gngzu)(gngzu)参数参数参数参数 柴油机的性能通常可以从动力性、经济性、运转(ynzhun)
21、性、可靠性和耐久性加以衡量。本节着重分析动力性和经济性指标。一、指示指标 二、有效指标 三、其它常用参数第31页/共42页第三十二页，共42页。第三节第三节第三节第三节 柴油机的性能指标和工作柴油机的性能指标和工作柴油机的性能指标和工作柴油机的性能指标和工作(gngzu)(gngzu)参数参数参数参数一、指示(zhsh)指标l1平均指示压力(yl)l2指示功率l3指示热效率和指示油耗率b()指示指标 以气缸内示功图所表示的工作循环 指示功为基础，主要用来评定缸内 工作循环的完善程度。第32页/共42页第三十三页，共42页。第三节第三节第三节第三节 柴油机的性能指标和工作柴油机的性能指标和工作柴
22、油机的性能指标和工作柴油机的性能指标和工作(gngzu)(gngzu)参数参数参数参数1、平均指示(zhsh)压力 假定一个数值不变的压力作用在活塞上，在一个膨胀行程内所作的功与一个工作循环的指示功相等，这个假想(jixing)的压力就称为平均指示压力 Lp （或）pL/()L/V(Pa）第33页/共42页第三十四页，共42页。第三节第三节第三节第三节 柴油机的性能指标和工作柴油机的性能指标和工作柴油机的性能指标和工作柴油机的性能指标和工作(gngzu)(gngzu)参数参数参数参数2指示(zhsh)功率l指示(zhsh)功率是指柴油机气缸内的工质在单位时间内所作的指示(zhsh)功(kW)l
23、柴油机每个气缸每个工作循环工质所作的指示(zhsh)功liis（）l 单缸指示(zhsh)功率 Pi/60（）或l Pi/60000（）整机指示功率 pVnmi/60,000（）每转工作行程数，四冲程机m；二冲程机；令气缸常数 C=（）第34页/共42页第三十五页，共42页。第三节第三节第三节第三节 柴油机的性能指标和工作柴油机的性能指标和工作柴油机的性能指标和工作柴油机的性能指标和工作(gngzu)(gngzu)参数参数参数参数l指示(zhsh)热效率为指示(zhsh)功的热当量与相应消耗的燃料热量之比值l /吸入l对于一台柴油机，当测得和B时l 3,600Pi/BHlB每小时油耗量，；所用
24、燃料低热值，l通常取42,700；l指示油耗率 以一千瓦指示功率每小时(xiosh)l 消耗的燃油量表示l （）第35页/共42页第三十六页，共42页。第三节第三节第三节第三节 柴油机的性能指标和工作柴油机的性能指标和工作柴油机的性能指标和工作柴油机的性能指标和工作(gngzu)(gngzu)参数参数参数参数二、有效(yuxio)指标1 有效(yuxio)功率Pe2 平均有效(yuxio)压力pe3 有效(yuxio)热效率e和有效(yuxio)油耗率b e 有效指标是以在柴油机输出轴上所得到的 有效功为基础的，它既考虑热损失也考虑 机械损失，它是评定柴油机工作性能的最 终指标。第36页/共4
25、2页第三十七页，共42页。第三节第三节第三节第三节 柴油机的性能指标和工作柴油机的性能指标和工作柴油机的性能指标和工作柴油机的性能指标和工作(gngzu)(gngzu)参参参参数数数数1、有效功率(gngl)Pe和机械效率ml有效功率 从柴油机曲轴飞轮(filn)端传出的功率，用P e表示。l l机械损失功率 作用在活塞上的指示功率传递到曲轴的(有效功率)过程中所损失的功率。(1)摩擦损失 (2)拖动损失功率 (3)泵气损失功率 =e机械效率 是有效功率与指示功率P之比值 影响机械效率的因素:柴油机负荷 转速 滑油温度 冷却水温度第37页/共42页第三十八页，共42页。第三节第三节第三节第三节
26、 柴油机的性能指标和工作柴油机的性能指标和工作柴油机的性能指标和工作柴油机的性能指标和工作(gngzu)(gngzu)参参参参数数数数2、平均(pngjn)有效压力l平均有效压力是柴油机在每一工作循环每单位(dnwi)气缸工作容积所作的有效功ll/平均机械损失压力/的数值取决于工作循环进行的完善程度和 机械损失的大小，它是衡量柴油机作功能力的 重要参数。第38页/共42页第三十九页，共42页。第三节第三节第三节第三节 柴油机的性能指标和工作柴油机的性能指标和工作柴油机的性能指标和工作柴油机的性能指标和工作(gngzu)(gngzu)参数参数参数参数3、有效(yuxio)燃油消耗率和有效(yux
27、io)热效率l有效油耗率是每一千瓦有效功率(gngl)每小时所消耗的燃油量，单位是kgkwhlll有效热效率是指曲轴有效功与所消耗的热量之比，第39页/共42页第四十页，共42页。第三节第三节第三节第三节 柴油机的性能指标和工作柴油机的性能指标和工作柴油机的性能指标和工作柴油机的性能指标和工作(gngzu)(gngzu)参数参数参数参数三、柴油机的其他常用工作(gngzu)参数6压缩比1最高爆发(bof)压力2排气温度t3活塞平均速度4行程缸径比S/D5强化系数第40页/共42页第四十一页，共42页。第四节第四节 船用柴油机的发船用柴油机的发展展(fzhn)1776年年 瓦特瓦特(wt)蒸汽机
28、蒸汽机 1876年年 奥托四冲程奥托四冲程 煤气煤气(miq)机机 1880年年 D.Clerk J.Robson K.Benz 二冲程内燃机二冲程内燃机1892年年 Rudolf Diesel 压缩发火内燃机压缩发火内燃机 1897年年MAN公司公司 首次使用柴油机首次使用柴油机 1904年柴油机首次年柴油机首次 用于船舶推进装置用于船舶推进装置 1927年在柴油机上正年在柴油机上正 式使用式使用Bosch喷油泵喷油泵 1927年年MAN公司制造了公司制造了 废气涡轮增压器废气涡轮增压器 20世纪世纪50年代中后期四项年代中后期四项 重大技术：大缸径、焊接重大技术：大缸径、焊接 结构、透平技术、劣质燃油结构、透平技术、劣质燃油 20世纪世纪60、70年代年代 电子控制技术的使用电子控制技术的使用 2000年以后年以后 智能型柴油机的使用智能型柴油机的使用 第41页/共42页第四十二页，共42页。