天然气发动机构造资料课件.ppt

天然气发动机,赵洪斌榆林压气站,发动机简介,凡是把燃料燃烧时所放出的热能转化为机械能的机器都称为热力发动机，简称热机。热机分为内燃机和外燃机。他们都是产生动力的机械，因此称之为动力机或发动机。内燃机的燃料直接在汽缸内燃烧，靠燃气膨胀对外做功。内燃机具有结构紧凑、轻巧、热效率高、燃料和水的消耗少、操作使用简单等特点。同时，他还有结构比较复杂、精密度高、制造费用高、操作维修技能要求高等缺点。,发动机简介,按所使用的燃料-柴油机、汽油机、天然气机。按点火方式不同-压燃式、点燃式。按完成工作循环的冲程数不同-四冲程、二冲程内燃机。按气缸数目不同-单缸、多缸。按气缸排列方式-直排、V型、W型、星型。按冷却方式不同-水冷、风冷。按工作转速不同-高速（1000rpm以上）、中速（6001000rpm）、低速（600rpm以下）。,四冲程内燃机工作原理,一、几个基本概念上止点：活塞顶处在气缸中的最高位置叫上止点。下止点：活塞顶处在气缸中的最低位置叫上止点。冲程：活塞在上下止点之间所走的距离称之为活塞冲程。,四冲程内燃机工作原理,气缸工作容积：在一个气缸内，活塞有上止点移动到下止点所扫过的气缸容积叫做工作容积。多缸内燃机所有气缸工作容积之和，称做内燃机的工作容积，也叫排量。余隙容积：当活塞在上止点时，在活塞顶上方的容积，又称燃烧室容积，用符号VC来表示。压缩比：新鲜空气吸入气缸后充满了整个气缸，也就是占有气缸总容积，经压缩后活塞到上止点时，气体容积缩小为燃烧室容积。压缩前与压缩后体积之比称为压缩比。柴油机=1222，汽油机=59。,四冲程内燃机工作原理,二、发动机的理论工作循环1、吸气冲程：目的是吸入新鲜空气，为燃料燃烧做好准备。活塞从上止点向下运动，进气门被配气机构强行打开，气缸内形成真空，空气通过进气门被吸入气缸。,四冲程内燃机工作原理,2、压缩冲程：目的是提高气缸内空气的压力和温度，为燃烧创造有利的条件。活塞从下止点向上运动，由于进气门被关闭，所以，气缸里的空气被压缩，压力和温度升高。升高的程度与压缩程度相关联。,四冲程内燃机工作原理,3、做功冲程：在活塞运行到上止点之前和以后的一段时间里，燃料在气缸里进行了燃烧，使气缸里的温度和压力更加急剧升高。气缸里高温高压气体的膨胀推动活塞向下运动，直到下止点。,四冲程内燃机工作原理,4、排气冲程：目的是清除气缸里的废气。活塞由下止点向上止点运行，配气机构强行打开排气门，气缸内的废气压力大于外界空气压力，废气通过排气门排出。,四冲程内燃机工作原理,三、内燃机的实际循环过程内燃机的实际工作过程与理论循环的冲程是不同的。每个工作循环都有换气、压缩、燃烧、膨胀过程组成。换气过程包括排气过程和进气过程，为了使废气排放干净和增加新鲜气体的充量，气阀总是提早开启和延迟关闭。压缩过程由于缸壁的传热作用，所以压缩过程是多变过程。压缩中了的压力温度范围：,四冲程内燃机工作原理,柴油机：汽油机：P=30005000kpa P=8502000kpaT=750950K T=600700K膨胀过程：膨胀过程是燃烧生成物所积聚的内能转变为机械能的过程。由于存在漏气、后燃期，所以膨胀过程是十分复杂的，但一般情况下，看作多变过程。,四冲程内燃机工作原理,燃烧过程：天然气发动机的燃烧过程包括着火延迟期、速燃期和后燃期。1.着火延迟期从电火花点火到火焰中心形成的这一段时间称为火焰延迟期，又叫着火落后期。火花塞跳火后，火花塞附近的温度急剧升高，加速了混合气的氧化反应，所放出的热量亦随之增加，这不仅使火花处的混合气温度得到提高，而且加热了邻区的混合气。当参与反应的混合气温度升高到一定程度后，形成火焰中心。这段时间很短，一般只占全部燃烧时间的15%。,四冲程内燃机工作原理,2、速燃期火焰从最初形成的火焰中心传播到最后那部分混合气（或称末端混合气）所经历的时间称为速燃期。火焰中心形成后，火焰面以扭曲和近似球面的形状，以1030m/s的速度，向未燃混合气推进，使混合气层燃烧发光，直至遍及整个燃烧室。这种现象称为火焰传播。在速燃期内气缸容积变化很小，同时又燃烧了大部分混合气，因而工质的压力和温度迅速提高，压力达到最大值，所以它是混合气燃烧过程中最主要最有效的阶段。,四冲程内燃机工作原理,3、后燃期由于混合气中燃料与空气的混合和分布不可能完全均匀，所以在速燃期以后的膨胀过程初期，仍有少量未燃烧的燃料或燃烧不完全的产物继续燃烧和放热。这个时期称为后燃期或补燃期，。后燃期到什么时候结束，则难于明确判断。如进气门打开时，后燃期尚未结束，则将引起汽化器“回火”现象。后燃期放出的热量，会使内燃机温度升高，经济性能降低，所以后燃期是不希望有的，但难以避免。,四冲程内燃机工作原理,四、不正常燃烧现象爆燃前面所述是正常的燃烧情况。正常燃烧的速度为1030m/s。如果在速燃期中，如果离火花塞最远那部分混合气还未等到火焰前锋到达，就已完成化学准备过程而发生自燃，火焰传播速度可达15002000m/s，使未燃的混合气瞬间燃烧完毕，致使局部温度和压力激增而产生冲击波，这种现象称做爆震燃烧，简称爆燃。,四冲程内燃机工作原理,发生爆燃时有下列现象：、由于局部高温，使燃烧产物CO2发生热分解析出游离碳，排气管中可出现黑烟和火星。、由于压力波对缸壁的反复冲击而破坏缸壁上的油膜，使气缸壁传热增强，热损失增大，功率降低，并造成缸盖、活塞等局部高温而破坏。、可在外部听见金属敲击响声，若爆燃时间延长，可造成轴瓦破裂，火花塞绝缘体损坏等故障。发生强烈爆燃时，应立即停车。,四冲程内燃机工作原理,五、内燃机（天然气机）的基本构成天然气发动机是内燃机的一种，它也是将燃料在气缸内部燃烧得到的热能转变为机械能的热力发动机。要实现这种转变，天然气发动机应当具备以下基本组成部分：a）欲得到热能，必须供给一定量的燃料（天然气），所以，必须有燃料系统。它包括：手动球阀、燃料切断阀、调压阀、压力调节阀、安全阀、汽化器等。与汽油机类似，将天然气和空气在燃烧室外混合。,四冲程内燃机工作原理,b）可燃混合气进入气缸压缩后，需要点火花来点燃，所以还要有点火系统。包括火花塞、高压线圈、电源及其他设备，因采取点火方式不同而不同。c）为了将得到的热能转变为机械能，需要通过曲柄连杆机构来完成。主要包括气缸体、曲轴箱、活塞、连杆、曲轴和飞轮等。燃料在气缸中燃烧时，燃气膨胀作用在活塞上的压力借助于连杆转变为曲轴旋转力矩，使曲轴带动工作机械做功。,四冲程内燃机工作原理,d）要连续实现热能到机械能的转变，还要有配气机构来保证定期吸入新鲜空气和排除废气。主要包括：进气门、排气门、凸轮轴及其传动部件等。e）为了减少发动机零件的磨损和保持机件的正常工作温度，还要有润滑系统和冷却系统。润滑系统包括：油泵、过滤器、油道等。冷却系统包括：水泵、散热器、风扇和水套等。f）为了启动发动机，尚需启动装置（启动系统）。有启动马达等。,四冲程内燃机工作原理,曲柄连杆机构、配气机构、燃料系统、点火系统、润滑系统、冷却系统、启动系统称做天然气发动机的两大机构和五大系统。也是天然气发动机的基本组成部分。石油工业出版社出版的廖佩金主编的内燃机是一个很好的参考书。,WAUKESHA 发动机外型图,启动系统,一、启动系统的功能内燃机在静止状态下，用外力推动曲轴，使内燃机开始运转的全过程，称做启动。完成启动所需的一套装置称为启动系统。二、启动的方法1、人力启动：摩托车、四轮拖拉机。适用于功率较小的发动机。2、电动机启动：汽车3、压缩气体启动：压气站上的往复式天然气压缩机组上采用。,启动系统,三、气动启动系统示意图（一）,启动系统,三、气动启动系统示意图,启动系统,三、气动启动系统部件,润滑器工作原理图,继动阀结构,启动系统,燃料系统,天然气发动机的燃料系统就是将进入气缸内的空气和燃料气按照一定的比例进行混合。主要就是把燃料气调整到一定的压力。,燃料系统,点火系统,启动系统,涡轮增压系统,