柴油机基本知识课件.ppt

船舶柴油机,第一章柴油机基本知识,功率：70000KWL：25MH：13MB：7M,第一节 柴油机总论,二、柴油机的类型,四、柴油机在船舶动力装置中的应用,三、船用柴油机的标号,一、柴油机的基本概念,轮机概论,4,热机(Thermal Engine)：将热能转换为机械能的动力机械。,热机,内燃机(Internal combustion engine),外燃机(External combustion engine),汽油机(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 柴油机总论,柴油机的基本概念,第一节 柴油机总论,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，在气缸内与空气混合形成可燃混合气，缸内燃烧采用压燃式发火(Compression ignition)。柴油机在热机中具有最高的热效率。,柴油机,柴油机的优点：,1 经济性好。2 功率范围宽广3 尺寸小，重量轻4 机动性好,适应船舶航行的各种工况要求5 可靠性高，寿命长，维修方便,柴油机的缺点：,振动和噪音工作条件恶劣,6,固定部件(Fixed parts),气缸盖,气缸体、汽缸套,机架,机座等,第一节 柴油机总论,柴油机的基本组成,柴油机的基本结构,7,第二章 船舶柴油机动力装置,燃烧室组件,气缸盖(Cylinder cover),气缸(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.),操纵机构、换向机构,第一节 柴油机总论,柴油机的基本组成,第一节 柴油机总论,柴油机的基本结构参数,上止点(Top Dead Center,TDC)：活塞在气缸中运动到最上端位置，也就是活塞离曲轴中心线最远的位置。,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近的位置。,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。,(8)气缸总容积(）,(9)压缩比,(4)缸径(D),(5)气缸余隙容积(V),(6)余隙高度(顶隙),(7)气缸工作容积（）,第一节 柴油机总论,柴油机的基本结构参数,气缸总容积与压缩室容积之比值:,第一节 柴油机总论,柴油机的类型,1、四冲程柴油机和二冲程柴油机（按工作循环分）,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,第一节 柴油机总论,直列四冲程柴油机,V型四冲程柴油机,第一节 柴油机总论,二冲程柴油机,第一节 柴油机总论,低速柴油机 300r/min Vmm/s中速柴油机 3001,000 r/min Vm m/sm/s高速柴油机 n1,000 r/min Vm9 m/s,第一节 柴油机总论,筒形活塞式,十字头式,直列机,V型机,第一节 柴油机总论,船用柴油机的标号,国产柴油机 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,第一节 柴油机总论,柴油机在船舶动力装置中的应用,在船舶动力装置中占绝对的主导地位，目前占98%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,第二节 柴油机热力循环和工作原理,一、柴油机理论循环和实际循环,二、四冲程柴油机工作原理,三、二冲程柴油机工作原理,四、二冲程柴油机的换气形式,第二节 柴油机热力循环和工作原理,柴油机理论循环和实际循环,1、柴油机理论循环,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）,继续膨胀循环,第二节 柴油机热力循环和工作原理,理论循环的热效率,第二节 柴油机热力循环和工作原理,式中：压缩比压力升高比初期膨胀比工质绝热指数,第二节 柴油机热力循环和工作原理,2、柴油机实际循环,6、其他损失,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,第二节 柴油机热力循环和工作原理,基本工作原理：采用压缩发火使燃料在气缸内燃烧，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，从而对外界做功。,柴油机工作过程(Working process)：燃油在柴油机气缸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。,二冲程柴油机(Two-stroke diesel engine)：用活塞的两个行程完成柴油机的一个工作循环的柴油机。,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。,柴油机工作原理,第二节 柴油机热力循环和工作原理,第一行程-进气行程(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。,四冲程柴油机工作原理,第二节 柴油机热力循环和工作原理,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。,第二节 柴油机热力循环和工作原理,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1400-1800C。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。该行程持续120-140曲轴转角。,第二节 柴油机热力循环和工作原理,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，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。,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上的飞轮(Flywheel)。,第二节 柴油机热力循环和工作原理,第二节 柴油机热力循环和工作原理,气阀定时和气阀重叠角,正时(Timing)：进、排气阀的启闭时刻称为气阀正时。以上、下止点前后曲柄转角表示(称为气阀提前角、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(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。,第二节 柴油机热力循环和工作原理,只有压缩和膨胀行程，取消吸、排气行程,二冲程柴油机工作原理,第二节 柴油机热力循环和工作原理,四冲程与二冲程柴油机的比较:,二冲程机的热负荷比四冲程机高,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,第二节 柴油机热力循环和工作原理,二冲程柴油机的换气形式,柴油机的换气:,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:,(1)简单横流扫气(Cross/transverse scavenging),(2)回流扫气(Loop scavenging),(3)半回流扫气(Hemi-loop scavenging),(4)排气阀-扫气口直流流扫气(Exhaust valve-scavenge port uniflow scavenging),第二节 柴油机热力循环和工作原理,(1)(2)(3)(4),第三节 柴油机的性能指标和工作参数,柴油机的性能通常可以从动力性、经济性、运转性、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,第三节 柴油机的性能指标和工作参数,一、指示指标,1平均指示压力2指示功率3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。,第三节 柴油机的性能指标和工作参数,1、平均指示压力,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，这个假想的压力就称为平均指示压力 Lp（或）pL/()L/V(Pa）,第三节 柴油机的性能指标和工作参数,2指示功率,指示功率是指柴油机气缸内的工质在单位时间内所作的指示功(kW)柴油机每个气缸每个工作循环工质所作的指示功iis（）单缸指示功率 Pi/60（）或 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=（）,第三节 柴油机的性能指标和工作参数,指示热效率为指示功的热当量与相应消耗的燃料热量之比值/吸入对于一台柴油机，当测得和B时 3,600Pi/BHB每小时油耗量，；所用燃料低热值，通常取42,700；,指示油耗率 以一千瓦指示功率每小时 消耗的燃油量表示（）,第三节 柴油机的性能指标和工作参数,二、有效指标,1 有效功率Pe2 平均有效压力pe3 有效热效率e和有效油耗率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。,第三节 柴油机的性能指标和工作参数,1、有效功率Pe和机械效率m,有效功率 从柴油机曲轴飞轮端传出的功率，用P e表示。,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,第三节 柴油机的性能指标和工作参数,2、平均有效压力,平均有效压力是柴油机在每一工作循环每单位气缸工作容积所作的有效功/,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。,第三节 柴油机的性能指标和工作参数,3、有效燃油消耗率和有效热效率,有效油耗率是每一千瓦有效功率每小时所消耗的燃油量，单位是kgkwh,有效热效率是指曲轴有效功与所消耗的热量之比，,第三节 柴油机的性能指标和工作参数,三、柴油机的其他常用工作参数,6压缩比,1最高爆发压力,2排气温度t,3活塞平均速度,4行程缸径比S/D,5强化系数,第四节 船用柴油机的发展,1776年 瓦特蒸汽机,1876年 奥托四冲程 煤气机,1880年 D.Clerk J.Robson K.Benz 二冲程内燃机,1892年 Rudolf Diesel 压缩发火内燃机,1897年MAN公司 首次使用柴油机,1904年柴油机首次 用于船舶推进装置,1927年在柴油机上正 式使用Bosch喷油泵,1927年MAN公司制造了 废气涡轮增压器,20世纪50年代中后期四项 重大技术：大缸径、焊接 结构、透平技术、劣质燃油,20世纪60、70年代 电子控制技术的使用,2000年以后 智能型柴油机的使用,