船舶动力装置概论第四次.ppt

1 1 2 2 4增压柴油机的特点2 5多缸柴油机的工作次序2 6柴油机的分类2 7柴油机的主要技术指标与特性 本节主要内容 2 1柴油机基本结构 固 运 气 油 辅 2 2四冲程柴油机工作原理 示功图 2 3二冲程柴油机工作原理 示功图 上节主要内容 3 第二章船舶柴油机装置 2 2四冲程柴油机工作原理 四冲程汽油机示功图ra段曲线 进气行程ac段曲线 压缩行程czb段曲线 作功行程br段曲线 排气行程 4 第二章船舶柴油机装置 2 3二冲程柴油机工作原理 a k线为扫气过程 k点为扫气终点 它取决于进气孔与排气阀关闭时刻 k c线为压缩过程 c 点为喷油时刻 其中c m线为膨胀线 c z线为燃料剧烈燃烧压力急剧上升阶段 z点为最高压力点 m点为排气阀开始打开的时刻 m n线为燃烧产物从气缸排入大气 压力迅速下降 n时进气孔打开 此时气缸内压力约等于贮气室的压力 n a线为扫气过程 新鲜空气进入气缸内 5 第二章船舶柴油机装置 二冲程与四冲程柴油机比较具有以下优点 1 提高了柴油机的作功能力2 改善了柴油机的动力性3 简化了柴油机的结构 除此之外 区别还有 1 凸轮轴转速与曲轴转速 二冲程中两者相同 四冲程中两者为1 22 二冲程下行为作功 上行靠外力驱动 四冲程中除燃烧冲程外 其它三个为耗功3 二冲程进排气重叠角 80 100 大于四冲程的 25 60 在相同的气缸尺寸和转速下 二冲程柴油机的功率是四冲程柴油机的两倍 6 第二章船舶柴油机装置 2 4增压柴油机的特点 1 为什么要加装增压器 提高柴油机功率的有效方法是增加进入气缸的空气量和燃料 增加燃料可通过设计燃油系统的主要部件更合理即可 而增加空气量可由安装增压器来实现 2 增压压力 3 增压器柴油机的分类 根据增压器传动方式不同 增压柴油机可分为机械传动的增压器柴油机和废气涡轮增压器柴油机 Pk 0 13MPa 0 25MPa 7 第二章船舶柴油机装置 2 4增压柴油机的特点 增压器叶轮1通过传动齿轮由曲轴带动 空气从进口被吸入 经过叶轮1增压后 进入进气管2的空气压力可达到0 15MPa以上 机械式增压柴油机 8 第二章船舶柴油机装置 2 4增压柴油机的特点 废气涡轮增压柴油机 增压叶轮5直接由废气涡轮来驱动 增压器和曲轴没有机械关系 柴油机排出的废气沿排气管1 经过导向器2进入废气涡轮的叶片3 并推动其旋转 此时就带动了和它同轴的增压器叶轮5转动 空气经过进气管6被吸入 增压后的空气经蜗壳8沿进气管9进入柴油机气缸 9 第二章船舶柴油机装置 2 4增压柴油机的特点 10 第二章船舶柴油机装置 2 5多缸柴油机的工作次序 1 四冲程柴油机中 只有燃烧膨胀冲程才做功 其他三冲程为耗功 因此造成转速不均匀 有时加速 有时减速 2 提高柴油机运转均匀性 通常采用在曲轴上安装飞轮和采用多缸结构形式 3 若多缸柴油机有i个气缸 则发火间隔角应为 720 i 11 第二章船舶柴油机装置 2 5多缸柴油机的工作次序 12 第二章船舶柴油机装置 2 5多缸柴油机的工作次序 13 第二章船舶柴油机装置 2 5多缸柴油机的工作次序 直列六缸发动机工作循环发火间隔角为 720 6 120 工作顺序为 1 5 3 6 2 4或1 4 2 6 3 5 14 第二章船舶柴油机装置 2 5多缸柴油机的工作次序 3 V8发动机工作循环发火间隔角为 720 8 90 工作顺序为 R1 L1 R4 L4 L2 R3 L3 R2或L1 R4 L4 L2 R3 R2 L3 R1 15 第二章船舶柴油机装置 2 6柴油机的分类 1 按结构特点可分为筒型活塞柴油机和十字头活塞柴油机 1 筒形活塞柴油机缺点 活塞裙部起向导作用 在侧推力的作用下 活塞与缸套磨损较大 优点 结构简单 紧凑 轻便用途 高速柴油机 2 十字头活塞柴油机优点 活塞与缸套间无侧推力 因为由十字头导向 故磨损较小 不易擦伤和卡死 可在气缸下部设横隔板 以免气缸内的脏油 烟灰 燃气等漏入曲轴箱 污损曲轴箱底部的滑油 缺点 使柴油机高度和重量增大 结构复杂 用途 船用大型低速柴油机 16 第二章船舶柴油机装置 2 6柴油机的分类 2 按缸数分 单缸机和多缸机多缸机分布形式气缸数在8 10个以下时 气缸布置成直列式 气缸数超过10个时可布置两列V型 此外还有W型 X型 星型布置 3 按工作原理 四冲程和二冲程 17 第二章船舶柴油机装置 2 6柴油机的分类 5 按用途 固定式和移动式 6 按标定转速 1 高速机n 1000r min2 中速机300 n 1000r min3 低速机 n 300r min 7 按曲轴转向 左转 右转 可逆转和不可逆转 从飞轮端看 4 按进气方式 增压和非增压 18 第二章船舶柴油机装置 2 6柴油机的分类 19 第二章船舶柴油机装置 2 6柴油机的分类 尾部 区分符号 同一系列产品因改进等原因需要区分时 由制造厂选用适当符号表示 首部 产品特征代号 由制造厂根据需要自选相应字母表示 但需经行业标准化归口单位核准 备案 中部 由缸数符号 气缸布置形式符号 冲程符号和缸径符号组成 后部 结构特征和用途特征符号 分别按上表规定 20 第二章船舶柴油机装置 2 6柴油机的分类 6缸 二冲程 缸径430mm 水冷 可倒转 船用主机 左机基本型 6E430DzCz 12V135ZG 12缸 V型 四冲程 缸径135mm 水冷增压 工程机械用 21 第二章船舶柴油机装置 2 6柴油机的分类 22 第二章船舶柴油机装置 2 7柴油机的主要技术指标与特性 1 1平均有效压力假定一个在活塞行程内不变的压力 它在一个行程内所作的功与实际循环所作的正功相等 Pi Li Vh Pa 四冲程 增压0 9 3MPa 非增压0 65 1 05MPa二冲程 增压0 9 2MPa 非增压0 62 0 9MPa 一 动力性指标 动力性指标 内燃机对外作功能力的指标 主要有 平均有效压力 功率 转速和活塞平均速度 23 第二章船舶柴油机装置 2 7柴油机的主要技术指标与特性 1 2有效功率有效功率 指示功率 损失功率Ni Pi Vs n 60 m W n为转速 m为冲程系数 1 3标定功率15min功率 1h功率 12h功率 持续功率 1 4转速和活塞平均速度转速 高速机n 1000r min中速机300 n 1000r min低速机 n 300r min 活塞平均速度 Cm 2Sn 60 Sn 30 m s 高速机 Cm 10m s中速机 6 5 Cm 10m s低速机 Cm 6 5m s 24 第二章船舶柴油机装置 2 7柴油机的主要技术指标与特性 二 经济性指标 经济性指标一般指内燃机的燃油消耗率和滑油消耗率 2 1燃油消耗率高速机 204 250 中速机 203 225 低速机 160 185g kWh2 2滑油消耗率一般为0 5 4g kWh 3 1重量指标高速机 1 4 3 7 中速机 10 19 低速机 20 35kg kW3 2外形尺寸指标 三 重量和外形尺寸指标 重量指标和外形尺寸指标用于评价内燃机结构的紧凑性和金属材料的利用率 25 第二章船舶柴油机装置 2 7柴油机的主要技术指标与特性 排气污染指标 1 一氧化碳 CO 一氧化碳是无色无味的气体 空气中含量超过0 1 就会中毒 CO含量 取决于过量空气系数 2 碳氢化合物 HC 成分复杂 对人体有麻痹 致癌作用 是造成烟雾的因素之一 HC 与燃烧的缓慢甚至停止有关 惰转和减速时生成 3 氮氧化和物 NOx 有强烈的刺激味 对心脏和肺造成损坏 是大气形成臭氧的主要因素 NOx 取决于火焰温度 火焰前锋中是否富氧以及高温持续时间 废气污染 26 第二章船舶柴油机装置 2 7柴油机的主要技术指标与特性 此外 二氧化硫 SO2 有强烈的刺激味 与灰尘一起危害更大 微粒 PT Particle 微粒的主要成分是碳 大多小于0 3微米 微粒碳核子吸附其他有毒物质被吸入肺叶对人体造成损害 27 第二章船舶柴油机装置 2 7柴油机的主要技术指标与特性 排放 欧洲指标 28 第二章船舶柴油机装置 2 7柴油机的主要技术指标与特性 汽油机与柴油机排放物比较 29 第二章船舶柴油机装置 2 8运动机件 运动机件主要是指曲柄连杆机构 它由活塞组 连杆组和曲轴等部件组成 曲柄连杆机构的功能是将热能转变为机械功 30 第二章船舶柴油机装置 2 8运动机件 分解S为T K切向力T对曲轴中心的力矩 M T R法向力K引起曲轴弯曲 主要受力有 1 气缸内的气体压力P 2 运动机件的惯性力P 将合力分解得 垂直于气缸中心线的侧推力N作用 侧推力N产生摩擦沿连杆中心线的连杆力S作用 连杆力S使连杆压缩或拉伸 根据牛顿第三定律 侧推力N对曲轴中心的力距等于旋转力矩M 作用在机体上 与M相反 并且企图使柴油机倾倒 所以称为倾覆力矩 P P P 31 第二章船舶柴油机装置 2 8运动机件 活塞组由活塞 活塞销 活塞环 衬套和活塞销盖 一 活塞组的组成 二 活塞组的作用1 与气缸 气缸盖共同构成发动机的密闭的工作空间防止燃气漏入曲轴箱 阻止过多的润滑油窜入气缸内 2 承受燃气压力 并将其传给连杆和曲轴 3 承受侧推力 起到了导向作用 4 二冲程发动机中还有控制气口的作用 32 第二章船舶柴油机装置 2 8运动机件 要求 活塞的质量要小 可以减小惯性力 热膨胀系数要小 减小受热时的变形 导热性好 防止活塞过热 发生损坏 耐磨性好 防止在往复运动中大量磨损 一 活塞 32 33 活塞的结构形式从有无冷却的角度可分为 非冷却活塞和冷却式活塞整体铝活塞 整体油冷活塞 组合式油冷塞 组合式水冷活塞 第二章船舶柴油机装置 2 8运动机件 33 34 第二章船舶柴油机装置 2 8运动机件 1 整体铝活塞 1 活塞的基本结构包括 顶部 环槽 活塞销座和裙部 活塞顶部 气缸盖和气缸壁组成燃烧室 2 活塞头部 从活塞顶至活塞销座以上最末一道环槽之间的部分称为活塞头部 开有数道环槽 2 3道气环槽 1 2道油环槽 高速机较少 低速机较多 34 35 第二章船舶柴油机装置 2 8运动机件 2 整体油冷活塞 为了适应柴油机的热负荷和机械负荷不断增加的需要 保证活塞顶的足够强度又使第一道环的温度不至太高 在中 高速柴油机中普遍采用了整体油冷活塞即在整体活塞顶部及环槽部开有冷却液流道或冷却腔 用润滑系统中冷却油作为冷却介质 对活塞顶部及环槽区进行强制冷却 主要可分为 蛇形油管冷却活塞 冷却油腔活塞 35 36 第二章船舶柴油机装置 2 8运动机件 蛇形油管冷却活塞 蛇形油管冷却活塞 采用螺旋形铜管或钢管铸入活塞本体 使冷却油流经蛇型管 在润滑油压力作用下进行循环冷却 为了增强冷却效果 也有铸成后再用酸蚀掉铜管 冷却油腔活塞 活塞头内部设置冷却油腔 冷却油不充满整个油腔 一般只充30 50 由于活塞往复运动的惯性 冷却油在油腔中震荡冲刷 冷却油与油腔面相对运动速度较大 容易形成紊流 冷却效果较好 冷却油腔活塞 36 37 第二章船舶柴油机装置 2 8运动机件 采用组合式的原因a 强化强度提高 活塞头部的热负荷增加 一般的铝合金不能满足要求 b 出于减小往复惯性力的考虑 减轻重量 3 组合式油冷活塞 37 38 第二章船舶柴油机装置 2 8运动机件 采用十字头式活塞的原因 这种形式没有活塞销座和活塞销 连杆的侧推力由十字头来承担 由于船用大型低速柴油机气缸直径大 侧推力大 不能靠活塞裙来承担 因此一般都采用十字头式活塞 十字头式活塞 38 39 第二章船舶柴油机装置 2 8运动机件 二 活塞环 1 活塞环分为气环和油环两种 a 气环一般高速机有2 3道气环 中速机有3 4道气环 低速机有5 6道气环 目前的趋向是减少环数 强化第一道环 柴油机所消耗的摩擦功中约有50 是活塞环和活塞裙与缸套间的摩擦引起的 b 油环油环一般是1 2道 2 活塞环的功用 密封气缸 防止燃气漏入曲轴箱 防止滑油漏入气缸 导热 燃烧的热量经环传到气缸壁 调节润滑油量 刮油和布油由油环承担 支承活塞活塞销 39 40 第二章船舶柴油机装置 2 8运动机件 应保证较高的密封性 便于磨合 耐磨损 对润滑有调节作用 3 气环的结构 e桶形环 a矩形环 b锥面环 c内倒角扭曲环 d梯形环 40 41 第二章船舶柴油机装置 2 8运动机件 3 斜切口 性能介于上述两者之间 4 活塞环的开口形状 1 直切口 结构简单 加工容易 但密封性稍差 2 搭切口 密封性好 但制造困难 多用于大型低速柴油机中 41 42 第二章船舶柴油机装置 2 8运动机件 1 气环的泵油现象如图当活塞向下运动时 环压在环槽的上端面被气环刮下的滑油充满环与环槽之间的空间 当活塞向上运动时 环压在环槽的下端面 而滑油被挤入上部的环槽间隙中 5 油环 42 43 第二章船舶柴油机装置 2 8运动机件 2 采用原因由于某些气环不但没有刮油的作用 而且还能把润滑油泵吸到燃烧室中去 所以必须在活塞上安装专门的刮去气缸上多于润滑油的刮油的环 由于泵油会增加滑油的消耗量 并引起结焦造成气环卡死 产生严重漏气 使功率下降 4 安装位置一般油环多部置于滑油较多的活塞末道气环以下 3 结构形式油环制成有利于刮油和布油的形状 并在环槽中或槽下方开油孔 将刮下的滑油引入曲轴箱 为了提高油环的径向压力和刮油效果 还采用弹簧胀圈油环以及钢片组合油环