船舶轮机问答第三版（船舶柴油机分册）.doc

船舶轮机问答（船舶柴油机分册）（第三版） 王永顺 张庆信 编著 宋汝涛 修订人民交通出版社目录第一章 船用柴油机的基本知识1 什么叫柴油机？答：柴油机是内燃机的一种。在柴油机中，柴油不是靠外界火源点火的，而是依靠活塞的运动，先将外界的空气吸入气缸，然后依靠活塞的运动再把空气压缩，使得温度和压力大大提高，达到了燃油发火温度。此时通过喷油嘴把柴油以雾化的形式直接喷入气缸，雾化油遇到高温的压缩空气，立即发火燃烧。柴油燃烧后，放出大量热能，这时气缸内的燃气温度和压力急剧升高，便推动活塞做功。这样，只要使得各个气缸轮流喷油发火，始终保持有部分气缸的活塞在燃气压力的推动下，带动曲轴不断旋转，就可以保证柴油机连续地向外输出机械能了。所以，从本质上说，柴油机是一种把燃油的热能转变为机械能的动力机械。因为它不象蒸汽机那样，先让燃料在锅炉里烧出蒸汽，再把蒸汽引入气缸做功，而是直接把燃油喷入气缸，只经过一次能量转换，使他在气缸内燃烧做功，所以又叫内燃机。2 柴油机和汽油机的主要区别是什么？答：主要区别是在燃料送入和点火燃烧方面。汽油机是将汽油在汽化器中化成汽油蒸汽并和适量的空气混合，由机器吸气冲程的吸力，送入气缸。此后，通过活塞的上行，对汽油、空气混合气进行压缩（压到原来容积的1/51/7），这时由配合好的电火花塞点火，引起混合燃气爆发燃烧，推动活塞做功。柴油机吸入和压缩的只是空气，压缩程度高达原来容积的1/121/18，压缩温度高达600700；这时，喷油器准时向气缸喷入雾状燃油，而被压燃，推动活塞做功。从以上叙述可以看出，汽油机与柴油机的主要不同点是：1 汽油机燃料在进入气缸前必须汽化，所以必须使用挥发点很低的汽油作为燃料。柴油机是直接把燃料喷入气缸，依靠压缩温度自燃发火。2 汽油机的另一个特点是压缩压力比柴油机低，而且要使用电火花塞点火燃烧。这主要是因为汽油抗爆燃性能太差，不能用大的压缩比进行压燃。对于汽油机，必须设有电火花塞，在上止点以前某个角度点火。这样，汽油机上就必须设置一套高压电火线圈以及向各缸轮流通电的分电器。柴油机不需电力点火，所以省掉了点火线圈、分电器。但是柴油机必须把燃油加压到很高的压力，喷入气缸。所以柴油机虽然省掉了点火线圈和分电器，却必须设置一套高压油泵、喷油器等设备。3 什么叫上止点、下止点和冲程？答：上止点是指活塞在气缸内运动时到达最高的位置。下止点与上止点正好相反，是指活塞在气缸内运动时到达最下端的位置。活塞在最高位置（或最低位置）时，曲轴上相应的曲柄销也运转到最高位置（或最低位置）。这时，活塞销、十字头、曲柄销、曲轴中心线都在同一个垂直平面内，即使此时气缸上部喷油产生燃气压力，因为三点都在一条直线上，往往难于使曲轴旋转，在单缸柴油机中有“卡死”不转的可能性，所以通常把活塞运动的最高位置叫做“上止点”；最低位置叫做“下止点”。实际上柴油机往往由多缸组成，当某一缸活塞在上止点或下止点时，相邻其他各缸可能正在下行做功，曲轴上仍有旋转力矩，可以带动某缸活塞绕过上止点（或下止点），所以所有各缸的上、下止点实际上又都不会成为“死点”。在单缸柴油机中是利用飞轮储存的惯性力带动曲轴使活塞绕过上、下死点，所以也不存在真正的“死点”。柴油机的上、下止点时调整气缸喷油定时的重要依据。各缸到达上止点的位置一般都可在柴油机的飞轮上。活塞在气缸中作上下往复运动时，由上止点运行到下止点，活塞由下止点到上止点所走过的距离就叫一个冲程（或称行程），一个冲程的长短正好等于柴油机曲柄销回转一周的直径。4 什么叫压缩容积、工作容积、气缸总容积和压缩比？答：压缩容积：活塞在上止点时，活塞与气缸盖之间的气缸空间即称为压缩容积或燃烧室容积。一般用符号来表示。工作容积：活塞从上止点走到下止点时所让出来的气缸空间称为工作容积。一般用符号来表示。气缸总容积：活塞在下死点时，活塞顶上的全部气缸容积。一般用来表示。气缸总容积是压缩容积与工作容积的总和。即： =+压缩比：是气缸总容积与压缩容积的比值。常用表示： 压缩比是柴油机的一个重要性能参数。压缩比大，空气被压缩后的压力和温度也就高，燃油也就容易发火燃烧，机器易于起动。反之，燃油不易发火，起动也就困难。所以，压缩比对柴油机的燃烧、效率、起动性能和机械负荷等都有一定的影响。一般大型低速柴油机的压缩比在1113左右。非增压柴油机偏高，增压柴油机偏低。柴油机的压缩比虽然已由造机工厂确定，但在其轴承磨损后，活塞装置下沉，或在检修中气缸盖垫床以及连杆下脚板垫床选择不当，也会造成压缩比的改变，影响柴油机的性能。5 什么叫压缩压力和最大爆发压力？答：压缩压力：进入气缸的空气被活塞压缩到上止点时，所具有的压力称为压缩压力。压缩压力依机型的不同而有差异，老型号机器一般约在36MPa，现代新型船用主辅机一般在12.26MPa以上。压缩压力可用示功器在柴油机正常运转时，分别停止所测缸的供油来测定。最大爆发压力：柴油机在额定功率下工作冲程之初，燃油强烈燃烧，使气缸内的压力急剧升高，此时的压力称为最大爆发压力。最大爆发压力依机型的不同而有差异，老型机器一般约为4.917.81MPa或更高。新型机器在12.75MPa以上。测定最大爆发压力可用示功器或爆压表在柴油机正常工况下测定。通过压缩压力的测定，一般可以判断活塞环的气密性是否良好。活塞环漏气，常常使得压缩压力下降。通过最大爆发压力的测定，一般可以判断供油系统工作是否正常。如果最大爆发压力突然下降，则该缸供油系统可能出现故障。6 什么叫“功”和“功率”？它们的单位是什么？答：物体在力的作用下移动过一定距离就叫做功。“功”的大小是用做功的力与物体移动距离的乘积来衡量的。例如，我们用1（牛顿）的力推动一个物体沿着作用力的方向移动了1m的距离，那么，对该物体所作的功： 公的单位在法定计量单位中是焦尔；在英制中是英尺磅力。所谓功率，即是衡量机械在单位时间内的作功能力。衡量一台机器的工作能力的大小，除了做功的多少以外，还必须有一个时间的限制。比如，一台吊车力气很大，它能吊起10t重的重物，但是一秒钟只能吊起1m高。另一台吊车只能吊起5t重，但是每一秒钟可以吊起10m高。因此，从单位时间内来说（在1秒钟内），头一台吊车只做了10109.81N1m=109.8110J的功；第二台吊车却做了5109.81N10m=59.8110J的功，则第一台吊车的工作效率（功率）没有第二台吊车的工作效率高。功率的单位是瓦（W）（读作焦瓦每秒），过去使用“马力”作为单位。一“马力”绝不是一匹马的力量，它的大小是： 1马力=735.499W就是说1马力可以在1s内作735.499J的功。此外，英国人很早就使用一种英制的“马力”单位。他们规定1马力（英制）=550英尺磅力/秒，约为745.700W，即每秒钟内可作745.700J的能力。马力与英制马力是可以折算的： 1马力=0.9858英制马力； 1英制马力=1.014马力。过去我国机器铭牌上所标的马力，一律指米制马力。7 什么叫平均指示压力和指示功率？答：平均指示压力：就是假定有一个在整个活塞工作行程内不变的压力，推动活塞在一个行程所作的功与实际工作行程所作的功相等。这个假定不变的压力就叫平均指示压力，一般用符号来表示。平均指示压力可由测取的示功图的面积计算出来。平均指示压力的大小，主要决定于喷油量的大小，燃气与空气混合的完善程度，换气和燃油雾化的质量，以及燃烧速度等因素。现代柴油机，额定工况下的平均指示压力大致如下： 四冲程非增压机 0.690.981MPa 四冲程增压机 0.892.45MPa 二冲程非增压低速机 0.540.88MPa 二冲程增压低速机 0.691.28MPa指示功率：一台机器，根据在工作行程使活塞上承受的平均指示工作压力、活塞面积、行程、缸数、转速和冲程数诸多因素所算得的功率。它标示一台机器气缸中实际发出的功率。指示功率通常以符号来表示，其单缸计算公式为： 式中：-平均指示压力，Pa； S-活塞行程，m； F-活塞面积，m； n-机器每秒钟转速，r/s； m-冲程系数。四冲程机m=1/2；二冲程机m=1。8 什么叫标定功率和持续功率？答：标定功率（或称额定功率）是机械部门或有关单位对一台机器进行试车时核定的功率（即售机功率，非长期使用功率），即为铭牌上得标定功率。柴油机在工厂试验台上进行全负荷速度特性试验时，附带一些条件作为标定（额定）工况，如标定大气压力为133.322Pa高、环境温度为27、冷却水温度27、相对湿度为60%等作为试验的外界条件，标定（额定）功率是在这种情况下测定的。但是，当柴油机装在船上工作时，环境温度较此为高。另外，在试验台上所测得的标定（额定）功率值，常在排气背压较小，充气量较为充足的情况下进行的，而且不受船舶污底和各种航行条件等因素的影响。因而所发出的功率值较高。如果装在船上的柴油机按照标定（额定）功率长时间运转，必定要超负荷。为了是柴油机能在各种实际运转条件下长期可靠的工作和在必要时能提供一定的储备功率，作为船用主机的柴油机实际使用的最大功率应该比标定（额定）功率要小些，这个实际使用的最大功率，即允许长期连续运转的最大输出功率，就叫做持续功率。持续功率一般约为标定（额定）功率的90%。船舶正常营运使用的功率称为服务功率（CSR），它与持续功率之差，称为海上保留功率，供海况不良、船体脏污等情况影响了船速时加速赶班期使用。一般船舶使用功率介于持续功率与服务功率之间。9 什么叫制动（有效）功率？怎样计算制动功率？答：制动功率也叫柴油机的有效功率。它是指机器在正常运转时机器本身摩擦及带动附属机械所消耗的功率后，在机器飞轮端输出的净功率，是柴油机用来带动轴系及螺旋桨旋转的实际功率，一般用来表示。制动功率可以在试验台上用水力测功器（或电力测功器）直接测出。在船上可用扭力测功器测出。在实用中，如已知柴油机的机械效率（一般用表示），则在测的指示功率后，可以用下面的公式计算制动功率： 制动功率（）=指示功率（）机械效率（）式中的机械效率一般在柴油机出厂时都已经写明。因此在船上只要用示功器测算出指示功率，便可算出制动功率。10 什么叫轴功率？怎样计算轴功率？答：轴功率是从柴油机有效功率（飞轮端的输出功率）中扣去中间轴、尾轴摩擦损失的功率以后所剩余的功率。它也是传到尾轴管以后，真正带动螺旋桨旋转的功率。轴功率的符号一般用表示。轴系摩擦系数一般用表示。所以轴功率可用以下公式计算： =11 什么叫机械效率？有哪些因素影响机械效率的大小？答：柴油机的机械效率是指柴油机从飞轮端输出的有效功率与气缸内部发出的指示功率的比值，一般用一个百分数表示，其代号为。它的实质是对柴油机指示功率所打折扣的一个系数。为什么要打折扣？这是因为功率在传递过程中有下列损失：1 摩擦损失：它是柴油机各种运动部件表面摩擦损失。由实验得知，活塞及活塞环与气缸的摩擦损失最大，约占全部摩擦损失的55%65%，而轴承的摩擦损失约占35%45%。2 带动辅助机械的损失：柴油机为保证自身正常运转，必须带动高压油泵、注油器、空气分配器、气阀传动机构、扫气泵以及其他辅助机构运转，而消耗的一部分功。3 其他损失：在非增压的四冲程柴油机中进排气及压缩需要曲轴推动活塞上、下行，也会消耗一部分功。总之，柴油机在工作过程中因为部件摩擦，带动辅助机构工作所消耗的功是不少的。耗功多少，随柴油机型式不同而有所差别。目前，船舶四冲程非增压柴油机在额定工况下约为0.780.85；四冲程增压柴油机约为0.800.92；二冲程非增压柴油机约为0.730.86；二冲程增压柴油机约为0.800.92。12 四冲程柴油机的工作原理是怎样的？答：任何型式的柴油机在工作时，都必须有进气、压缩、燃烧膨胀和排气四个过程。这四个过程如果在活塞往返四个行程中完成，就叫做四冲程柴油机。图1分别表示四冲程柴油机工作过程进行的情况和活塞装置的有关动作位置。第一行程-进气行程图1a）。活塞从上止点下行，由于气缸容积的增大使气缸内的压力下降到大气压力以下。此时进气阀打开，靠着活塞下行时的抽吸作用，新鲜空气通过进气阀被吸入气缸。第二行程-压缩行程图1b）。空气的压缩过程是在活塞从下止点向上运动，进气阀关闭后开始的，直至活塞到达上止点压缩完毕。第一行程吸入的新气，压力增高达36MPa或更高，温度升高到600700或更高。第三行程-工作行程图1c）。这一行程是燃油燃烧和膨胀推动活塞下行做功的过程。在压缩形成之末，燃油喷入气缸与空气混合，在高温下自行发火强烈燃烧。此时缸内的压力和温度急剧升高，压力可达68MPa或更高，温度高达14001800。活塞越过上止点后，在燃气压力作用下被推下行，通过连杆推动曲轴旋转做功。随着活塞的向下运动，气缸容积也就逐渐增大，缸内燃气压力和温度随着燃气的膨胀逐渐下降，一直到气缸上的排气阀开启时，燃气开始排出，此行程结束。第四行程-排气行程图1d）。在上一行程之末，排气阀打开，缸内燃气的压力和温度迅速下降，这时活塞尚在下行，废气靠气缸内外压差经排气阀排出。在活塞由下止点上行时，废气被活塞完全排出气缸。上述的四个行程进行一遍，柴油机就完成了一个工作循环。当活塞继续活动时，另一个新的循环按同样的顺序重复地进行。13 二冲程柴油机的工作原理是怎样的？答：柴油机在工作时，曲轴回转一周，气缸内便完成了进气、压缩、燃烧膨胀和排气四个过程，也就是活塞每上、下一次便完成了一个工作循环。这样的柴油机叫做二冲程柴油机。如图2所示即为一台设有专用活塞式双作用扫气泵的二冲程柴油机。其结构特点是在气缸盖上除了喷油器之外，没有气阀，而在气缸的右下侧设有排气口f，它与排气管g相通；在气缸的左下侧设有扫气口e，它与扫气箱d相通。这台柴油机的工作是按下述过程来进行的：第一行程（进气及压缩行程）-当活塞从下止点上行时，首先逐渐遮住扫气口e及较高的排气口f。待活塞把气口完全遮住，换气过程结束。再继续上行时，气缸中便开始进行压缩过程，一直继续到上止点为止，这时空气被压缩到36MPa的压力，相应的温度增高到600700。与此同时，在扫气泵活塞a的上部也进行着扫气空气的压缩和排出，排出的空气经阀c进入扫气箱d，在这里保持大约1.11.3大气压的压力。此时活塞a的下部则从外界吸入空气。第二行程（工作及排气行程）-当工作活塞到达上止点附近时，燃油自高压油泵经喷油器b喷入气缸。雾化的燃油一与缸内高温空气接触，立即着火燃烧。燃烧后的最高温度至14001800；最高压力达58MPa或更高，接着开始了膨胀做功过程，活塞被推向下行。活塞下行首先让出排气口f，燃烧产物开始从气缸内排到排气管。由于气体的排出，缸内压力迅速下降。当压力降到接近扫气箱内扫气的压力时，活塞下行已露出扫气口。储在扫气箱内的新鲜空气便经气口e进入气缸。进一步把燃烧产物从排气口f扫出去。这样，气缸内便充满了新鲜空气。在活塞下行的同时，扫气泵活塞a的下部也进行着空气的压缩和排出，排出的空气经阀进入扫气箱d，而活塞上部则从外界经阀c吸入空气。这种换气过程延续到下一行程活塞上行的初期，直到活塞又先后遮住扫气口和排气口为止。活塞再往上行，工作循环又以上述顺序重复进行。但现代船用低速二冲程主机均为有排气阀的直流扫气式。无排气阀的二冲程机80年代初已停止生产。14 废气涡轮增压柴油机的特点是什么？答：为了改善柴油机的燃烧情况，目前国内外都在设计中采用了进气增压技术。其工作原理如图3所示。如前所述，一台柴油机工作的好坏，很的程度上取决于喷进气缸的燃油是不是能完全、及时的燃烧。燃油燃烧得越彻底，则机器的热效率越高，发出的功率也越大。然而进入气缸的空气是燃油进行良好燃烧的必要条件。在活塞行程与进气口大小决定之后，气缸充气的质量好坏就成了影响燃烧的重要因素。因为新鲜空气的密度与空气的温度及压力有关，即空气的温度越低，压力越大，它的密度越大。同样的气缸容积当然是吸进密度较大的空气，才能达到增加进气量的目的，这对柴油充分燃烧是有利的。所以目前绝大多数柴油机都利用废弃涡轮机带动一个同轴的压气机（图3）把将要进入气缸的新鲜空气进行初步压缩。这也是“增压”说法的来由。除了对新鲜空气增压以外，一般还要对增压后的新鲜空气进行冷却，使它的密度更大。这样，再把经过增压、冷却的高质量的空气引入气缸，就可以在每次喷油时多喷一点油，而且可以保证燃油较好的燃烧，从而大大提高了柴油机的功率和经济性。目前，对新鲜空气的增压压力由0.120.25MPa以上不等。压力为0.120.16MPa左右的称为低增压，达到0.180.25MPa的称中增压；压力在0.25以上的较高增压。15 无十字头和十字头式柴油机的结构特点以及两种柴油机的优缺点是什么？答：无十字头式柴油机也叫做筒形活塞式柴油机，如图4a）所示，活塞2直接与连杆5相连接，活塞的导向作用由活塞本身下部的筒状部分（裙部）来承担。在运动使活塞对气缸壁产生侧推力N。这个侧推力在正车时，活塞下行指向左侧，而活塞上行则指向右侧。十字头式柴油机如图4b）所示。活塞2通过活塞杆3以及十字头4与连杆5相连接。活塞的导向作用主要由十字头承担。当柴油机工作时，十字头滑块11在导板10上滑动，侧推力N作用在滑块与导板之间。这两种柴油机各有优、缺点。十字头式柴油机由于它的活塞不起导向作用，活塞与气缸之间允许有较大的间隙。同时由于两者之间没有侧推的作用，因此它们之间的磨损较小，不易擦伤和卡死。此外，采用这种构造型式时由于活塞杆只在垂直方向作直线运动，故可以在气缸下部添设一隔板如图4b）中虚线所示，这样就把气缸和曲轴箱空间隔离开，以免脏油、烟灰和燃气漏入曲轴箱污损滑油。以上都是十字头式柴油机比无十字头式柴油机优越的地方。然而，由于采取十字头式的结构，柴油机的高度和重量要增大，构造也就相对的复杂些，在这方面他就比不上无十字头式柴油机。但现代船用二冲程柴油机均为十字头式。16 为什么船舶发电柴油机一般采用四冲程柴油机？答：船用发电柴油机（通称辅机）都采用四冲程柴油机，主要是二冲程机的换气质量不如四冲程柴油机好（因前者换气时间短）。转速越高，二冲程机的换气质量越难以保证。一般与发电机相连的柴油机要求有较高的转速（通常在3001500r/min之间），在这种转速下，二冲程柴油机的经济性常比四冲程机的要低。因此，船用发电柴油机都采用四冲程机。17 什么叫定时图？绘制二、四冲程柴油机的定时图，并注明它们的各项定时。答：所谓定时图，就是用曲柄转角位置来表示柴油机的进、排气阀（气口）的打开与关闭时刻以及喷油、起动空气开始进入气缸及停止进入时刻的一种图形。在定时图上还可以明显的看出柴油机的各个工作过程延续的长短。各定时的长短随机型而异。图5a、图5b）分别表示某一个四冲程和二冲程柴油机的定时图例。图5a）中所示，某四冲程柴油机曲柄在上止点前20时，进气阀打开，并在下止点后30时关闭；排气阀则在下止点前45时打开，直到上止点后10关闭；喷油器在上止点前20即开始喷油，一直喷到上止点后4结束；起动空气则从上止点时进入气缸，至下止点前50（起动进气延续130曲柄转角）停止。图5b）是某二冲程柴油机的定时图，可自行读出它的定时。18 四冲程柴油机的进、排气阀的开、关时刻为什么都不在上、下止点？答：任何气阀不是一开就可以开大的，例如进、排气阀开启之初，它的通道截面很小，气流流过狭小通道时的阻力就大。如果进、排气阀正好在上、下止点时才打开，刚一开始总是只开一圈小缝，则大大影响进排气的通畅。这样，只有到活塞下行或上行一段时间才能开足，其结果会使进气不充分或排气不干净。所以，在设计柴油机时，一般都让进、排气阀在上、下止点以前开始开启，这就减少了进、排气的阻力，从而有利于废气的排出和新气的充入。其次，新气和废气进入或排出气缸时，都以一定的速度流动。因为气体在流动时有惯性，所以当活塞下行到底，并开始自下止点向上止点运动时，由于进气的惯性作用，仍能继续向缸里进一些气，这叫过后充气。这时如果将进气阀延缓到下止点后关闭，就能利用气流的惯性吸入更多的空气，这对燃烧是有利的。同理，排气阀延缓到上止点以后关闭，也是为了利用气流的惯性更好得多排除一些废气。所以柴油机的进、排气阀实际上都不在上、下止点时开启或关闭；对于进气阀采取上止点之前开启（进气），到下止点后又延缓关闭；对于排气阀则采取下止点前提前开启（排起），上止点后又延缓关闭。恰当的气阀定时，随柴油机的型式而异，一般都是通过实验的方法加以确定。19 什么叫气阀重叠角？它有何意义？答：进、排气阀在上止点前后同时开启时曲拐所转过的角度，称为气阀重叠角。合适的气阀重叠角，可以利用活塞在上止点前快结束时排出气流的惯性，有助于废气的清除。同时，又可利用此时在燃烧室内所形成的低压，使新气更多的充入。此时废气清除新气冲入的过程，被称为燃烧室扫气。对高增压机燃烧室扫气还有助于对燃烧室的冷却。20 国产船用大型柴油机的型号是怎样表示的？各代号的含义是什么？答：为了便于柴油机的选择使用，每种机型都有一个特定的型号。国产船用大型柴油机的型号包括三个内容。第一部分表示气缸数目；第二部分是技术特性代号，是以汉语拼音的第一个字母代表机器的某些主要性能；第三部分是以数字表示气缸直径和活塞行程。例如：上面所举型号即表示该柴油机为6缸、二冲程、十字头式、可倒转、增压式船用柴油机。它的气缸直径时43cm，活塞行程是82cm。43/82型机已停止生产，目前生产34/82型长冲程机。21 国产中小型柴油机的型号是怎样表示的？各代号的含义是什么？答：我国中小型柴油机有很多系列品种，其型号的表示方法尚未完全统一，但基本上是一致的。我国中小型柴油机的型号一般也分为三个部分：第一部分是一个数字，表示缸数；第二部分是一组数，一般表示气缸直径（mm）；第三部分一般是一个字母（有时也可能是一个数字），用来表示机器的某种特性。至于最后的字母究竟代表什么特性，目前尚无统一规定。例如：又如：6135G的G字则表示对6135稍加改进的机型；6135则表示陆用机型；6250表示6缸、直径为250mm的陆用机型；6250C的C字则表示船用机型。22 瑞士SULZER型船用柴油机型号是怎样表示的？各代号的含义是什么？答：瑞士SULZER公司自1957年起生产RD系列后，于1968年发展了RND新系列。70年代在RND系列的基础上再作进一步改进生产出RNDM系列，接着又设计生产出RL长活塞行程等系列，其各系列型号如：6RD76；12RND105；10RND90M；6RLA90；6RLB90。其中各代号的含义是：6、12、10-缸数 R-焊接结构、二冲程、十字头式；N、M、A、B-设计改型发展顺序； L-长行程；76、105、90-缸径，cm。80年代初该公司股东重新组合改名为NEW SULZER，只生产高效率的直流扫气RTA系列机。23 丹麦B&W型船用柴油机的型号是怎样表示的？各代号的含义是什么？答：丹麦B&W公司自60年代起在VT2BF系列基础上发展了KEF、KFF系列后，于70年代又在KEF系列基础上发展了KGF系列，接着又在KGF系列基础上研制了LGF、LGFCA、LGA、LGB长行程系列，其中各系列型号如：6K94EF；6K98FF；10K98GF；6L94GF；5L55GB。其中各代号的含义是：6、10、5-缸数； K-二冲程、单作用、十字头、直列式；84、98、94、55-缸径，cm；E、F、G、B-设计改型发展顺序； L-二冲程、单作用、十字头、直列式、长行程； F-直接传动式船用主机。80年代初该公司被MAN公司收买更名为MAN B&W，并开始只生产超长冲程高效MC（E）系列柴油机，90年代又去掉（E）只生产MC系列机。24 德国MAN型船用柴油机的型号是怎样表示的？各代号的含义是什么？答：德国MAN公司在60年代初制成KZ系列后，于60年代末发展了KSZ系列，70年代经进一步改进又先后发展了KSZA系列、KSZB系列和KZE系列等。其各系列型号如：K7Z70/120C；K6Z78/155F；K10SZ105/180A；K12Z93/170E；K7SZ70/150CL。其中各代号的含义是：K-十字头式；7、6、10、12-缸数；S-维护简单；Z-二冲程；70/120、78/155等-缸径（cm）/行程（cm）；C、F、A、E、L-设计改型发展顺序。80年代初收买B&W后，停止了生产MAN型机。25 日本三菱“UE”系列船用柴油机型号是怎样表示的？各代号的含义是什么？答：三菱“UE”是三菱重工业公司设计与制造的二冲程、直流扫气、废气涡轮增压柴油机系列产品。该系列产品有两种型号，即十字头型（UEC）和筒形活塞型（UET）。1955年，该公司生产了第一台9UEC75/150A型柴油机，以后UE系列柴油机油逐步发展了C型、D型和E型。1975年，该公司完成了世界上第一台两级废气涡轮增压8UEC52/105型柴油机，日本三菱生产的UEC型号如：9UEC75/150A；6UEC85/160C；12UEC85/180D；8UEC52/105E；UEC45LA；UEC60LS；UEC85LSC；UEC52LS。其中各代号的含义是：9、6、12、8-缸数； U-直流扫气； E-废气涡轮增压； C-十字头式； 75/150等-缸径（cm）/行程（cm）；A、C、D、E、L、S-发展顺序。80年代中，该公司推出长冲程高效率UEC系列单一排气阀直流扫气机型，但主要供日本造船。第二章 柴油机的换气和增压26二冲程柴油机与四冲程柴油机的换气过程各有什么特点？答：柴油机要连续的运转，必须把上一个工作循环产生的废气排出，并充入适量的新鲜空气。这种以新鲜空气取代废气的过程就叫做柴油机的换气过程。二冲程柴油机活塞在一个往复行程内，即曲拐在转一圈的时间内就要完成进气、压缩、膨胀做功和排气四个过程，而其中的换气过程一般不大于130150曲柄转角；四冲程柴油机则是在曲拐旋转两圈的时间内来完成上述四个过程。它的进、排气过程则各占一个活塞行程还多一些，所以整个换气过程，约为400450曲柄转角。显然，二冲程柴油机的换气时间较四冲程换气时间短的多，不如四冲程柴油机换气那样充分。另外，二冲程柴油机在大部分换气时间内，其进、排气过程基本上分别在两个冲程内进行。所以二冲程柴油机容易发生气体掺混，使部分新鲜空气随废气排出。因此，二冲程柴油机在换气时只靠大气压力把新鲜空气充入汽缸是不可能的。为使新鲜空气在排气末期能充入汽缸，就需要提高进气的压力，借进气和缸内的压力差把空气充入缸内。这样一来，二冲程柴油机就需要设有扫气泵，现代二冲程机都设有废气透平增压器和启动及低速使用的风机，专门供给换气用的新鲜空气。即使这样，一般的讲二冲程的换气质量仍比四冲程差。27二冲程柴油机的扫气型式有哪几种？答：由于二冲程柴油机的换气困难，为了减少在换气过程中气体的掺混，避免过后排气的损失，使废气尽量排除干净，新气尽量充得多些，以获得良好的换气质量，提高柴油机的功率和经济性，这就要求气体在气缸中有一种最合理的流动路线，气体的流动路线主要取决于换气机构的型式。根据气体在气缸内的流动路线的不同，二冲程柴油机换气形式一般可分为：直流扫气、横流扫气、回流扫气三种形式。二冲程采用直流扫气时，一般是在气缸套下部设置一圈扫气口，气缸盖上设置排气阀。新鲜空气由扫气口进入气缸，逐渐旋转上升，将废气逐出；横流扫气的柴油机不设排气阀，而是在气缸套中下部两侧分设进、排气口，新气由一侧进入气缸，同时将废气从对面的排气口逐出；回流扫气柴油机的进、排气口则设于气缸套的同侧，排气口在上，扫气口在下。活塞下行时，先打开排气口排气，扫气口再打开，以后新鲜空气冲向气缸上部并折回到排气口，将剩余废气逐出气缸。现在横流和回流扫气都停止了生产。28直流扫气柴油机的结构和换气原理是怎样的？它有什么优缺点？答：目前常见的直流扫气型式是采用如图6a）所示的气口气阀式。这种柴油机的气缸盖上装有排气阀1（过去有一阀的，也有多阀的，现在只生产一阀的），其气缸套的下部周围均布着一圈扫气口2。当活塞下行打开扫气口前，通过排气阀的传动机构先把排气阀1打开，气缸中的废气经排气阀排出，使气缸内的压力降低到可以进行扫气的程度，随后扫气口2由于活塞下行被打开，新鲜空气从扫气口进入气缸下部，强迫废气由下而上的经排气阀排出气缸。因此气体在气缸中的流动路线是由下而上的单向流动。由于扫气口一般在气缸的水平平面内都具有一定的倾斜角，这样可使空气进入气缸后回旋上升，使新鲜空气与废气隔开，不易掺混。直流扫气的主要优点是：排气干净、换气质量好，气缸套下部受热均匀不易变形。其缺点则是：排气阀机构比较复杂。特别是多阀式，管理和维修麻烦。在直流扫气中还有一种直流气口式换气机构，如图6b）所示，它的排气口和进气口分别布置在缸套的上、下两方。由于它的排气也采用了气口形式，因而它的通道截面较大，所以换气质量比气口阀式的好。但这种扫气型式只能为对向活塞式柴油机所采用。由于结构较复杂，管理也不方便，早已不生产。29横流扫气柴油机的结构和换气原理是怎样的？它有何优缺点？答：采用横流扫气型式的柴油机，气缸盖上不需设置排气机构。换气机构是通过气缸下部的扫气口与排气口进行的。如图6c）所示，它的扫气口与排气口分别布置在气缸的两侧，排气口5高与扫气口4。当活塞下行时首先打开排气口，进行自由排气，大量废气高速冲出气缸，气缸内压力迅速下降。当气缸内压力下降到一定程度（接近扫气压力）时，活塞下行打开扫气口，此时新鲜空气开始从扫气口4进入气缸，进行强制排气。扫气口在垂直和水平方向上均有倾斜角，以控制气体的流动方向，并用倾斜的扫气口控制其流向，把废气推向上行，然后在气缸上部转向下行，又从另一侧的排气口排出。气体在气缸内是横向流动的，故称为横流扫气。横流扫气型式柴油机的主要优点是：无排气阀机构，结构简单，管理方便，其缺点则是：当活塞经下死点上行时，先关扫气口、后关排气口，因而有部分新鲜空气自排气口排出，形成过后排气损失。另外横流扫气尚有死角，新气与废气容易掺混，故扫气质量较直流扫气差。此外气缸两侧由于受热不同容易产生气口的热变形。为了克服上述缺点，横流扫气的形式后来又有了新的发展。出现了如图6d）所示的新型横流扫气型式。其特点是扫气口分布在排气口下方及两侧的三分之二圆周上。为了避免过后排气的损失，在排气口处还加装了回转排气阀机构。但由于回转排气阀工作条件恶劣，维护管理不便，所以又取消了回转阀机构，而采用长活塞，因它在上止点时可封闭气口，避免新气逸失，SULZER RND、RNDM型柴油机就是采用了这种换气型式。30回流扫气柴油机的结构和换气原理是怎样的？它有何优缺点？答：采用回流扫气型式的柴油机与横流扫气的基本相同，在气缸盖上也没有排气机构，进气与排气也都是由气缸下部的扫气口与排气口进行，如图7船舶轮机问答图表图7.jpg所示。排气口1与扫气口2位与气缸的同一侧，排气口设在扫气口的上方，以保证活塞下行时首先打开排气口进行自由排气。为了控制气流的流动方向，气口在垂直与水平方向上均有倾斜角。换气时，新鲜空气从向下倾斜的扫气口进入气缸，流经活塞顶部，推压废气上升，并从气缸顶部转向下行，最后从倾斜的排气口排出。因而气体的流向呈回线形状，故称为回流扫气。回流扫气型式的优点是结构简单、管理方便。其缺点是由于这种换气型式的气流途径较长，易于废气掺混，换气质量较直流换气稍差。31柴油机的气阀传动机构是由哪些部件组成的？动作原理是怎样的？答：为保证进、排气阀准时的开启和闭合，并保证它们的开、关时刻与曲轴转角及活塞上、下行走的位置协调，一般通过曲轴带动一套气阀传动机构及时的带动气阀动作。这套传动机构一般是由齿轮或链条、凸轮轴、滚轮、顶缸、摇臂和摇臂座所组成。在某些新型式的柴油机中还有液压顶杆机构。如MC、RTA系列大型机。其动作原理如下：凸轮轴经齿轮或链条，在曲轴带动下作与曲轴同步的旋转（四冲程机以曲轴1/2转速旋转），凸轮轴上的凸轮便顶动滚轮使顶杆上行，顶起摇臂一端，使摇臂绕摇臂销摆动。摇臂的另一端便向下压迫排气阀，使阀开启。当滚轮沿凸轮的下降边降落时，在气阀弹簧弹力的作用下，排气阀便及时升起关闭。顶杆下端采用滚轮型式可以减少顶杆与凸轮之间的磨损。在摇臂一端设有调节螺栓，用它可以调节气阀阀缸与摇臂之间的间隙。32凸轮轴传动机构有哪几种型式？为什么大型低速柴油机的凸轮轴传动多采用链条传动？答：曲轴与凸轮轴间的传动方式概括起来有：齿轮传动、链条传动以及齿轮链条传动几种形式。齿轮传动多为小型发动机所采用。在大型柴油机上则多采用链条传动，也有的采用齿轮链条传动的，即第一级采用链条传动，第二级则用齿轮来传动。如原来国产的7DSZ75/160柴油机，就采用这样的凸轮传动机构。大型柴油机的凸轮轴多采用链条传动的原因，是由于链传动有下列主要特点：1 能使传动机构紧凑；2 结构简单；3 链条传动对于轴向的平行度与中心距的变异都不大敏感。当然，链传动也有磨损快、容易松弛，影响凸轮轴的定时以及容易振动缺点。所以通常均在链条传动机构中装有惰轮和张紧轮，用以减少链条的振动和调节链条的松紧程度。无论采用何种形式的传动机构，凸轮轴与曲轴之间都应保持一定的速比：在四冲程柴油机中，凸轮轴的转速为曲轴转速的一半；在二冲程机中，曲轴则以11的速比传动凸轮轴。33凸轮轴链传动机构的结构是怎样的？答：链传动机构的结构如图8船舶轮机问答图表图8.jpg所示。由曲轴到凸轮轴采用一级链传动，链条是用两根配对的单排套筒滚子链3组成。曲轴链轮1由两半块组成，用螺栓紧固于曲轴上。差动机构链轮4为整体式，它固定与凸轮轴差动机构的壳体上。在链条紧边的一侧设有张紧链轮5，其轮轴7的两端装有脚板6，张紧轮5可通过张紧机构8中的张紧螺母10及拉杆12进行上下移动，以调节链条的张紧程度。轮轴7可通过张紧螺母10及拉杆12，有张紧弹簧9拉紧。当链条受到过分大的张力时，弹簧9可以起缓冲作用。惰轮11置于链条松边的一侧。在惰轮首端通过一级正齿轮来传动空气分配器。在链条的紧边和松边垂直部分还设有橡胶导轨13，它是由特种耐油橡胶粘贴在钢块2上所组成的。其作用是减少链条在工作时的振幅，保证链条平稳运转，避免过大的横向抖动和敲击。34凸轮轴驱动链条可能发生些什么损伤？平时管理中应做那些检查？答：凸轮轴连传动装置常会发生链结滚子裂纹、链板裂纹等损伤。发生上述损伤的原因除由于扭振的影响外，主要是链条本身的振动。链条静止时的自然频率取决于链轮之间链条的长度和初始张力。而运转时的自然频率，除了链条长度和初始张力之外，还取决于伴随扭转变化的驱动张力。因此，为防止上述损伤，应采取下述措施：1 在链轮上装减振器；2 在链条跨度间设置导轨，强制减小链条的振幅；3 增加惰转链轮的数目，改变链条跨度；4 增加链条的初始张力；5 设置链条张力调节装置。在设计和使用中虽然采取了上述措施，但由于质量上的缺陷和使用中的变化，链条损伤事故也难于杜绝。发动机在运转过程中一旦由于上述的损伤而导致链条断裂，造成的事故将是严重的。因此，管理人员在机器运行时必须注意倾听链条传动的声响是否正常，同时还应作如下定期检查，以便及早发现缺陷，及时更换受损伤的滚子和链节板。按说明书规定，应定期盘车检查链条的张紧情况（不得过松或过紧）及各零件磨损情况。35在重新安装凸轮轴传动链条时应注意些什么问题？答：柴油机在运行中由于扭转震动的松紧不当的影响，一旦发生链条断裂脱落，发动机便会马上处于瘫痪状态。为此，管理人员除了定期对链传动装置进行检查，以便及早发现缺陷，以便及时发现和消除存在的缺陷外，还必须掌握正确的装复方法。凸轮轴链传动的结构虽然随机型的不同各有其特点，但它们也还有一些共同之处，这便是凸轮轴和曲轴在传动中，两者的相互位置都是一定的。这个既定的相互位置决定着柴油机的喷油定时。因此，在重新安装凸轮轴传动链条时，必须注意到这个问题，否则即便是装复，机器也难以运行。其正确的安装方法如下：1 为确保柴油机的定时不变，在重新安装链条时应首先将第一缸盘至上止点，查看此时凸轮轴相对的位置是否与出厂记号一致。为了便于确定第一缸的上止点和当第一缸处于上止点时凸轮轴所在的正确位置，柴油机一般在出厂时在下述几个位置各有一个冲眼：第一曲拐的曲柄臂和该曲柄臂相对的机架上；凸轮轴上（靠第一缸的一端）和相对应的凸轮轴的壳体上。盘车时，用随机所带的曲轴死点样针量一下曲柄臂和机架上的两个冲眼之间的距离，若恰好等于样针长度，即为上止点。这时再查对凸轮轴的位置，可用管子钳扳转凸轮轴，同样，用随机所带的凸轮轴校时样针量一下凸轮轴上和凸轮轴壳体上两个冲眼之间的距离，使此距离恰好等于校时样针的长度。2 如上法，在确定了第一缸的上止点和凸轮轴的定时位置之后，为了防止在安装链条时凸轮轴在发生滚动而造成安装中定时走移，应用千斤顶把凸轮轴顶死，使之不能转动。3 参阅图8船舶轮机问答图表图8.jpg所示，用葫芦将链条3吊起，搭在差动机构链轮4上。为使链条可以下滑，故在链轮4和链条3之间放一节管子（因差动链轮4的轴已被千斤顶固定不能转动）。这样便可将链条的一端搭于张紧轮5并使之下垂。再让链条的另一端绕过惰轮11、曲轴链轮1，并用葫芦吊起来，时刻进行接复工作。在重新安装链条时，要求两根链条链板上的号码相对一致，安装完毕后应当调节张紧机构8的弹簧9，使链条的松紧适度。然后再盘车使链条走一圈，不得有任何咬住和碰撞现象。链条各节的内链板和链轮端面应留有一定的间隙。4 检查润滑链条的喷油管是否已对准链板缝隙及滚子。36带阀壳的排气阀结构是怎样的？它有何优缺点？答：带阀壳的排气阀一般装在二冲程直流扫气机器的气缸头上，便于单独拆换。带阀壳的气阀装在一个独立的阀壳1中，阀壳再装在气缸盖上。其结构如图9船舶轮机问答图表图9.jpg所示。它采用单阀结构，阀壳1用铸铁制造，其中铸有冷却空间。阀壳上装有可拆卸的铸铁阀座14，并以螺钉与阀壳相固定，以使得阀座烧毁或磨损便于更换。排气阀15用耐热合金钢锻造，它的形状呈菌状。阀头与阀座研配保持气密，阀座友于缸盖对中定位。阀壳内有排气通道，通道外腔有冷却水循环。冷却水由缸盖经弯管13引入冷却空间，最后至出水口B排出。在阀壳中央压入气阀导套座3，座内镶有青铜制成的承磨套6，作为气阀运动的导程。为了防止导套座下端受高温燃气的冲刷或被烟气沾污，在阀杆上装有护罩2。阀杆上端车有一环槽，其中装有弹性卡环12，以防止在更换弹簧时气阀落入气缸。气阀弹簧8和9分内外两圈和上下两层，其间用中间弹簧盘7隔开。弹簧压板10与阀杆4头部装入两个半圆形的锥体结合块11。这样，弹簧就以很大的预紧力保持气阀与阀座间的气密。中间弹簧盘与其两侧相接的拉杆分别与摇臂和摇臂座连接，组成拉杆机构，并随气阀上下运动，以保证弹簧只能沿垂直方向均匀的伸缩。这种排气阀由于它不是直接装在气缸盖上，而是装在阀壳上，若需拆卸气阀，只要从气缸盖上拆下阀壳即可。因而拆装、检修方便，但结构较复杂。这种单阀机构的质量较大，因惯性的影响动作迟缓，撞击严重，也限制了废气的流通面积。由于单阀机构必须安设在缸盖的中央，这就迫使要用两个喷油器，而又必须安置在缸盖的两侧对称位置，使燃油的雾化混合不佳。在采用废气涡轮增压时，为了充分利用废气中的能量，要求排气阀的动作迅速，这样就要采取多阀机构。曾出现过三阀、四阀和六阀的机构，它们大多都安装在同一中央阀壳中。在多阀结构中，由于每个气阀机构的质量较小，惯性力影响轻微，动作灵敏，同时也增加了废气的流通面积，有利于废气能量的利用。又可把喷油器放在气缸盖的中央。但由于多阀机构过于复杂，使用和管理不便，后停止了生产。37回转排气阀的结构特点如何？答：为了控制回流换气的柴油机的过后排气，防止新鲜空气散失，某些机型在排气口处设置了如图10所示的回转排气阀。它的阀壳装设在气缸体上的排气口侧，阀壳内有回转运动的排气阀，每缸一只，在拆卸时可以和阀壳一同吊出。每个回转排气阀有六块阀片1，分别用螺钉2固定在同一根转轴3上。轴3上的两端由轴承支承并由润滑油进行润滑。轴和阀片皆装入阀壳内。在靠近燃气端的轴上有密封圈，防止燃气轴向泄漏。每个轴承的两端还设有轴封，以防滑油轴向漏出。多缸柴油机的各缸回转排气阀，按发火持续经联轴节的杆系4连接在一起，并经链条由凸轮轴以曲轴一半的转速带动其转动，以保证各缸回转排气阀定时的启、闭。回转排气阀经常受到高温燃气的冲刷作用，所以要求阀片的材料在正常运转时有足够的强度，以承受燃气的压力。但又需要考虑到在工作中不致被机械杂质（如以断掉的活塞环）所卡死，故又要求阀片应具有允许局部变形的性能。该阀片冷态时与阀壳之间在径向应有1m