柴油机课件.ppt

第一章柴油机的基本知识,第一节柴油机总论第二节柴油机工作原理第三节柴油机的性能指标,功率：70000KWL：25MH：13MB：7M,第一节柴油机总论,一、柴油机的基本概念,二、柴油机的分类,三、在船舶动力装置中的地位及目前发展方向,7,10,14,15,一、柴油机的基本概念,柴油机,使用挥发性较差的柴油或劣质燃料油作燃料；采用内部混合法形成可燃混合气；缸内燃烧采用压缩式发火。,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5适应船舶航行的各种工况要求,柴油机的缺点,振动和噪音工作条件恶劣,柴油机是一种压缩发火的往复式内燃机。,常用术语,(8)气缸总容积(）,(9)压缩比,气缸总容积与压缩室容积之比值,(1)上止点(TDC),(2)下止点(BDC),(3)行程(S),(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（）,6,二、柴油机的分类,6增压柴油机和非增压柴油机,1、低速、中速和高速柴油机,2筒形活塞式和十字头式柴油机,3直列式和V型柴油机,4右旋和左旋柴油机,5可逆转和不可逆转柴油机,11,12,12,13,低速、中速和高速柴油机,低速柴油机300r/minVmm/s中速柴油机3001,000r/minVmm/sm/s高速柴油机n1,000r/minVm9m/s,（活塞平均速度）,10,筒形活塞式,十字头式,直列机,V型机,10,船舶柴油机的型号,国产柴油机1）低速柴油机6ESDZ43/82B2）中小型柴油机6300ZC国外柴油机SULZER（NSD）-RD，RND，RLA，RTAMAN-B&W-MC,L-MC/MCE,S-MC-C三菱-UEC,6,目前技术发展方向：经济性可靠性电子技术排放控制,三、在船舶动力装置中的地位及目前发展方向,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MANB&W公司Wrtsil瑞士公司三菱公司（日本）中速机Wrtsil瑞士公司MANB&W公司Mak,6,第二节柴油机工作原理,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,16,20,22,24,30,1、柴油机理论循环,一、柴油机理论循环和实际循环,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,理论循环的热效率,式中：压缩比压力升高比初期膨胀比工质绝热指数,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,15,二、四冲程柴油机工作原理,进气行程,压缩行程,燃烧和膨胀行程,排气行程,220,140160,=600700,=36MPa；,z=58MPaz=14001800,230260CA,气阀定时和气阀重叠角,气阀重叠角：同一气缸的进、排气阀在上止点前后同时开启的曲轴转角,气阀定时：进、排气阀在上、下止点前后启闭的时刻,作用：提高换气质量；减少排气耗功实现燃烧室扫气,气阀定时圆图,15,三、二冲程柴油机工作原理,只有压缩和膨胀行程，取消吸、排气行程,15,四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,15,四、二冲程柴油机的换气形式,弯流横流回流半回流直流排气阀扫气口式排气口扫气口式,横流扫气,回流扫气,半回流扫气,直流扫气,15,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,31,35,39,一、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。,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）,单位气缸工作容积的指示功,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=（）,3、指示热效率和指示油耗率,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（）,和是评定实际工作循环经济性的重要指标,30,二、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be,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。,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Pe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,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。,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，,30,三、其它常用参数,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,30,第二章柴油机的结构及主要部件,第一节柴油机的总体结构固定件运动件换气系统燃油系统润滑系统冷却系统起动和控制系统,一、燃烧室部件承受的负荷及结构特点,第二节燃烧室部件,燃烧室：当活塞处在上止点时，由气缸盖底面、气缸套内表面及活塞顶共同组成的燃料与空气混合和燃烧的空间,1、机械负荷,2、热负荷,3、结构特点,4,7,10,1、机械负荷,机械负荷指柴油机部件承受最高燃烧压力、惯性力、振动冲击等的强烈程度。,(1)安装预紧力引起的负荷(2)气体力引起的机械应力,(1)安装预紧力引起的负荷,螺栓的预紧力p=(.),气缸盖上表面安装应力为拉应力下表面为压应力大小与螺栓预紧力成正比与气缸盖的高度成反比,气缸套安装应力主要存在于其上部的凸肩部位应力的大小与螺栓预紧力成正比，与其凸肩的高度成反比,(2)气体力引起的机械应力,气缸盖水冷面为拉应力触火面为压应力,弯曲应力与缸盖底板半径的平方成正比，与底板厚度的平方成反比,气缸套切向应力内表面最大，外表面最小径向应力内表面最大，外表面为0,活塞活塞顶板在最高燃烧压力作用下产生很大的弯矩和弯曲应力水冷面为拉应力触火面为压应力,燃烧室部件中由气体压力而产生的机械应力都和最高爆发压力成正比，与部件壁厚成反比,3,2、热负荷,热负荷是指柴油机的燃烧室部件承受温度、热流量及热应力的强烈程度。,热负荷的表示方法:,热应力：由温差作用形成的应力称热应力,热流密度q：单位时间内单位面积的热流量q=Q/F,温度场：受热部件中温度分布图，准确表示受热部件的热负荷,排气温度：简单、实用,由温差作用形成的应力称热应力,（）,-板厚-膨胀系数q-热流密度-导热系数-泊松比E-弹性模数,热应力火侧为压应力，水侧为拉应力与热流密度成正比，与壁厚成正比,热疲劳,热疲劳产生的裂纹多数在触火面上形成和发展，以致造成损坏，因为这里受到较大的残余拉应力和较大的热应力与机械应力合成的压应力的交变作用。,燃烧室部件在交变的热应力作用下出现的破坏现象称热疲劳。,热疲劳与柴油机的累计转数并无多大关系，主要取决于机器的起动运行停车的循环次数