船舶柴油机的基本知识

1、课题一课题一 船舶柴油机的基本知识船舶柴油机的基本知识 第一节第一节 柴油机的概述及发展趋势柴油机的概述及发展趋势柴油机之父鲁道夫迪塞尔 鲁道夫狄赛尔(Rudofl Diesel)被誉为柴油机之父 柴油一词就是由他的名字而来的：diesel oil一、柴油机的概述一、柴油机的概述 1热机热机 热机是指把热能转换成机械能的动力机械。蒸汽机、蒸汽轮机以及柴油机、汽油机等是热机中较典型的机型。 蒸汽机与蒸汽轮机同属外燃机。 2内燃机内燃机 汽油机、柴油机以及燃气轮机同属内燃机。虽然它们的机械运动形式（往复、回转）不同，但具有相同的工作特点都是燃料在发动机的气缸内燃烧并直接利用燃料燃烧产生的高温高压燃

2、气在气缸中膨胀作功。 在内燃机中根据所用燃料不同，可大致分为汽油机、煤气机、柴油机和燃气轮机。如汽油机使用挥发性好的汽油做燃料，采用外部混合法（汽油与空气在气缸外部进气管中的汽化器进行混合）形成可燃混合气。缸内燃烧为电点火式（电火花塞点火）。这种工作特点使汽油机不能采用高压缩比，因而限制了汽油机的经济性不能大幅度提高，而且也不允许作为船用发动机使用（汽油的火灾危险性大）。 3柴油机柴油机 柴油机是一种压缩发火的往复式内燃机。它使用挥发性较差的柴油或劣质燃料油做燃料。采用内部混合法（燃油与空气的混合发生在气缸内部）形成可燃混合气；缸内燃烧采用压缩式（靠缸内空气压缩形成的高温自行发火）。这种工作特

3、点使柴油机在热机领域内具有最高的热效率（已达到 55左右），而且允许作为船用发动机使用。 船用主机经济性、可靠性、寿命是第一位，尺寸、重量是第二位，低速机适用作船用主机，大功率四冲程中速机适用作滚装船和集装箱船，中、高速机适用作发电机组。柴油机通常具有以下突出优点： （1）经济性好。有效热效率可达50以上，可使用廉价的重油，燃油费用低。 （2）功率范围宽广，单机功率从0.6kW45600kW，适用的领域广。（3）尺寸小，重量轻，有利于船舶机舱布置。 （4）机动性好。起动方便，加速性能好，有较宽的转速和负荷调节范围，可直接反转，能适应船舶航行的各种工况要求。 同时，柴油机也具有以下缺点： （1）

4、存在机身振动、轴系扭转振动和噪音。 （2）某些部件的工作条件恶劣，承受高温、高压并具有冲击性负荷。 船舶柴油机的发展经历了四个阶段船舶柴油机的发展经历了四个阶段 第一阶段从20世纪初至40年代，这个阶段是柴油机的初步发展期。关键是无气喷射技术，即喷油泵的发明。以前是利用高压空气将燃油喷入柴油机燃烧室并将其雾化，但是存在很多问题：1、使柴油机变的笨重；2、压力不够高，雾化质量差；3、能耗高。另外增压技术也是在这一时期发明的。 第二阶段从20世纪40年代至70年代。这是船舶柴油机发展的黄金时期，主要特征是向大缸径大功率方向发展，以提高增压程度和加大气缸排量作为提高单缸功率的主要措施。在技术方面主要

5、是废气涡轮增压技术的成熟和普及。 第三阶段20世纪70年代至90年代末。70年代出现了能源危机，1973年石油的价格涨了3倍，柴油机的燃油费用支出占到营运成本的30%40%。提高柴油机的经济性是这个阶段主要解决的问题。 这个阶段的第一个特征就是各船用柴油机厂之间开始进行大规模的淘汰、调整和重新组合。由以前的8个品牌减少到3种。对船舶柴油机影响最大的是80年代初MAN公司和B&W公司的合并以及90年代Wartsila公司和Sulzer的合并。在世界范围内，目前大型低速柴油机只有MAN B&W的MC系列和Wartsila公司的Sulzer RTA系列柴油机。 第二个特征是节能技术研究与发展。 由于

6、能源危机的出现，各类柴油机均采用各种节能措施降低油耗率提高柴油机热效率，而且供给柴油机的燃油质量日益低劣。这个阶段柴油机功率的提高主要依赖于增压技术的改进和柴油机强化程度的提高。 第四阶段是从21世纪初开始的，其特征是电子控制在柴油机上的应用。应用电子技术对船舶柴油的运行进行全程监控，以便随时了解柴油机的运行工况。 船舶柴油机当前的技术水平船舶柴油机当前的技术水平 低速柴油机 船用低速柴油机目前只有MAN B&W、 Wartsila瑞士公司（Sulzer）和日本三菱三家公司生产，即MAN B&W的MC系列（72%）、 Wartsila公司的Sulzer RTA系列（23%）和三菱公司的UEC系

7、列（5%）。三菱5%的市场份额得益于三菱重工集团公司下属船舶企业的大力扶持。西欧之所以能占到市场份额的95%跟西欧400多年的海上殖民历史有密切的关系。远洋船舶的航运品牌树立、维修和服务网点布置不是几年是指几十年时间能够完成的。 船用中速机 也是主要被西欧品牌所占据，市场份额占到80%，其中Wartsila占有40%。MAN公司和MAK公司也占有一席之地。 我国柴油机的发展状况我国柴油机的发展状况 我国对大型低速柴油机的研制始于1958年。目前国内有10余家生产船用柴油机的企业，规模较大的仅有沪东重机、大连船用柴油机厂和宜昌船用柴油机厂三家。 我国船用柴油机行业存在的主要问题是产能较弱，产量规

8、模和单机功率远低于先进造船国家，无法满足造船工业的要求。但我国的造船业发展迅速，现在已经超过日本和韩国成为第一造船大国。使我国造机能力不足的问题更加突出了。 我国船用柴油机行业目前存在的第二个问题是产品配套能力差。很多零件，特别是曲轴的生产能力不足，严重影响我国柴油机工业的发展。我国很多的零件都需要进口，特别是柴油机最重要的部件曲轴，完全依靠进口。为了解决这一问题现状，2002年5月我国在上海组建了船用曲轴生产基地，2005年1月生产出来了第一根曲轴。 第一节第一节 柴油机的基本结构柴油机的基本结构 一、柴油机的基本工作原理一、柴油机的基本工作原理 柴油机是一种压缩发火的往复式内燃机。它的基本

9、工作原理是使燃油直接在发动机的气缸中燃烧，将燃油的化学能转变成热能，从而生成高温高压的燃气，因燃气膨胀，推动活塞运动，通过曲柄连杆对外做功，将热能转变为机械能。 柴油机必须经过进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程才能完成了一个工作循环。然后不断重复进行这些过程，使柴油机持续工作。 二、柴油机的基本结构二、柴油机的基本结构 （1）固定部件 主要由气缸盖、气缸套、机体、机座、主轴承等构成柴油机本体和运动件的支承，并和有关运动部件配合构成柴油机的工作空间。 （2）运动部件 主要由活塞、活塞销、连杆，连杆螺栓、曲轴等组成。它们与固定部件配合完成空气压缩及热能到机械能的转换。 （3）配气系统 它包括进气

10、系统和排气系统。 （4）燃油系统 它包括供应和喷射两个系统。 （5）润滑系统 （6）冷却系统 （7）起动系统 （8）调速装置 多数柴油机还设有增压系统 三、柴油机的基本结构参数三、柴油机的基本结构参数 （1）气缸直径D：气缸套的名义内径。 （2）曲柄半径R：曲轴的曲柄销中心与主轴颈中心间的距离。 （3）上止点（TDC）：活塞在气缸中运动的最上端位置，也就是活塞离曲轴中心线最远的位置。 （4）下止点（BDC）：活塞在气缸中运动的最下端位置，也就是活塞离曲轴中心线最近的位置。 （5）冲程（S），又称行程：活塞从上止点移动到下止点间的直线距离。它等于曲轴曲柄半径R的两倍（S2R）。活塞移动一个行程，

11、相当于曲轴转动180（曲轴转角）。 （6）气缸余隙容积（压缩室容积Vc）：活塞在气缸内上止点时，活塞顶上的全部空间（活塞顶、气缸盖底面与气缸套表面之间所包围的空间）容积。 （7）余隙高度（顶隙）：上止点时活塞最高顶面与气缸盖底平面之垂直距离。 （8）气缸工作容积（Vh）：活塞在气缸中从上止点移动到下止点时所扫过的容积。 （9）气缸总容积（Va）：活塞在气缸内位于下止点时，活塞顶以上的气缸全部容积，亦称气缸最大容积。VaVcVh （10）压缩比（）：气缸总容积与压缩室容积之比值，亦称几何压缩比。VaVc1VhVc 压缩比表明压缩过程中进入气缸内的空气被压缩的程度。它是柴油机的主要性能参数之一。压缩比越大，进气就被压缩得越厉害，压缩终点的温度和压力就越高，燃油越容易燃烧，柴油机越容易启动，而且热效率也越高。但压缩比过高时，将使柴油机机件受力过大，磨损加剧，同时也将使压缩过程所消耗的压缩