第二章 船舶柴油机概述(样章)
【学习目标】 掌握船舶柴油机的概念、基本组成、常用名词、基本工作原理、定时图、分类及型号。 |
第一节 柴油机基本概念及应用
一、柴油机的基本概念
将热能转变为机械能的动力机械称为热力发动机,简称热机。
热机中的热能是通过燃料燃烧获得的,若燃料燃烧产生的热能发生在转变机械能的机器外部的热机,称为外燃机,汽轮机、蒸汽机属于内燃机;若燃料燃烧产生的热能发生在转变机械能的机器内部的热机,称为内燃机,柴油机、汽油机和煤气机属于内燃机。
柴油机是一种以柴油为燃料的压燃式往复运动内燃机。柴油机是靠压缩发火的,这是区别于其他内燃机的本质特征。柴油机如图1-1所示。
图1-1 柴油机 |
二、柴油机的优缺点
1、柴油机的优点
(1)经济性好,燃油费用低;
(2)功率范围大,适用领域广;
(3)启动迅速、加速性能好、操作简便;
(4)结构紧凑、尺寸小、重量轻;
(5)可靠性好、寿命长、维修方便。
2、柴油机的缺点
(1)机身振动大;
(2)噪声较大;
(3)某些部件承受高温、高压作用。
三、柴油机在船舶上的应用
1、柴油机用作船舶主机
利用柴油机输出的机械能驱动螺旋桨旋转,使螺旋桨产生推力,推进船舶航行。对于中、高速柴油机,必须通过齿轮箱来减速和换向(螺旋桨正反转)。
2、柴油机用作船舶副机
在有些内河船舶上,柴油机还可用作副机,如利用小型柴油机作为发电原动机,驱动发电机发电,为船舶辅助供电,如图1-2所示。
图1-2 柴油机用作发电原动机 |
第二节 柴油机基本组成及常用名词
一、柴油机的基本组成
柴油机由主要固定部件、主要运动部件和主要工作系统三大部分组成,如图1-3所示。主要固定部件包括气缸盖、机体、气缸套、机座(油底壳)、主轴承等;主要运动部件包括活塞组件、连杆组件和曲轴飞轮组件;主要工作系统包括配气系统、燃油系统、润滑系统、冷却系统和操纵系统(起动、调速和换向)。
图1-3 柴油机基本组成 |
二、柴油机常用名词
柴油机常用名词如图1-4所示。
图1-4 柴油机常用名词 |
柴油机常用名词的含义见表1-1。
表1-1 柴油机常用名词
名 词 | 含 义 | 备 注 |
气缸直径(D) | 气缸套的名义内径 | 单位为mm |
上止点 | 活塞在气缸中运动的最上端位置 | 柴油发动机活塞离曲轴旋转中心最远位置 |
下止点 | 活塞在气缸中运动的最上端位置 | 活塞离曲轴旋转中心最近位置 |
曲柄半径(R) | 曲轴的曲柄销轴线与主轴颈轴线之间的距离 | 单位为mm |
冲程(S) | 上、下止点之间的距离 | 又称活塞行程,单位为mm,S=2R |
燃烧室容积(Vc) | 活塞位于上止点时,活塞顶与气缸盖底面之间的气缸空间 | 又称为压缩容积 |
气缸工作客积(Vh) | 活塞从上止点到下止点所经过的气缸空间 | 又称活塞排量或冲程容积 |
气缸总容积(Va) | 活塞在下止点时,活塞顶部与气缸盖之间的气缸空间 | 燃烧室容积与气缸工作容积之和 |
压缩比(ε) | 气缸总容积与燃烧室容积的比值 | 气缸内空气被活塞压缩的程度 |
第三节 柴油机基本工作原理
一、四冲程柴油机的工作原理
1、柴油机能量转换过程
在柴油机中,燃油从燃烧到输出机械能,在气缸内完成了两次能量转换,如图1-5所示。柴油机工作时,喷入燃烧室的柴油与空气混合燃烧,将柴油的化学能转变为热能,高温高压燃气膨胀推动活塞,从而输出机械能。
燃烧 膨胀 曲轴 机械能 燃气 热能 柴油 化学能 图1-5 柴油机能量转换 |
2、四冲程柴油机的工作循环
由进气、压缩、膨胀和排气四个行程(曲轴回转两周)完成一个工作循环的柴油机,称为四冲程柴油机。四冲程柴油机的工作循环见表1-2。
表1-2 四冲程柴油机的工作循环
进气行程 | 压缩行程 | 膨胀行程 | 排气行程 |
进气行程是空气进入气缸时相应活塞行程。曲轴旋转时带动活塞从上止点向下止点运动,进气阀开启,排气阀关闭,新鲜空气经过进气阀充入气缸,为混合气的形成提供新鲜空气 | 压缩行程是空气在气缸内被压缩时相应活塞行程。曲轴旋转时带动活塞从下止点向上止点运动,进、排气阀均关闭,活塞对气缸内空气进行压缩,空气的压力和温度升高 | 膨胀行程是燃油在气缸中燃烧、燃气膨胀时相应活塞行程。进、排气阀关闭,接近压缩终点时,燃油喷入燃烧室与空气混合,自行发火燃烧,高温高压燃气膨胀推动活塞下行,带动曲轴转动 | 排气行程是燃烧后的废气从气缸中排出时相应的活塞行程。活塞到达下止点前某一时刻,排气阀开启,废气经排气阀排出,废气压力迅速下降,活塞由下止点上行时,废气被活塞强行推挤出气缸 |
3、四冲程柴油机的工作特点
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