柴油机课件

q
t1 t2 （℃）
1
2
1 2
(t1
t2)
q 2
1
2
E 1
q 2
δ-板厚 q-热流密度 μ-泊松比
α-膨胀系数 λ-导热系数
E-弹性模数
压应力
火侧 t1
热应力火侧为压应力，水侧为拉应力 拉应力 水侧 t2
与热流密度成正比，与壁厚成正比
活塞顶板
பைடு நூலகம் 热疲劳
•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
第一章 柴油机的基本知识
第一节 柴油机总论 柴油机工作原理 柴油机的性能指标
功率： 70000KW L：25M H：13M B：7M
第一节 柴油机总论
一、柴油机的基本概念 7 二、柴油机的分类 10
三、在船舶动力装置中的地位及目前发展方向
14 15
一、柴油机的基本概念
热机
外燃机 内燃机
蒸汽机 蒸汽轮机 柴油机 汽油机 燃气轮机
1 有效功率Pe 2 平均有效压力pe 3 有效热效率e和有效油耗率b e
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，
P 用P e表示。 e
M e n 9550
（ｋＷ）
• 机械损失功率Ｐｍ 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
一、柴油机理论循环和实际循环 16
二、四冲程柴油机工作原理
20
三、二冲程柴油机工作原理
22
四、 二冲程柴油机的换气形式 24
30
一、柴油机理论循环和实际循环 1、柴油机理论循环
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ηｔ
1 k 1
t
k1 1k 1
3
ｍ—每转工作行程数， 四冲程机m＝１／２；二冲程机ｍ＝１；
令气缸常数 C=Ｖｓｍ／６００００ Ｐｉ＝Ｃｐｉｎｉ（ｋＷ）
3、指示热效率ηｉ和指示油耗率ｂｉ
• 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
ηｉ＝Ｗｉ/Ｑ吸入
•
ｉ和B时
ηｉ＝3,600Pi/BHｕ
B—每小时油耗量，ｋｇ／ｈ；Ｈｕ—所用燃料低热值，
式中： ε——压缩比 λ——压力升高比 ρ——初期膨胀比 ｋ——工质绝热指数
2、柴油机实际循环
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
6 其他损失 15
二、、四冲程柴油机工作原理
进气行程 220～２５０℃Ａ
(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(Vｃ) (6)余隙高度(顶隙)
Vc
Va Vs
上止点 s
下止点
(7)气缸工作容积（Ｖｓ）
(8)气缸总容积(Ｖａ） (9)压缩比ε
气缸总容积与压缩室容积之比值
1 Va
Vc Vs
VS
Vc
Vc
VC
6
二、柴油机的分类
的起动—运行—停车的循环次数，故亦称低频应力。 • 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。
塑变后尺寸 原尺寸
停车拉应力 压应力 火侧 t1
拉应力 水侧 t2 停车压应力
活塞顶板
3
3、燃烧室部件的结构特点
第二节 燃烧室部件
一、燃烧室部件承受的负荷及结构特点 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 4
2
7
3、结构特点 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
• 为了降低活塞顶板的机械应力，应增加活塞顶 的厚度
• 活塞顶板厚度的增加又会导致热应力的增加
•薄壁强背结构：薄壁就是燃烧室部件的受热壁 要薄，以减少热应力；强背就是在薄壁的背面 设置强有力的支承，以降低机械应力。
钻孔冷却 • 冷却水孔实际上将壁分为冷热两部分， • 热区很薄——薄壁，减少了热应力； • 冷区很厚——强背，减少了机械应力。
通常取Ｈｕ＝42,700ｋＪ／ｋｇ；
• 指示油耗率ｂｉ 以一千瓦指示功率每小时 消耗的燃油量表示
ｂｉ＝Ｂ／Ｐｉ ｋｇ／（ｋＷ·ｈ） •ηｉ和ｂｉ是评定实际工作循环经济性的重要指标 30
二、有效指标
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。
6
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
MAN B&W公司 Wärtsilä瑞士公司 三菱公司（日本）
中速机 Wärtsilä瑞士公司 MAN B&W公司
Mak
目前技术发展方向：经济性
可靠性
电子技术
排放控制
6
第二节 柴油机工作原理
柴油机
柴油机是一种压缩发火的往复式内燃机。 –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
柴油机的缺点
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
振动和噪音 工作条件恶劣
常用术语
高速柴油机
n＞1,000 r/min
Vm＞9 m/s
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 6ESDZ43/82B 2）中小型柴油机 6300ZC
国外柴油机 SULZER（NSD）---- RD，RND，RLA，RTA MAN--B&W-------MC, L-MC/MCE, S-MC-C 三菱---UEC
/ Q吸入
Wi Q吸入
We Wi
i m
e
3600Pe B Hu
3600 be H u
30
三、其它常用参数
1 最高爆发压力ｐｚ 2 排气温度tｒ 3 活塞平均速度Ｖｍ 4 行程缸径比S/D
5 强化系数ｐｅ·Ｖｍ 6 压缩比ε
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
2 指示功率Ｐｉ
• 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
Ｗi＝ｐiＶs（Ｊ） 单缸指示功率 P’i ＝ｐｉＶｓｎｍ/ 60（Ｗ）或
P’i ＝ｐｉＶｓｎｍ/60000（ｋＷ）
整机指示功率 Ｐｉ＝pｉVｓnmi/60,000（ｋＷ）
3
σt
r σr
2 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
• 热应力：由温差作用形成的应力称热应力
排气温度：简单、实用
由温差作用形成的应力称热应力
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
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 • 二冲程机的热负荷比四冲程机高
触火面为压应力
u
R2
2
pz
弯曲应力与缸盖底板半径的平方成正比，
Pz
与底板厚度的平方成反比
σ
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
气缸套
切向应力σｔ内表面最大，外表面最小
Pz o
径向应力σｒ内表面最大，外表面为0
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
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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— 排气口—扫气口式
横流扫气
回流扫气
半回流扫气
直流扫气
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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 31 二、有效指标 35 三、其它常用参数 39
1、低速、中速和高速柴油机 11 2 筒形活塞式和十字头式柴油机 12 3 直列式和V型柴油机 12 4 右旋和左旋柴油机 5 可逆转和不可逆转柴油机 6 增压柴油机和非增压柴油机 13
低速、中速和高速柴油机
低速柴油机
ｎ≤ 300r/min 中速柴油机
Vm＜６m/s
（活塞平均速度
Vm
Sn 30
）
300＜ｎ≤1,000 r/min Vm＝６ m/s～９m/s