船舶柴油机动力装置

双凸轮换向装置： • 特点：需换向的凸轮配置两套凸轮，一套正车用，一套倒车用。 • 采用轴向移动凸轮轴 • 动力：机械式、液压式、气动式
单凸轮换向 • 特点：需换向的设备各由一个轮廓对称的凸轮来控制，正、 倒车兼用，换向时凸轮轴相对曲轴转过一个差动角 • 凸轮形状：一般线性和鸡心（仅用于喷油泵） • 实现差动的方法： 1）曲轴不动，凸轮轴转过一个差动角 2）凸轮轴不动，曲轴转过一个差动角 3）两轴转速差动。 4）两轴之间无差动
MAN B&W柴油机实物图
核动力蒸汽轮机原理图
柴油机缸盖及其附件
二、四冲程柴油机工作原理
1.柴油机五个基本工作过程 采用压缩发火使燃料在汽缸内 燃烧，产生高温、高压的燃气工 质在汽缸中膨胀推动活塞作往复 运动，再通过活塞—曲柄连杆机 构将往复运动转变为曲轴的回转 运动，从而对外界做功。 五个基本工作过程：进气、压缩、 燃烧、膨胀和排气。
第二节
柴油机的主Baidu Nhomakorabea类型和结构实例
一、柴油机的主要类型
• 按工作原理：二冲程和四冲程柴油机
• 按增压与否：增压和非增压柴油机
• 按扫气形式:弯流和直流扫气式柴油机 • 按曲轴转速:高、中、低速柴油机 • 按结构形式：筒状活塞式和十字头式 • 按气缸排列：直列型和V型柴油机
1、直列式和V型柴油机 船用多缸机多为直列 式和V型柴油机 直列机采用一列布置， 一般不超过12缸 V型机，两列缸中心线 夹角呈V型布置，通常12 缸以上，用于中高速柴油 机
2.淡水冷却系统（闭式） 膨胀水箱的作用：使水受 热后有膨胀的余地、补水、 放气、投药处理、保证压头。 暖机：预热泵和加热器 3.中央冷却系统 优点：设备、管件腐蚀少， 维修工作量小。 缺点：采用板式换热器投资 大，维修技术高
二、润滑系统
1.润滑油的作用：主要作用是减少摩擦，还有冷却、清洁密封、 防蚀、降噪作用。
2、高速、中速、低速柴油机 • 曲轴转速为n,活塞平均速度Cm 低速机： n≤300r/min, Cm=6.0～7.2m/s 中速机： 300＜n＜1000 r/min Cm = 7.0～9.4m/s 高速机： n＞1000r/min Cm = 9.0～14.2m/s • 低速或中速机用做主机 • 高速机用做发电原动机、应急发电机、应急空压 机、应急消防泵、救生艇发动机
4.气阀正时
用曲柄转角表示的进排气阀的启闭 时刻的圆图 1）进气：φ i= φ 1+180º+ φ 2
2）排气： φ e= φ 3+180º+ φ 4 气阀提前开启，滞后关闭为了将废气 排除干净，增加进气量利于燃烧，并可 减少排气耗功 气阀重叠角： 在上止点前后，进、排气阀同时开启 着，这段重叠的曲柄转角称气阀重叠角。 燃烧室扫气： 在气阀重叠期间，利用废气的流动惯 性，可避免废气倒冲入进气管，尚可抽 吸（引射）新鲜空气进入气缸，并利用 压差将新气吸入汽缸的同时，将废气扫
优点：排气阀启闭不受不受活塞运动限制；扫气效果好。
2）横（弯）流扫换气（没有排气阀） 优点：结构简单 现已基本不采用
五、柴油机的增压
1.增压的基本概念 为使柴油机功率适应不断增加负荷的要求，同时限定柴油 机的尺寸。用增加进气压力，增加单缸容积进气量以多喷入然 油，提高柴油机的功率。
2.增压的方法 1）压气泵增压 2）废气涡轮增压（提高柴油机功率的同时，也提高了柴油机 的经济性）
组成：曲柄箱轴承强制润滑、增压器润滑、气缸润滑三个系统
2.柴油机轴承强制润滑 油品：系统油 润滑方式：油泵建立的主润滑系统 • 湿油底壳式（滑油存于发动机油底壳） • 干油底壳式（滑油存于专设循环柜）
3.气缸润滑系统 油品：专用气缸油 润滑方式：注油润滑和飞溅润滑
4.增压器润滑系统 油品：汽轮机油 润滑方式： （1）封闭式 （2）重力-强制混合润滑系统 （3）同系统油共用
第二章 船舶柴油机动力装置
第一节 柴油机工作原理
一、概述
热机：利用热能的发动机。 内燃机：柴油机、汽油机、燃气轮机。 外燃机：蒸汽机、蒸汽轮机
柴油机：一种压缩发火往复式内燃机。热机中热效率最高。
柴油机在船舶上的应用： 主柴油机（主机）、发电柴油机（副机）、应急发电柴油 机、应急空压机驱动柴油机、应急消防泵驱动柴油机
一、冷却系统
任务：带走受热部件多余的热量，使工作部件有良好的工作 性能。 要求：确保共给充足、连续和适宜的冷却介质，工作安全可 靠，便于维护管理和经济耐用。 三种冷却系统：海水冷却系统、淡水冷却系统、中央冷却系 统。
1.海水冷却系统（开式） 优点：设备管路少，维护管理方便，海水。 缺点：水质水温变化大，腐蚀结垢厉害，机器效率低，机件 应力大。
三、二冲程柴油机的工作原理
二冲程柴油机：活塞的两个行程（曲柄360º）完成一个工作循 环。 二个冲程：1.换气-压缩冲程 2.膨胀-换气冲程 二冲程柴油机功率大（1.8倍于四冲程）、回转均匀、换气 质量差( 没有单独的进气、排气过程）
四、二冲程柴油机的换气
1、换气过程： 换气三阶段： 第一阶段，自由排气阶段； 第二阶段，强制排气和扫气阶段； 第三阶段，过后排气阶段 四冲程机互不掺混，换气质量高。 二冲程机换气时间短、换气过程同时进行，新废掺混，换气 质量差。 2.换气形式 1）直流扫气（有排气阀和扫气口）
按遥控系统使用的能源和工质分： 1）电动式遥控系统 2）气动式遥控系统 3）液力式控制系统 4）混合式遥控系统（电-气、电-液） 5）微机控制系统 通常远距离操纵用电传动，近距离用气、液传动
遥控系统具有的功能： • 1）换向逻辑功能 • 2）起动逻辑功能 • 3）重复起动逻辑功能 • 4）重起动逻辑功能 • 5）慢转起动逻辑功能 • 6）加速率限制功能 • 7）负荷程序功能 • 8）运行中的换向与制动逻辑功能 • 9）自动避开临界转速的逻辑功能 • 10）应急操作功能:在应急情况下，可以取消慢转起动、负 荷程序等，进行快加速；或取消自动减速或停车信号，进行 应急运行。 • 11）安全保护功能:运行中，出现滑油低压、轴承高温、曲 柄箱油雾浓度过高，应自动减速或停车，并发出报警。 • 12）系统模拟功能:检查系统、设备是否正常。
• 2、L-MC/MCE型柴油 机 • 属于MAN -B&W公司 产品，大连、上海许 可生产。 • 经济性、二冲程、单 作用、废气涡轮增压、 可反转直流阀式，缸 径350~900mm，功 率160~46920kw，转 速58~250r/min
3、PC2-5型柴油机
第三节 柴油机的工作系统
工作系统： 冷却系统、滑油系统、燃油供给系统三个系统
3、筒状活塞式和十字头式柴油机
筒形活塞式：用活塞销连接 活塞和连杆。适用于：中小 型中高速不可逆转柴油机
十字头式：用十字头连接活 塞和连杆。适用于：大型低 速可逆转柴油机
4、左旋和右旋柴油机
右旋机：从后往前看，正车时顺时针方向旋转的柴油 机，一般布置在右舷。 左旋机：从后往前看，正车时逆时针方向旋转的柴油 机，一般布置在左舷。 另：单机单浆柴油机一般为右旋机。
一般线型单凸轮换向原理
鸡心凸轮的换向原理
三、调速装置
外界负荷变化时 ，为使柴油机的功率与外界负荷相平衡， 应及时改变每循环的喷油量，喷油量的改变是由调速器来完 成发电机、主机工作状况 • 调速器的分类： 1）极限调速器 2）定速调速器 3）全制调速器 4）双制调速器—有两个转速控制点，改善怠速稳定性和限 制最高转速，用于低速性能要求较高或带有离合器的主机
2.四冲程柴油机基本结构
见图
四 冲 程 柴 油 机 剖 面 示 意 图
柴油机活塞
3.四冲程柴油机工作原理
活塞的四个行程（曲柄720º）完成一个工作循环。四冲程机 完成一个循环，曲柄回转两周，每循环中只有第三行程做功，其 他属服务行程，须外界供给能量，多缸机由正在做功的其它缸供 给，单缸机由大飞轮供给。 一个工作循环: 1）进气冲程 2）压缩冲程 3）燃烧膨胀冲程 4）排气冲程
5、可逆转和不可逆转柴油机
二、船舶柴油机的主要型号
1.国产机型号 （1）低速柴 油机
（2）中小型柴油机
2.sulzer柴油机 （注：已被兼并到Wartsila，瓦西兰公司）
世界三大船用柴油机公司： MAN -B&W、 Wartsila、日本三菱。
三、典型柴油机的结构
• 1、sulzer RTA型柴油机 • 瑞士产品，我国大连、上 海许可生产 • RTA型：二冲程、单作用、 废气涡轮增压、可反转直 流阀式，作主机使用，燃 用重质燃料油，缸径 380~840mm，功率 1480~41520kw，转速 56~196r/min • 经改装可成为既可烧重油 又可烧天然气的双燃料发 动机。
三、柴油机的燃油系统
1.燃油系统组成：燃油注入、贮存、 驳运、净化和供给。
我国燃油的分类 （1）轻柴油：10、0、-10、-20、 -35五个牌号，以凝固点为牌号。 （2）重柴油：10、20、30三个牌 号，以凝固点牌号。 （3）燃料油：20、60、100、200 四个品种，以80º C的运动粘度为 牌号。
机械调速器：用于中、小功率柴油机 液压调速器：用于大、中型柴油机 电子调速器：
超速保护装置：与调速器分开设立并 单独运行
四、操纵系统
定义：就是将起动、换向、调速等装置连接成一个整体
操纵系统具有的功能： 起动、换向、调速、停车连锁保护和安全保护 1.对操纵系统的要求（P35） 2.操纵系统的类型 按操纵方式分： 1）机旁手动操纵 2）机舱集中控制室控制 3）驾驶室控制 优先级：1）、2）、3）
废气涡轮增压的两种基本方式：定压涡轮增压 脉冲涡轮增压
涡轮增压（定压）：各缸排气 管连到一很粗的排气总管， 涡轮装在总管后，涡轮前压 力基本恒 定。利用废气压 力能驱动废气涡轮。
特点： 优点：工作稳定，效率高。 缺点：低负荷和刚启动废气定 压能量少，增压压力低，须 设辅泵或应急鼓风机。
脉冲涡轮增压：各缸排气管分组后， 与一个或几个涡轮直接相连，涡轮进 气压力和流速高，压力波动。 特点： 优点：利用定压和脉冲能。 能量利用提高 缺点：效率较低，安装布置要求严格
一、柴油机的起动装置
1.起动装置的目的：保证柴 油机的起动转速即柴油机起 动所要求的最低转速。 起动转速： 高速机：80~150 中速机：60~70 低速机：25~30 起动方式：人力、电动、压 缩空气。 2.压缩空气启动装置（见图） 3.对压缩空气要求：P31
4.用压缩空气启动注意事项
二、换向装置
重油合适进机黏度：100 ～ 150s（运动黏度） 2.燃油系统的维护管理：1）加油申请；2）加油舱容；3）注意 换油
第四节 柴油机的操纵系统
柴油机操纵系统：起动、换向和调速装置 船舶航行状况： • 进出港、靠离码头的变速、变向 • 定速航行 • 风浪航行 • 应急航行 • 主机应具有：起动、停车、定速、变速、限速、限负 荷、正车、倒车能力
• 换向装置：为改变柴油机转向而改变凸轮相对于曲轴位置的机 构 • 船舶进退：螺旋桨转向或变距桨 • 柴油机换向：先停车后反向起动。 • 必须改变：喷油正时、配气正时 • 方案：改变空气分配器凸轮、喷油泵凸轮、进排气阀凸轮。 • 改变凸轮与曲轴相对位置的方法：单凸轮和双凸轮 • 换向时需改变与曲轴相对位置的凸轮: 四冲程机:空气分配器、进气阀、排气阀、喷油泵四个凸轮 二冲程直流扫气机：空气分配器、排气阀、喷油泵三个凸轮 二冲程弯流扫气机：空气分配器、喷油泵两个凸轮 • 改变凸轮与曲轴相对位置的方法：单凸轮和双凸轮
说明： (1) 脉冲涡论增压主要用于低、中增 压系统。（0.13～0.2）×103KPa (2) 定压增压主要用于高增压系统 （0.2～0.25）×103KPa 当前，增压系统向定压增压发展。
3.增压器的喘振 当增压器压气机流量减少到一定程度，压气机工作变得极 不稳定,气流产生强烈脉动,排压忽高忽低,瞬时流量忽正忽负, 压气机产生强烈振动,并发出沉重的喘息声和吼叫声。 喘振是压气机固有的特性。 喘振的原因： 1）增压系统气流通道堵塞 → 滤器→消音器→压气机叶轮→扩压器→空冷器→扫气箱→进、 排气阀→排气管→喷嘴环→涡轮叶轮→废气锅炉→烟囱 2）增压系统与柴油机配合失调 3）环境温度的变化 4）各缸负荷严重不均