船舶柴油机动力装置

★ ★ ★
活塞从上止点运动到下止点，或 ★
从下止点运动到上止点称为一个
冲程(Stroke)。
S=2R S:冲程，R：曲柄半径
第二章 船舶柴油机动力装置 轮机概论
Introduction to Marine Engineering
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Wärtsilä6L38
Cylinder head
Crankshaft
出港、狭窄航道、江河)起动。
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脉冲增压：气缸排气经过直接与一个或几个废气涡轮相连。
Cylinder
Turbocharger
充分利用定压能和脉冲能。 可不设辅助鼓风机/泵。
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四冲程(4S)、二冲程(2S)柴油机对比(★★★★★)
1.1个工作循环内，4S机曲柄转2转，2S机曲柄转1转。
2.相同工作条件下，2S机功率约为4S机的1.6-1.7倍。
3.2S机比4S机回转均匀。
4.2S机比4S机换气质量差。
5.2S机比4S机结构简单，管理方便。
6.2S机可以使用劣质燃油，动力、经济性好。
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三、二冲程柴油机工作原理 二冲程柴油机把一个工作循环的五个过程在两个冲程内完成。 需设扫气泵或鼓风机提高进气压力。
1.换气— 压缩冲程
2.膨胀—换气冲程
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四、二冲程柴油机的换气
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3.工作原理(★★★★★)
(2)压缩冲程(Compression stroke)：活塞从上止点上行，进气 阀关闭，排气阀关闭。气缸内空气被压缩，压力3-6MPa，温度 600-700C。压缩后期喷油器喷油，燃油与空气混合、加热、 自行发火燃烧。压缩过程持续140-160曲轴转角。
7.2S机用作主机，4S机可用作主机或发电柴油机。
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五、柴油机的增压
1.增压的基本概念 增压：(★★)就是提高柴油机气缸进气空气的压力，使空气 密度增加，从而增加进入气缸的空气量。进气量的增加就可 以相应增加喷入气缸的燃油量，也就使得在气缸结构尺寸、 转速等条件不变的情况下，提高柴油机功率。
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3.工作原理(★★★★★)
四冲程柴油机：一个工作循环，曲柄两转，四个冲程。 4-s engine: 1 cycle, 2 crank revolutions, 4 strokes.
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外燃机 (External combustion engine) 蒸汽机 (Steam engine) 蒸汽轮机 (Steam turbine engine)
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2.内燃机(Internal combustion engine)：(★★)燃料在发动机的 内部燃烧，并直接利用燃料燃烧产生的高温高压燃气膨胀作功 的机械。
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4.气阀正时
正时(Timing)：(★★)进排气阀在上、下 止点前后的启闭时刻叫做气阀正时，用曲 柄转角表示气阀正时的圆图叫做气阀正时 圆图。
气阀正时圆图
进、排气阀开启大于180曲柄转角。 进气阀：上止点前打开，下止点后关闭。
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废气涡轮增压器（简称增压器、透平、T/C）
Rotator
Compressor Turbine
Compressor blade Turbine blade
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2.废气涡轮增压的基本形式
定压涡轮增压：进入涡轮增压器的废气压力基本稳定。气缸的 排气管连接到排气总管，涡轮则装在排气总管之后。
Cylinder
Exhaust main Turbocharger
涡轮工作稳定、效率高。
需设辅助鼓风机/泵(Auxiliary blower)，低负荷或刚起动时(进
The end of section 1
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Abstract：The diesel engine is the main power plant of
merchant ship, and it is also the marine machinery to be well understood by deck officers. This chapter introduces the principle and structure of diesel engine, the service systems, the running characteristics, the outline of running, operation and maintenance. This chapter is the most important content of this course.
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3.基本换气形式 换气过程：(★★)以新鲜空气驱赶并置换废气的过程。
直流扫气
横流扫气
(Uniflow scavenging) (Cross/transverse scavenging)
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2.增压的三种形式 (1)机械增压：直接用柴油机驱动。
(2)废气增压：(★★★)利用柴油机排出的废气驱动涡轮机， 由涡轮机带动压气机再增压。可以回收部分废气能量，提 高经济性。
(3)复合增压：是上两种方式的结合。
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1. 换气过程的特点 (1)换气过程只占冲程的一部分，不大于130-150曲柄转角。 (2)新鲜空气和废气掺混，使部分新鲜空气随废气排出。
(3)进气没有自吸能力，要靠扫气泵或辅助鼓风机。
2. 换气过程
I：自由排气。 Ⅱ：强制排气和扫气。 Ⅲ：过后排气。
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3.工作原理(★★★★★)
(3)膨胀冲程(Expansion stroke)：燃油猛烈燃烧，气缸内燃气 压力5-8MPa，温度1400-1800C。高温高压的燃气膨胀推动活 塞下行做功。膨胀过程在排气阀开启时结束。该行程持续 120-140曲轴转角。
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②增压器和柴油机的运行失配。***接上页***
■船舶满载、顶风、污底时阻力增加，主机负荷加大，柴油机 在低转速高负荷下运行易喘振，可降低油门消除。
■在风浪天气发生飞车时，并联和串联增压系统会发生喘振。 单独增压系统，螺旋桨入水时也会喘振。
■操作不当，会造成柴油机和增压器的暂时失配而发生喘振。 如高速下停车、主机急速降速、加速过快时易喘振。
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第二章 船舶柴油机动力装置 Chapter 2 Marine Diesel Engine Power Plant
主要内容：柴油机是商船的主要动力装置形式，也是需要驾 驶员重点了解的船舶机械。本章介绍柴油机的结构和工作原 理，柴油机的工作系统，柴油机的运转特性和运行管理要点 等。该章是本课程的重要内容。
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废气涡轮增压器（简称增压器、透平、T/C）
Turbocharger of M/V Yulong
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废气涡轮增压器（简称增压器、透平、T/C）
Turbocharger of M/V Yukun
目的：充分进新气。
排气阀：下止点前打开，上止点后关闭。 目的：少耗功，充分排废气。
气阀重叠角(Angle of valve overlap)：进 气阀和排气阀在上止点前后的一段时间 内是同时开启的，这个同时开启的曲柄 转角称为气阀重叠角。
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一、概述
1.热机(Thermal Engine)：(★★)利用热能的发动机称为热机。 热机的基本工作原理是：将燃料燃烧所获得的热能转变成机械 能。
热机
内燃机 (Internal combustion engine) 汽油机 (Gasoline engine) 柴油机 (Diesel engine) 燃气轮机 (Gas turbine engine)
内燃机
燃料化学能热能 机内
热能机械能
机内
外燃机 机外 机内
3.柴油机(Diesel engine)： (★★)采用柴油作燃料的压燃式内 燃机。
按工作原理，柴油机分为四冲程(4-stroke)柴油机和二冲程 (2-stroke)柴油机。
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3.工作原理(★★★★★)
(4)排气冲程(Exhaust stroke)：进气阀关闭，排气阀打开。图 中5-下止点，活塞下行，废气靠压差排出。活塞自下止点上行， 废气被活塞排出气缸。排气阀在上止点后关闭。该行程持续 230-260曲轴转角。
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3.增压器的喘振
(1)喘振现象(Surge of turbocharger) (★★★) 当压器的压气机在工作时，由于工况的偏离造成气流产生强 烈脉动，并有气体倒流，从而引起压气机工作不稳定，导致 压气机振动，并发出异常声响的现象。
Cylinder Piston Connecting rod
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3.工作原理(★★★★★)
(1)进气冲程(Inlet stroke)：活塞从上止点下行，进气阀打开， 排气阀关闭，新鲜空气进入气缸。进气阀在上止点前打开，下 止点后关闭，进气持续220-250曲轴转角。
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二、四冲程柴油机的工作原理
1.柴油机的基本工作过程 (★★★★)进气、压缩、燃烧、膨胀、排气五个过程。这五 个过程既为柴油机的一个基本工作循环。四冲程柴油机是指 柴油机的一个基本工作循环是由四个冲程完成。
2.基本结构
活塞顶部在气缸中运动达到的气
缸最上位置称为上止点(TDC)。
活塞运动达到的气缸最下位置称 为下止点(BDC)。
(2)喘振原因(★★★) 根本上是由于压气机的实际流量小于该转速下引起喘振的限 制流量，造成气流与叶片的强烈撞击与脱离。
①气流通道堵塞。 ②增压器和柴油机的运行失配。***该项下页详述*** ③环境温度变化。 ④各缸负荷严重不均。
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