船舶机电基础 PPT教材和课后练习之————第二、三章.doc

第二章 船舶动力装置 柴油机的基本概念 概述 1．热机 所谓热机是指把热能转换为机械能的动力机械。根据燃料燃烧场所的不同，热机可分为外燃机和内燃机两大类。 外燃机燃料的燃烧发生在机器的外部，而热能转变为机械能发生在机器内部。由于热能需经中间工质（蒸汽）传递，必然存在热损失，所以外燃机的热效率不高。典型的外燃机有蒸汽机、汽轮机和燃气轮机等。 内燃机燃料的燃烧发生在机器的内部，它以燃气为工质，直接利用燃烧产生的高温高压燃气在气缸中膨胀做功（热能转换为机械能）。由于内燃机的两次能量转换过程都发生在气缸内部，能量损失小，所以其热效率较高。典型的内燃机有柴油机、汽油机、煤气机等。 2．柴油机 柴油机是一种压缩发火的往复式内燃机。它使用柴油或劣质燃油做燃料，采用内部混合法形成可燃混合气，缸内燃烧采用压燃式，即靠缸内空气压缩形成的高温自行发火。这些特点使柴油机在热机范畴内具有最高的热效率，因而柴油机在工程界得到了广泛的应用，尤其在船用发动机中取得了绝对领先地位。 柴油机在船舶上除用作主推进发动机（主机）外，还广泛用作发电机的原动机、动力型救生艇发动机、应急发电机原动机和应急消防泵原动机等。 3．柴油机的优缺点 与其他热机相比，柴油机具有如下优点： (1) 经济性好、热效率高。有效热效率达到50％以上，可使用劣质燃料，耗油率低，燃料费用低。 (2) 尺寸小、重量轻，有利于船舶机舱布置。 (3) 功率范围广。能满足不同类型、不同尺寸船舶的使用要求。 (4) 机动性好。启动方便，加速性能好，有宽广的转速和负荷调节范围，并可直接反转，能适应船舶航行的各种要求。 同时，柴油机也具有以下缺点： 存在着振动和噪声； 某些部件的工作条件恶劣,高温高压并有冲击性负荷。 柴油机的基本结构参数（图2-1） 上止点（T.D.C）：活塞在气缸中运动到离曲轴中心线最远的位置。 下止点（B.D.C）：活塞在气缸中运动到离曲轴中心线最近的位置。 曲柄半径（R）：曲轴主轴径中心线与曲柄销中心线的距离。 行程(S)：活塞从上（下）止点移动到下（上）止点的直线距离。它等于曲轴曲柄半径的两倍(S=2R)。活塞移动一个行程，相当于曲轴转动180oCA（曲轴转角）。 缸径（D）：气缸的内径。 压缩室容积（VC）：活塞在上止点时，活塞顶面以上的全部空间（活塞顶、气缸盖底面与气缸套表面所包围的空间）容积，亦称气缸余隙容积或燃烧室容积。 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 Vh＝πD2.S/4 （8）气缸总容积（Va）：活塞在气缸内位于下 止点时，活塞顶面以上的全部气缸容积。 显然 ： Va＝Vh＋VC （9）压缩比（ε）：气缸总容积与压缩室容积 之比值。亦称几何压缩比。 ε＝Va/ VC＝（Vh＋VC）/ VC＝1＋Vh/ VC 压缩比是柴油机的一个重要性能参数，它表示 气缸内空气被活塞压缩的程度。压缩比越大，压缩 终点的压力和温度就越高，燃油就越容易燃烧，柴油机就越容易起动。压缩比对柴油机的燃烧、热效率、起动性能和机械负荷都有一定影响，其大小随柴油机的型式而定，一般柴油机的压缩比在11～20之间。 柴油机的工作原理 柴油机的基本工作原理是采用压缩发火方式使燃料在气缸内部燃烧，以高温、高压的燃气工质在气缸中膨胀推动活塞作往复运动，再通过活塞——连杆—―曲柄机构将活塞往复运动转变为曲轴的回转运动，从而带动工作机械。 根据柴油机的工作特点，燃油在柴油机气缸中燃烧作功必须通过进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程。柴油机每完成从进气到排气这五个过程一次称为一个工作循环，然后进入下一个工作循环，从而周而复始的运行下去。 如果柴油机的一个工作循环分别在四个活塞行程中完成（即曲轴回转720℃A），称为四冲程柴油机。若柴油机的一个工作循环分别在二个活塞行程中完成（即曲轴回转360°CA），称为二冲程柴油机。 一、四冲程柴油机的工作原理 1、四冲程柴油机工作过程 第一行程：进气冲程。 如图2-2所示，活塞从上止点下行，进气阀a已打开，由于气缸容积的不断增大，缸内压力下降，依靠缸内气体与大气的压差，新鲜空气经进气阀a被吸入气缸。进气阀一般均在活塞到达上止点前即提前打开（曲柄位于点1），进气阀提前在上止点前开启的曲轴角度称进气阀开启提前角，活塞到下止点后延迟关闭（曲柄位于点2），进气阀延迟在下止点后关闭的曲轴角度称进气阀关闭延迟角。曲轴转角φ1－2（