船舶動(dòng)力裝置概論

1、1 12上節(jié)主要內(nèi)容1.4 典型動(dòng)力裝置柴油機(jī)柴油機(jī)、汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、聯(lián)合動(dòng)力、核能、汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、聯(lián)合動(dòng)力、核能（優(yōu)缺點(diǎn)及相互比較）（優(yōu)缺點(diǎn)及相互比較）噴水推進(jìn)噴水推進(jìn)本節(jié)主要內(nèi)容2.1 柴油機(jī)基本結(jié)構(gòu)柴油機(jī)基本結(jié)構(gòu)2.2 四沖程柴油機(jī)工作原理四沖程柴油機(jī)工作原理2.3 二沖程柴油機(jī)工作原理二沖程柴油機(jī)工作原理3第二章第二章 船舶柴油機(jī)裝置船舶柴油機(jī)裝置2.1.1柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)MTU80004(5) 輔助機(jī)件輔助機(jī)件：5進(jìn)氣管，進(jìn)氣管，12排氣管等排氣管等。第二章第二章 船舶柴油機(jī)裝置船舶柴油機(jī)裝置2.1.1柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)(3) 配氣機(jī)構(gòu)配氣機(jī)構(gòu)：1

2、4凸輪軸，凸輪軸，15頂桿，頂桿，16搖臂，搖臂， 17進(jìn)氣閥，進(jìn)氣閥，18排氣閥，排氣閥，19彈簧彈簧。(2) 運(yùn)動(dòng)機(jī)件運(yùn)動(dòng)機(jī)件：主要指曲柄連桿機(jī)構(gòu)，主要指曲柄連桿機(jī)構(gòu)， 8活塞，活塞，9活塞銷，活塞銷， 10連桿，連桿，11連桿螺栓，連桿螺栓，13 曲軸等曲軸等。(1) 固定機(jī)件固定機(jī)件：1機(jī)座，機(jī)座，4機(jī)體，機(jī)體，3主軸承，主軸承，6氣缸套，氣缸套，7氣缸蓋氣缸蓋。(4) 燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng)：20噴油泵，噴油泵，21高壓油管，高壓油管，2噴油器等噴油器等。5第二章第二章 船舶柴油機(jī)裝置船舶柴油機(jī)裝置2.1.2主要名詞主要名詞（1）上止點(diǎn)：活塞距曲軸中心最）上止點(diǎn)：活塞距曲軸中心最遠(yuǎn)的位置稱

3、為活塞的上止點(diǎn)；遠(yuǎn)的位置稱為活塞的上止點(diǎn)；（4）壓縮室容積：當(dāng)活塞位于上止點(diǎn)位置時(shí)）壓縮室容積：當(dāng)活塞位于上止點(diǎn)位置時(shí)，活塞上面的容積稱為壓縮室容活塞上面的容積稱為壓縮室容積積。 由于燃料柴油在這里燃燒由于燃料柴油在這里燃燒，所以又稱為燃燒室容積所以又稱為燃燒室容積Vc；（2）下止點(diǎn)：活塞距曲軸中心最）下止點(diǎn)：活塞距曲軸中心最近的位置稱為活塞的下止點(diǎn)；近的位置稱為活塞的下止點(diǎn)；（3）活塞沖程：活塞上止點(diǎn)與下止點(diǎn)之間的距離稱為活塞的沖程）活塞沖程：活塞上止點(diǎn)與下止點(diǎn)之間的距離稱為活塞的沖程(或行程或行程)。活塞走活塞走一個(gè)沖程曲軸就旋轉(zhuǎn)一個(gè)沖程曲軸就旋轉(zhuǎn)180度度， 活塞沖程活塞沖程S等于曲柄半

4、徑等于曲柄半徑R的兩倍的兩倍，即即S=2R；（5）氣缸工作容積：活塞上下止點(diǎn)之間的容積稱為一個(gè)氣缸的工作容積）氣缸工作容積：活塞上下止點(diǎn)之間的容積稱為一個(gè)氣缸的工作容積， 可表示為可表示為： Vh=D2S*0.001/4 (升升) 6第二章第二章 船舶柴油機(jī)裝置船舶柴油機(jī)裝置2.1.2主要名詞主要名詞（8）壓縮比）壓縮比()： 氣缸最大容積與壓縮室容積的比值稱為壓縮比氣缸最大容積與壓縮室容積的比值稱為壓縮比。 =Va/Vc=(Vh+ Vc)/Vc=1+Vh/Vc（7）柴油機(jī)的總?cè)莘e：是各氣缸工作容積的總和。）柴油機(jī)的總?cè)莘e：是各氣缸工作容積的總和。 等于氣缸數(shù)與工作容積數(shù)的乘積。等于氣缸數(shù)與工

5、作容積數(shù)的乘積。V=Vhi (L)（6）氣缸最大容積）氣缸最大容積(Va) ：活塞在下止點(diǎn)時(shí)氣缸的容積活塞在下止點(diǎn)時(shí)氣缸的容積, 即氣即氣缸工作容積與壓縮室容積之和缸工作容積與壓縮室容積之和: Va= Vh+Vc 壓縮比說明了活塞由下止點(diǎn)移動(dòng)到上止點(diǎn)過程中，壓縮比說明了活塞由下止點(diǎn)移動(dòng)到上止點(diǎn)過程中， 氣缸內(nèi)空氣缸內(nèi)空氣被壓縮的程度氣被壓縮的程度， 柴油機(jī)的壓縮比一般大于柴油機(jī)的壓縮比一般大于12。7第二章第二章 船舶柴油機(jī)裝置船舶柴油機(jī)裝置2.2四沖程柴油機(jī)工作原理四沖程柴油機(jī)工作原理8第二章第二章 船舶柴油機(jī)裝置船舶柴油機(jī)裝置2.2四沖程柴油機(jī)工作原理四沖程柴油機(jī)工作原理（1） 進(jìn)氣行程進(jìn)

6、氣行程指由進(jìn)氣門開啟到進(jìn)氣門關(guān)閉。指由進(jìn)氣門開啟到進(jìn)氣門關(guān)閉。進(jìn)氣提前角：進(jìn)氣門打開時(shí)刻與活塞位于上止點(diǎn)進(jìn)氣提前角：進(jìn)氣門打開時(shí)刻與活塞位于上止點(diǎn)之間的曲軸轉(zhuǎn)角（為了獲得較多的充氣量，活塞到達(dá)之間的曲軸轉(zhuǎn)角（為了獲得較多的充氣量，活塞到達(dá)上止點(diǎn)前就開始開啟）。上止點(diǎn)前就開始開啟）。進(jìn)氣晚關(guān)角：活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)刻與進(jìn)氣門關(guān)閉進(jìn)氣晚關(guān)角：活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)刻與進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)刻之間的曲軸轉(zhuǎn)角（利用空氣流動(dòng)的慣性及氣體的時(shí)刻之間的曲軸轉(zhuǎn)角（利用空氣流動(dòng)的慣性及氣體的動(dòng)量，使更多的空氣充入氣缸）。動(dòng)量，使更多的空氣充入氣缸）。進(jìn)氣終了時(shí)刻：進(jìn)氣終了時(shí)刻：氣缸壓力氣缸壓力 p：0.080.09MPa大氣壓大氣

7、壓氣缸溫度氣缸溫度 T：320380K 一、進(jìn)氣沖程一、進(jìn)氣沖程9第二章第二章 船舶柴油機(jī)裝置船舶柴油機(jī)裝置2.2四沖程柴油機(jī)工作原理四沖程柴油機(jī)工作原理（2）壓縮行程）壓縮行程指由進(jìn)氣門關(guān)閉到活塞移到上止點(diǎn)（成為壓縮指由進(jìn)氣門關(guān)閉到活塞移到上止點(diǎn)（成為壓縮上止點(diǎn)）為止。上止點(diǎn)）為止。進(jìn)排氣門都關(guān)閉。進(jìn)排氣門都關(guān)閉。活塞上行，氣缸內(nèi)氣體被壓縮，缸內(nèi)壓力溫度活塞上行，氣缸內(nèi)氣體被壓縮，缸內(nèi)壓力溫度都升高。都升高。壓縮終了時(shí)刻：壓縮終了時(shí)刻：氣缸壓縮壓力氣缸壓縮壓力p：48MPa氣缸溫度氣缸溫度T： 750950K二、壓縮沖程二、壓縮沖程10第二章第二章 船舶柴油機(jī)裝置船舶柴油機(jī)裝置2.2四沖程柴

8、油機(jī)工作原理四沖程柴油機(jī)工作原理（3）作功行程（燃燒及膨脹行程）作功行程（燃燒及膨脹行程）在壓縮上止點(diǎn)前在壓縮上止點(diǎn)前1015，壓燃可燃混合氣，壓燃可燃混合氣，形成火焰中心。形成火焰中心。高溫高壓燃?xì)馔苿?dòng)活塞下行，對(duì)外作功。高溫高壓燃?xì)馔苿?dòng)活塞下行，對(duì)外作功。進(jìn)排氣門都關(guān)閉。進(jìn)排氣門都關(guān)閉。Z點(diǎn)為最高壓力和溫度點(diǎn)：點(diǎn)為最高壓力和溫度點(diǎn)：燃?xì)庾畲髩毫θ細(xì)庾畲髩毫?p：615MPa最高溫度最高溫度T： 18002200K三、作功沖程三、作功沖程11第二章第二章 船舶柴油機(jī)裝置船舶柴油機(jī)裝置2.2四沖程柴油機(jī)工作原理四沖程柴油機(jī)工作原理（4）排氣行程）排氣行程從排氣門開啟到排氣門關(guān)閉的時(shí)刻。從排氣門

9、開啟到排氣門關(guān)閉的時(shí)刻。排氣提前角排氣提前角;排氣晚關(guān)角：排氣晚關(guān)角：在活塞到達(dá)下止點(diǎn)之前在活塞到達(dá)下止點(diǎn)之前3080，膨脹行程還沒，膨脹行程還沒有結(jié)束的時(shí)刻就將排氣門打開。有結(jié)束的時(shí)刻就將排氣門打開。氣門重疊角：在排氣門關(guān)閉之前，進(jìn)氣門就已氣門重疊角：在排氣門關(guān)閉之前，進(jìn)氣門就已打開，進(jìn)排氣門同時(shí)開啟時(shí)期所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角。打開，進(jìn)排氣門同時(shí)開啟時(shí)期所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角。排氣終了時(shí)：排氣終了時(shí)：氣缸壓力氣缸壓力p：0.1050.12MPa氣缸溫度氣缸溫度T：9001100K四、排氣沖程四、排氣沖程12第二章第二章 船舶柴油機(jī)裝置船舶柴油機(jī)裝置2.2四沖程柴油機(jī)工作原理四沖程柴油機(jī)工作原理四沖程汽油

10、機(jī)示功圖四沖程汽油機(jī)示功圖ra段曲線：段曲線： 進(jìn)氣行程進(jìn)氣行程ac段曲線：段曲線： 壓縮行程壓縮行程czb段曲線：作功行程段曲線：作功行程br段曲線：段曲線： 排氣行程排氣行程13第二章第二章 船舶柴油機(jī)裝置船舶柴油機(jī)裝置2.2四沖程柴油機(jī)工作原理四沖程柴油機(jī)工作原理 3、在四沖程柴油機(jī)的四個(gè)沖程中，在四沖程柴油機(jī)的四個(gè)沖程中， 只有第三沖程即工作沖程才只有第三沖程即工作沖程才產(chǎn)生動(dòng)力對(duì)外做功，產(chǎn)生動(dòng)力對(duì)外做功， 而其余的三個(gè)沖程都是消耗功的準(zhǔn)備過程。為此而其余的三個(gè)沖程都是消耗功的準(zhǔn)備過程。為此在進(jìn)油一個(gè)氣缸的單缸柴油機(jī)上必須安裝飛輪，利用飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，在進(jìn)油一個(gè)氣缸的單缸柴油機(jī)上必須安

11、裝飛輪，利用飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， 使曲軸在四個(gè)沖程中連續(xù)而均勻的運(yùn)轉(zhuǎn)。使曲軸在四個(gè)沖程中連續(xù)而均勻的運(yùn)轉(zhuǎn)。 1、由于進(jìn)排氣閥都是早開晚關(guān)的，由于進(jìn)排氣閥都是早開晚關(guān)的， 所以在排氣沖程之末和進(jìn)氣沖程之初，所以在排氣沖程之末和進(jìn)氣沖程之初， 活塞處于上止點(diǎn)附近時(shí)，活塞處于上止點(diǎn)附近時(shí)， 有一段時(shí)間進(jìn)排氣閥門同時(shí)處于開啟狀態(tài)。有一段時(shí)間進(jìn)排氣閥門同時(shí)處于開啟狀態(tài)。 這段時(shí)間用這段時(shí)間用曲軸轉(zhuǎn)角表示，曲軸轉(zhuǎn)角表示， 稱為氣閥重疊角。稱為氣閥重疊角。 2、排氣沖程結(jié)束之后，又開始了進(jìn)氣沖程，排氣沖程結(jié)束之后，又開始了進(jìn)氣沖程， 于是整個(gè)工作循環(huán)就依照上述于是整個(gè)工作循環(huán)就依照上述過程重復(fù)進(jìn)行。由于這種柴油

12、機(jī)的工作循環(huán)由四個(gè)活塞沖程及曲軸旋轉(zhuǎn)兩圈完成過程重復(fù)進(jìn)行。由于這種柴油機(jī)的工作循環(huán)由四個(gè)活塞沖程及曲軸旋轉(zhuǎn)兩圈完成的。的。 故稱為四沖程柴油機(jī)。故稱為四沖程柴油機(jī)。14第二章第二章 船舶柴油機(jī)裝置船舶柴油機(jī)裝置2.3二沖程柴油機(jī)工作原理二沖程柴油機(jī)工作原理必須有掃氣泵，進(jìn)氣孔布置在氣缸下部，其高度為活塞行程的必須有掃氣泵，進(jìn)氣孔布置在氣缸下部，其高度為活塞行程的10-20%左右，進(jìn)氣孔的打開和關(guān)閉由汽缸內(nèi)運(yùn)動(dòng)的活塞控制；左右，進(jìn)氣孔的打開和關(guān)閉由汽缸內(nèi)運(yùn)動(dòng)的活塞控制；排氣閥布置在汽缸蓋上，由凸輪軸驅(qū)動(dòng)，保證在曲軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)氣閥打排氣閥布置在汽缸蓋上，由凸輪軸驅(qū)動(dòng)，保證在曲軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)氣閥打開一次開

13、一次 掃氣泵用于清除氣缸內(nèi)的廢氣和填充新鮮空氣。掃氣泵用于清除氣缸內(nèi)的廢氣和填充新鮮空氣。特點(diǎn)特點(diǎn)15第二章第二章 船舶柴油機(jī)裝置船舶柴油機(jī)裝置2.3二沖程柴油機(jī)工作原理二沖程柴油機(jī)工作原理第一沖程活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)第一沖程活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)（動(dòng)（a-k-c線）?；钊谙轮裹c(diǎn)時(shí)排氣閥線）。活塞在下止點(diǎn)時(shí)排氣閥和進(jìn)氣孔已經(jīng)打開，儲(chǔ)氣室中的壓縮空和進(jìn)氣孔已經(jīng)打開，儲(chǔ)氣室中的壓縮空氣進(jìn)入氣缸，并沖向排氣閥，具有清除氣進(jìn)入氣缸，并沖向排氣閥，具有清除廢氣的功能?；钊蛏线\(yùn)動(dòng)時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣廢氣的功能。活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣口，同時(shí)排氣閥也關(guān)閉?？諝庠诟變?nèi)受口，同時(shí)排氣閥也關(guān)閉。空氣在缸內(nèi)受到壓縮。

14、這就是進(jìn)氣壓縮過程。到壓縮。這就是進(jìn)氣壓縮過程。a-k線為掃氣過程，線為掃氣過程，k點(diǎn)為掃氣終點(diǎn)點(diǎn)為掃氣終點(diǎn)(它取決于進(jìn)氣孔與排氣閥關(guān)閉時(shí)刻它取決于進(jìn)氣孔與排氣閥關(guān)閉時(shí)刻)，k-c線為壓縮過程，線為壓縮過程，c點(diǎn)為噴油時(shí)刻。點(diǎn)為噴油時(shí)刻。第一沖程第一沖程16第二章第二章 船舶柴油機(jī)裝置船舶柴油機(jī)裝置2.3二沖程柴油機(jī)工作原理二沖程柴油機(jī)工作原理第二沖程活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。完第二沖程活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。完成燃燒膨脹。從示工圖上可以看到壓縮，噴油，成燃燒膨脹。從示工圖上可以看到壓縮，噴油，最高壓力，排氣，進(jìn)氣等各個(gè)關(guān)鍵的時(shí)刻。最高壓力，排氣，進(jìn)氣等各個(gè)關(guān)鍵的時(shí)刻。其中其中c-m線為膨脹

15、線，線為膨脹線，c-z線為燃料劇烈燃線為燃料劇烈燃燒壓力急劇上升階段燒壓力急劇上升階段,z點(diǎn)為最高壓力點(diǎn)，點(diǎn)為最高壓力點(diǎn)，m點(diǎn)點(diǎn)為排氣閥開始打開的時(shí)刻為排氣閥開始打開的時(shí)刻,m-n線為燃燒產(chǎn)物從線為燃燒產(chǎn)物從氣缸排入大氣，壓力迅速下降氣缸排入大氣，壓力迅速下降,n時(shí)進(jìn)氣孔打開，時(shí)進(jìn)氣孔打開，此時(shí)氣缸內(nèi)壓力約等于貯氣室的壓力此時(shí)氣缸內(nèi)壓力約等于貯氣室的壓力,n-a線為線為掃氣過程，新鮮空氣進(jìn)入氣缸內(nèi)。掃氣過程，新鮮空氣進(jìn)入氣缸內(nèi)。第二沖程第二沖程17第二章第二章 船舶柴油機(jī)裝置船舶柴油機(jī)裝置二沖程與四沖程柴油機(jī)比較具有以下優(yōu)點(diǎn)：二沖程與四沖程柴油機(jī)比較具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.提高了柴油機(jī)的作功能力提高

16、了柴油機(jī)的作功能力2.改善了柴油機(jī)的動(dòng)力性改善了柴油機(jī)的動(dòng)力性3.簡(jiǎn)化了柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)除此之外，區(qū)別還有：除此之外，區(qū)別還有：1.凸輪軸轉(zhuǎn)速與曲軸轉(zhuǎn)速，二沖程中兩者相同；四沖程中兩者為凸輪軸轉(zhuǎn)速與曲軸轉(zhuǎn)速，二沖程中兩者相同；四沖程中兩者為1:22.二沖程下行為作功，上行靠外力驅(qū)動(dòng)；四沖程中除燃燒沖程外，二沖程下行為作功，上行靠外力驅(qū)動(dòng)；四沖程中除燃燒沖程外，其它三個(gè)為耗功其它三個(gè)為耗功3.二沖程進(jìn)排氣重疊角二沖程進(jìn)排氣重疊角(80100)大于四沖程的大于四沖程的(2560)。二沖程本身固有的缺點(diǎn)：二沖程本身固有的缺點(diǎn)：1.換氣質(zhì)量差、熱效率低換氣質(zhì)量差、熱效率低2.熱負(fù)荷較高熱

17、負(fù)荷較高18第二章第二章 船舶柴油機(jī)裝置船舶柴油機(jī)裝置2.3二沖程柴油機(jī)工作原理二沖程柴油機(jī)工作原理（1）氣孔式直流換氣）氣孔式直流換氣（3）回流換氣）回流換氣（2）橫流換氣）橫流換氣3 3、換氣型式換氣型式19第二章第二章 船舶柴油機(jī)裝置船舶柴油機(jī)裝置2.4增壓柴油機(jī)的特點(diǎn)增壓柴油機(jī)的特點(diǎn)1. 1. 為什么要加裝增壓器為什么要加裝增壓器提高柴油機(jī)功率的有效方法是增加進(jìn)入氣缸的空氣量和燃料，增加燃料可通提高柴油機(jī)功率的有效方法是增加進(jìn)入氣缸的空氣量和燃料，增加燃料可通過設(shè)計(jì)燃油系統(tǒng)的主要部件更合理即可，而增加空氣量可由安裝增壓器來實(shí)現(xiàn)。過設(shè)計(jì)燃油系統(tǒng)的主要部件更合理即可，而增加空氣量可由安裝增

18、壓器來實(shí)現(xiàn)。2. 增壓壓力增壓壓力3. 增壓器柴油機(jī)的分類增壓器柴油機(jī)的分類根據(jù)增壓器傳動(dòng)方式不同：增壓柴油機(jī)可分為機(jī)械傳動(dòng)的增壓器柴油機(jī)和廢根據(jù)增壓器傳動(dòng)方式不同：增壓柴油機(jī)可分為機(jī)械傳動(dòng)的增壓器柴油機(jī)和廢氣渦輪增壓器柴油機(jī)。氣渦輪增壓器柴油機(jī)。Pk=0.13MPa0.25MPa 20第二章第二章 船舶柴油機(jī)裝置船舶柴油機(jī)裝置2.4增壓柴油機(jī)的特點(diǎn)增壓柴油機(jī)的特點(diǎn)增壓器葉輪增壓器葉輪1通過傳動(dòng)齒輪通過傳動(dòng)齒輪由曲軸帶動(dòng)?？諝鈴倪M(jìn)口被吸由曲軸帶動(dòng)。空氣從進(jìn)口被吸入，經(jīng)過葉輪入，經(jīng)過葉輪1增壓后，進(jìn)入增壓后，進(jìn)入進(jìn)氣管進(jìn)氣管2的空氣壓力可達(dá)到的空氣壓力可達(dá)到0.15MPa以上。以上。機(jī)械式增壓柴油機(jī)機(jī)械式增壓柴油機(jī)21第二章第二章 船舶柴油機(jī)裝置船舶柴油機(jī)裝置2.4增壓柴油機(jī)的特點(diǎn)增壓柴油機(jī)的特點(diǎn)廢氣渦輪增壓柴