石油鉆井柴油機教案

1、.第一章 緒 論§1.1 內(nèi)燃機概述一、內(nèi)燃機的基本概念1、發(fā)動機：將某種形式的能量機械能的裝置。 （如：風(fēng)力發(fā)動機、水力發(fā)動機、電力發(fā)動機、熱力發(fā)動 機、原子能發(fā)動機等。）2、熱機（熱力發(fā)動機）：熱能機械能的裝置。（1）內(nèi)燃機：指燃料在熱機內(nèi)部燃燒的熱機。 分為：汽油機、柴油機、煤氣機等。 柴油機：指將柴油燃燒所產(chǎn)生的熱能通過一定方式轉(zhuǎn)變?yōu)?機械能，帶動其他機械工作的熱機。（2）外燃機：指燃料在熱機外部燃燒的熱機。柴油機是當(dāng)前石油勘探的主要動力設(shè)備 帶動鉆機：PZ12V190B、8V190 井場發(fā)電機組：4125、4135、12V135和6160二、內(nèi)燃機的發(fā)展三、內(nèi)燃機的分類1、

2、按所用燃料不同分：柴油機、汽油機、天燃氣機等2、按點火方式不同分：壓燃式、點燃式。3、按沖程數(shù)不同分：二沖程、四沖程內(nèi)燃機4、按氣缸數(shù)目不同分：單缸、多缸內(nèi)燃機5、按冷卻方式不同分：水冷、風(fēng)冷式。6、按轉(zhuǎn)速高低不同分：高速、中速、低速。四、構(gòu)成柴油機的機構(gòu)和系統(tǒng) 1、曲柄連桿機構(gòu)：熱能機械能 2、配氣機構(gòu)與進排氣系統(tǒng)：定時地排出廢氣，吸入新鮮空氣，提供燃料燃燒所需的充足氧氣 3、燃料供給系統(tǒng)：定時定量地向氣缸內(nèi)供應(yīng)一定壓力的柴油，滿足燃燒過程的需要。 4、潤滑系統(tǒng)：將機油送到柴油機運動部件的摩擦表面，以減少運動動部件的磨損和摩擦阻力。 5、冷卻系統(tǒng)：利用冷卻介質(zhì)（水或空氣），將受熱無零件所吸收

3、的熱量及時傳送出去，以保證柴油機各零件在高溫環(huán)境中正常工作 6、啟動系統(tǒng)：借助外部能源（如壓縮空氣、電力）帶動柴油機轉(zhuǎn)動，使柴油機實現(xiàn)第一次著火。 7、機體組件：構(gòu)成柴油機骨架，支承所有運動件和輔助系統(tǒng)。小 結(jié)發(fā)動機水力發(fā)動機風(fēng)力發(fā)動機原子能發(fā)動機熱力發(fā)動機（熱機）電力發(fā)動機外燃機內(nèi)燃機柴油機汽油機 天燃氣機2、內(nèi)燃機的分類方式3、構(gòu)成柴油機的兩大機構(gòu)、五大系統(tǒng)1、內(nèi)燃機和柴油機的概念§1.2 柴油機的工作原理一、鉆井工作對柴油機的要求 1、具有足夠的功率；在11032942Kw之間 2、具有良好的超載性能； 3、具有較寬的調(diào)速范圍； 4、要求經(jīng)濟、可靠、耐用、維修方便、操作簡單等。

4、二、柴油機的工作原理和工作過程1、基本工作原理 使柴油在汽缸內(nèi)燃燒，將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并利用燃氣為介質(zhì)，再將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。2、工作過程： 進氣壓縮燃燒膨脹（工作過程） 排氣過程三、柴油機常用名詞術(shù)語 1、上止點（上死點） 2、下止點（下死點） 3、沖程（行程）：S=2r r曲柄半徑 4、缸徑：指汽缸的直徑 5、汽缸工作容積（活塞排量）：Vh=4D²S×10 6、燃燒室容積： Vc 7、汽缸總?cè)莘e：Va= Vh+ Vc 8、壓縮比：= Va Vc, 柴油機： = 1222； 汽油機： = 59上止點下止點行程汽缸工作容積燃燒室容積汽缸總?cè)莘e9、壓縮室高度（余隙高度

5、或上量）： 活塞位于上止點時，活塞頂平面與汽缸蓋底平面之間的距離。10、最大爆發(fā)壓力：燃料燃燒時產(chǎn)生的氣體壓力的最大值11、平均有效壓力： 假定一個在整個活塞行程內(nèi)大小不變的壓力作用在活塞上，使活塞在一個行程內(nèi)所做的功與整個工作循環(huán)所做的 有效功相等。這個假定的壓力就叫平均有效壓力。12、活塞平均速度：活塞速度的平均值。13、強化指標(biāo)：活塞平均速度與平均有效壓力的乘積。四、單缸四沖程柴油機工作原理 四沖程柴油機：指每完成一個工作循環(huán)（即完成進氣、壓 縮、工作、排氣四個過程）活塞要連續(xù)運 行四個沖程（曲軸轉(zhuǎn)兩圈）的柴油機。 第一沖程：進氣沖程?；钊缮现裹c下止點 第二沖程：壓縮沖程?；钊上轮裹c

6、上止點 第三沖程：工作沖程（燃燒膨脹沖程） 活塞由上止點下止點 第四沖程：排氣沖程?；钊上轮裹c上止點 提問：（1）怎樣實現(xiàn)柴油機的連續(xù)工作循環(huán)呢？（2）二沖程柴油機完成一個工作循環(huán)，曲軸轉(zhuǎn)幾圈？實際中：進、排氣門早開，晚關(guān)五、多缸柴油機的工作1、多缸柴油機：指由若干個（2個以上）相同的單缸排在一個機體上共用一根曲軸輸出動力的柴油機。 常用：四缸、六缸、八缸及十二缸四沖程柴油機。分為：（1）直列式柴油機 （2）V型柴油機常用柴油機氣缸編號：左右1234567891011121234右左功率輸出端123456左右2、多缸柴油機工作順序（點火順序） 指各缸工作沖程（燃燒膨脹沖程）發(fā)生的順序。 點火

7、間隔角：=720°i ； 式中i氣缸數(shù)（1）4125型柴油機： =720°4=180° 點火順序為：1-3-4-2或1-2-4-3（2）6135型柴油機： =720° 6=120° 點火順序為：1-5-3-6-2-4或1-4-2-6-5.（3）Z12V190B柴油機： =720°12=60° 點火順序為：1-8-5-10-3-7-6-11-2-9-4-12 各缸工作情況：表1-1§1.3 柴油機的主要性能指標(biāo)及型號編制規(guī)則一、主要性能指標(biāo)1、功率：單位時間內(nèi)所作的功，用¡°N¡

8、7;表示。 指示功率：Ni 有效功率：Ne,柴油機從曲軸上向外輸出的凈功率。（1）15分鐘功率（2）1小時功率（3）12小時功率（額定功率）（4）持續(xù)功率（持久功率） PZ12V190B型柴油機額定功率：882.6Kw持久功率：794Kw2、有效燃油消耗率（ge） 指單位有效功率在單位時間內(nèi)所消耗的燃油量。 ge=GrNe×10³ g(kw.h) 式中：Gr柴油機每小時的燃油消耗率，公斤小時3、有效扭矩（Me） 指柴油機飛輪端對外輸出的扭矩，單位為N·m4、有效熱效率（e）： e =0.30.45之間。5、機械效率（ m ）： m=Ne Ni二、內(nèi)燃機名稱和型號編

9、制規(guī)則1、內(nèi)燃機的名稱 按所采用的燃料來命名。如柴油機、汽油機、天燃氣機、煤氣機、沼氣機、雙燃料發(fā)動機等。2、內(nèi)燃機型號 由數(shù)字和漢語拼音字母及GB1883中關(guān)于氣缸布置所規(guī)定的象形字符號組成。 包括氣缸數(shù)、機型系列、變型符號及用途和結(jié)構(gòu)特點等內(nèi)容組成。 GB725-91規(guī)定主要內(nèi)容如下：首部+中部+后部+尾部系列代號換代符號地方企業(yè)代號首部缸數(shù)符號（ 、 、 ）汽缸布置形式符號沖程符號（四沖程不標(biāo)、E -二沖程）缸徑符號（氣缸直徑mm)中部4612用途特征符號（基本型略）結(jié)構(gòu)特征符號（水冷略、F -風(fēng)冷、Z -增壓）后部區(qū)分符號（標(biāo)定轉(zhuǎn)速符號）尾部例：（1）6 135 Z 柴油機增壓六缸四沖

10、程氣缸直徑135mm （2）Z 12 V 190 B 柴油機 （3）Z8V190MD-1柴油機 表示轉(zhuǎn)速為1200rmin、沙漠地區(qū)發(fā)電機組用、八缸四沖程V型、缸徑190mm的增壓柴油機總 結(jié)1、內(nèi)燃機和柴油機的概念2、柴油機的基本名詞術(shù)語（上、下止點，沖程和壓縮比）3、單缸四沖程柴油機的工作原理和過程4、多缸柴油機的點火順序和發(fā)火間隔角5、柴油機的型號含義：4135、6135、PZ12V190B6、組成PZ12V190B型柴油機的機構(gòu)、系統(tǒng)及作用§2.3 配氣機構(gòu)與進排氣系統(tǒng)一、配氣機構(gòu) 1、功用 按照柴油機各缸工作順序，定時地打開和關(guān)閉進、排氣門，以保證吸足新鮮空氣，并把燃燒后的

11、廢氣排出。 2、組成及原理 由凸輪軸、挺柱、推桿、氣門搖臂、氣門組件等組成。挺 柱 推 桿凸輪軸氣 門氣門導(dǎo)管氣門彈簧3、Z12V190B型柴油機配氣機構(gòu)（頂置式）（1）氣門組件 氣門：控制進、排氣道的開啟和關(guān)閉。分進、排氣門 使用中進、排氣門不能互換，其中進氣門桿頂部加工有一細環(huán)形槽以區(qū)別。 氣門導(dǎo)管：控制氣門運動，保證氣門落座準(zhǔn)確 氣門彈簧及鎖緊裝置 保證氣門驅(qū)動機構(gòu)不因運動件的質(zhì)量灌性力使各構(gòu)件在接觸處分離；氣門關(guān)閉時保持氣門與氣門座之間嚴密密封。圖2-30（2）氣門驅(qū)動機構(gòu) 凸輪軸：通過傳動件準(zhǔn)確地按一定時間控制氣門的開啟與關(guān)閉，保證按一定規(guī)律進行換氣。 挺柱：將凸輪的推力通過推桿和搖

12、臂傳到氣門。 結(jié)構(gòu)：平面、滾子、搖臂滾子。 推桿：中空細長桿，一端球頭、一端球狀凹坑 搖臂：長臂、短臂。二、配氣相位與氣門間隙 1、配氣相位 用曲軸轉(zhuǎn)角來表示進、排氣門的開閉時刻和持續(xù)時間稱配氣相位。2、氣門間隙：一般指氣門桿頂端與搖臂之間的間隙。用c表示。氣門間隙不宜過大或過小。一般c=0.250.45。 排氣門間隙略比進氣門大些Z12V190B柴油機：進氣門：c1=0.43mm，排氣門：c1=0.48mm小 結(jié)（1） 配氣機構(gòu)的組成及功用 Z12V190B柴油機配氣機構(gòu)：頂置式，四氣門：兩進兩排（2） Z12V190B柴油機進、排氣門的區(qū)別方法 進、排氣門不能互換（3） Z12V190B柴

13、油機的氣門間隙及測量 進氣門：0.43mm，排氣門：0.48mm。（4） 配氣相位：進、排氣門要早開晚閉三、齒輪系與進排氣系統(tǒng)1、齒輪系（柴油機的傳動系統(tǒng)）（1）功用：將曲軸的運動傳到各輔助系統(tǒng)（如凸輪軸、 噴油泵、機油泵、水泵等）帶動他們運轉(zhuǎn)。（2）組成：圖2-38.（膠片）2、進氣系統(tǒng) (1)功用：把新鮮空氣經(jīng)過濾清凈化后，送入氣缸內(nèi)， 以滿足柴油機工作所需的空氣。 (2)組成：由空氣濾清器、進氣菅及氣缸蓋中的進氣道 等零部件組成。Z12V190B柴油機進氣系統(tǒng)（增壓、中冷形式）：（1）空氣濾清器（復(fù)合式） 圖2-40（2）防爆裝置：當(dāng)柴油機 發(fā)生機械故障或在工作環(huán)境中出現(xiàn)可燃氣體時，能夠

14、迅速切斷柴油機進氣通路，使柴油機緊急停車。圖2-41至氣缸進氣管空氣濾清器壓風(fēng)機中冷器3、排氣系統(tǒng) 功用：排出柴油機燃燒后的廢氣，降低噪音，增加安全性 組成：包括氣缸蓋中的排氣道、排氣管和消音滅火器等組成氣缸氣缸排氣支管排氣總管渦輪機§2.4 燃料供給系統(tǒng)一、燃料供給系統(tǒng)的作用、組成 1、作用：根據(jù)柴油機的工況要求，定時、定量、定壓的 將柴油噴入燃燒室內(nèi)，并使其霧化且與空氣充 分混合，以實現(xiàn)燃燒、做功過程；同時，通過 系統(tǒng)內(nèi)的噴油泵及調(diào)速器的作用，以控制柴油 機在給定工況下穩(wěn)定運行。 2、組成：由燃油箱、輸油泵、柴油濾清器、噴油泵、噴 油調(diào)速器和燃油輸送管系等組成。 3、Z12V19

15、0B柴油機燃油路線： 輸油泵濾清器高壓油泵噴油器燃油箱二、Z12190B柴油機燃料供給系統(tǒng)零部件1、低壓油路部件 油箱：貯存燃油，容量為柴油機能工作810小時 輸油泵：保證連續(xù)向噴油泵供燃油。擺線轉(zhuǎn)子輸油泵 柴油濾清器：清除柴油中的雜質(zhì)，保證燃料供給系統(tǒng)正常 工作。2、高壓油路部件 高壓油泵（噴油泵)：柴油機的心臟，常用柱塞式噴油泵 調(diào)速器：機械式、氣動式、液壓式。常用機械式。 噴油器：將燃油霧化成較細的油滴以利著火燃燒，同時使 噴柱的形狀同燃燒室形狀適當(dāng)配合。Z12V190B型柴油機潤滑系統(tǒng)一、潤滑系統(tǒng)的作用 向柴油機各摩擦表面提供充足的機油，以減小磨損，保證其正常工作。同時還具有散熱、清潔

16、、密封和防腐蝕作用二、潤滑方式 飛濺潤滑、壓力潤滑、復(fù)合潤滑、滴油潤滑四種方式。 復(fù)合潤滑：飛濺潤滑+壓力潤滑三、潤滑系統(tǒng)主要部件 1、預(yù)供油泵： 在柴油機啟動前，將機油壓送到各摩擦表面。以保證柴油機在啟動過程中各摩擦表面具有必要的潤滑。 手動油泵、氣動油泵兩種2、機油泵：提高機油壓力，將機油強制地輸送到各摩表面 以保證各摩擦表面的潤滑。齒輪式機油泵4、單向調(diào)壓閥 防止預(yù)供油時機油沿機油泵出油口通路回流到油底內(nèi)。限制潤滑系統(tǒng)的最高油壓，防止?jié)櫥到y(tǒng)產(chǎn)生過高的壓力，以免造成有關(guān)零部件的損壞及潤滑系統(tǒng)密封處發(fā)生漏油現(xiàn)象，又稱限壓閥。（1）功用： 清除機油中的雜質(zhì)，保證機油具有良好的使用性能。（2）

17、結(jié)構(gòu)：粗濾器：與主油道串連精濾器：與主油道并連3、機油濾清器5、油底殼 封閉曲軸箱、防止臟物進入柴油機內(nèi)部，收集和儲存機油。 分為：干式只收集機油用, 濕式可收集和儲存機油 190系列柴油機采用濕式油底殼、整體焊接結(jié)構(gòu)。6、油壓低自動停車裝置 防止工作過程中因機油壓力過低，使?jié)櫥瑮l件惡化，造成 柴油機重大事故。圖2-75Z12V190B柴油機的冷卻系統(tǒng)一、冷卻系統(tǒng)的作用 用水對柴油機進行冷卻，使柴油機處于正常的工作溫度范圍。190系列柴油機采用強制、水冷卻方式。二、主要零部件及功用 包括：水泵、風(fēng)扇、機油冷卻器、節(jié)溫裝置、冷卻管系、空氣中間冷卻器等。三、冷卻系統(tǒng)的組成 1、高溫循環(huán)系統(tǒng)：用來冷卻氣缸套、氣缸蓋等高溫件。 冷卻水溫較高。 2、低溫冷卻系統(tǒng)：用來冷卻空氣、機油。 冷卻水溫較低,傳熱少。Z12V190B柴油機啟動系統(tǒng)一、啟動系統(tǒng)的功用 借助外部能源，實現(xiàn)柴油機由靜止到工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。即實現(xiàn)柴油機的啟動過程。 啟動的條件：一定的外力 必要的啟動轉(zhuǎn)速二、啟動方式： 人力啟動、電動啟動、壓縮空氣啟動、輔助發(fā)動機啟動（即小汽油機啟動） Z12V190B柴油機采用氣馬達啟動和電動機啟動。Z12