海船培訓(xùn)課件1.4

船舶動力裝置中華人民共和國海船船員適任考試培訓(xùn)教材目錄一二第一章柴油機(jī)及其附屬設(shè)備的性能評估第二章主柴油機(jī)及其附屬設(shè)備的使用與管理三四第三章船舶主推進(jìn)動力裝置的工況配合及管理第四章電控噴射柴油機(jī)五第五章典型液壓系統(tǒng)六七第六章制冷與空調(diào)系統(tǒng)的操作和維護(hù)第七章

船用蒸汽鍋爐第一章柴油機(jī)及其附屬設(shè)備的性能評估4節(jié)柴油機(jī)的進(jìn)排氣性能評3節(jié)柴油機(jī)的燃油噴射與霧化性能評估2節(jié)柴油機(jī)的起動狀態(tài)評估1節(jié)柴油機(jī)的燃燒狀況分析與評估第一節(jié)第五節(jié)柴油機(jī)進(jìn)排氣性能評估一、柴油機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)的組成及其主要工作參數(shù)柴油機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)的組成、分類與特點(diǎn)組成：柴油機(jī)、壓氣機(jī)、廢氣渦輪、空冷器、廢氣鍋爐和輔助掃氣泵等增壓的定義：就是用提高氣缸進(jìn)氣壓力的方法，使進(jìn)入氣缸空氣密度增加，從而可以增加噴入氣缸的燃油量，以提高柴油機(jī)的平均指示壓力和柴油機(jī)的平均有效壓力。增壓度的定義：柴油機(jī)增壓后標(biāo)定功率與增壓前標(biāo)定功率之差值與增壓前標(biāo)定功率的比值。它表示增壓后功率增加的程度。增壓比的定義：πb=pk/po分類：單獨(dú)增壓系統(tǒng)、復(fù)合增壓系統(tǒng)和渦輪復(fù)合系統(tǒng)只利用廢氣渦輪增壓器來實(shí)現(xiàn)增壓，而不增設(shè)其他輔助機(jī)械的增壓系統(tǒng)由于完全由廢氣驅(qū)動渦輪旋轉(zhuǎn)，無需消耗柴油機(jī)的有效功，所以該增壓系統(tǒng)能夠最有效地提高柴油機(jī)的功率，同時還能改善柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。單獨(dú)增壓系統(tǒng)船用四沖程柴油機(jī)：可采用等壓增壓和脈沖增壓的單獨(dú)增壓系統(tǒng)，主要原因有：四沖程柴油機(jī)的換氣質(zhì)量好；活塞具有推擠廢氣和抽吸新氣的能力，增壓壓力變化對進(jìn)、排氣的影響較小。在四沖程機(jī)上，得到廣泛應(yīng)用，不設(shè)其它輔助泵，就可以滿足起動、低速、全速工作的需要直流掃氣柴油機(jī)（排氣規(guī)律易控制、換氣質(zhì)量好，排氣管布置方便、緊湊）：需另設(shè)輔助風(fēng)機(jī)在低負(fù)荷時或在增壓器損壞時保證柴油機(jī)能夠繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。特別是單獨(dú)增壓系統(tǒng)在高增壓時，低負(fù)荷性能較差。MANB&W公司和Wartsla瑞士公司對此的改正方法單獨(dú)增壓系統(tǒng)MANB&W公司和WinGD公司對此的改正方法在部分負(fù)荷時可增加進(jìn)氣壓力在低速高負(fù)荷時放掉過剩廢氣中冷中冷的作用：由于空氣在增壓器中被壓縮時壓力和溫度同時升高，影響了空氣密度的增加和增壓效果。因此，在增壓器后都設(shè)有中冷器。降低空氣溫度，提高空氣密度。降低柴油機(jī)平均循環(huán)溫度。降低柴油機(jī)指示耗油率。降低NOx等有害物質(zhì)的排量displacement新型柴油機(jī)采用了兩級冷卻（高溫淡水冷卻第一級，低溫淡水冷卻第二級，能有效地利用廢熱，還可在低負(fù)荷或濕熱航區(qū)時旁通第二級冷卻以增加進(jìn)氣溫度-防止凝水產(chǎn)生，保證柴油機(jī)的良好工作）復(fù)合增壓既采用渦輪增壓器，又采用機(jī)械驅(qū)動式增壓器，稱為復(fù)合增壓方式采用復(fù)合增壓的目的解決二沖程柴油機(jī)實(shí)現(xiàn)廢氣渦輪增壓時廢氣渦輪與壓氣機(jī)之間功率不平衡問題。原因：過量空氣系數(shù)大。靠新氣和廢氣的壓差進(jìn)行掃氣廢氣能量低，故使渦輪發(fā)出功率遠(yuǎn)小于壓氣機(jī)所需功率。解決的方法：盡可能多地利用廢氣能量。改善換氣質(zhì)量，減少新氣與廢氣的摻混。提高增壓器效率。采用復(fù)合增壓。串聯(lián)增壓系統(tǒng)是將渦輪增壓器與輔助掃氣泵串聯(lián)空氣先進(jìn)入渦輪增壓器的壓氣機(jī)，經(jīng)過壓縮后進(jìn)入曲軸傳動的壓氣機(jī)中，再經(jīng)過壓縮然后進(jìn)入氣缸。在曲軸傳動的壓氣機(jī)的前、后可以接入空氣冷卻器，以便冷卻高溫空氣。應(yīng)用與特點(diǎn)應(yīng)用：串聯(lián)增壓系比較典型的是采用定壓渦輪增壓器與往復(fù)泵，也有采用脈沖渦輪增壓器與往復(fù)泵串聯(lián)特點(diǎn)：與單獨(dú)增壓系統(tǒng)相比：工作可靠，起動性和低負(fù)荷性能好；省去了應(yīng)急電動鼓風(fēng)機(jī)，當(dāng)渦輪增壓器損壞時，往復(fù)掃氣泵仍可使柴油機(jī)在70%~80%nb下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，并且不管柴油機(jī)的廢氣能量是否足夠，均可較簡便地滿足柴油機(jī)所需增壓壓力；有利于實(shí)現(xiàn)高增壓；二級往復(fù)泵使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝置重量增加。串聯(lián)旁通增壓系統(tǒng)是串聯(lián)增壓系統(tǒng)中的一個特殊情況，脈沖渦輪增壓器與主機(jī)活塞泵串聯(lián)。脈沖渦輪增壓器作為第一級增壓，主機(jī)活塞泵作為第二級增壓。掃氣箱分成兩部分，在外側(cè)的1是各缸共用的，內(nèi)側(cè)部分按每個氣缸分隔起來并和活塞下部空間相連通組成掃氣室2。掃氣箱1和掃氣室2之間設(shè)有單向閥3(又稱口琴閥)。特點(diǎn)該增壓系統(tǒng)為部分串聯(lián)，掃氣前期是串聯(lián)，后期使串聯(lián)失效，由廢氣渦輪增壓器單獨(dú)供氣。工作可靠。當(dāng)廢氣渦輪增壓器損壞時，仍能維持柴油機(jī)70%nb下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。掃氣前期掃氣室壓力較高，有利于降低排氣口高度，增大柴油機(jī)的有效行程。起動和低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)性能差，所以，必須增設(shè)電動鼓風(fēng)機(jī)以便在低負(fù)荷和起動時使用。并聯(lián)增壓系統(tǒng)是將渦輪增壓器與活塞下部輔助增壓泵并聯(lián)工作。一般渦輪增壓器所供應(yīng)的空氣量為增壓空氣量的75%~80%，其余空氣量由活塞下部輔助增壓泵供給。由于輔助增壓泵只供給一小部分空氣，則只需將柴油機(jī)的部分氣缸下部做成輔助增壓泵。渦輪復(fù)合系統(tǒng)使用TCS動力渦輪系統(tǒng)可提高柴油機(jī)總效率，但系統(tǒng)比較復(fù)雜，并造成廢氣鍋爐可用能下降，出現(xiàn)幾年后不再使用2.柴油機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)的主要工作參數(shù)及特點(diǎn)參數(shù)：廢氣渦輪前后溫度、壓氣機(jī)前后溫度、空冷器前后溫度和壓差、空氣濾器壓差、機(jī)艙溫度、掃氣溫度與壓力、廢氣鍋爐前后的壓差及增壓器轉(zhuǎn)速與效率參數(shù)特點(diǎn)：直接影響換氣質(zhì)量、反映關(guān)鍵部件性能、流道清潔程度影響參數(shù)、最終影響柴油機(jī)性能。增壓器工作特點(diǎn)：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高、氣流流速高、工作溫度高二、柴油機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和工作性能評估1.廢氣渦輪前后溫度直接反映廢氣渦輪性能通流截面積堵塞或變形------溫差變大旁通閥關(guān)閉不嚴(yán)或漏泄------溫差變小2.壓氣機(jī)前后溫度前溫度取決于機(jī)艙溫度后溫度取決于柴油機(jī)負(fù)荷和增壓器轉(zhuǎn)速性能，直接反映壓氣機(jī)性能柴油機(jī)工作狀況相同時，后溫度變小，原因：增壓器性能惡化、冷卻過度或掃氣箱漏氣；后溫度變大，原因：空冷器冷卻效果差或掃氣箱漏泄嚴(yán)重3.空冷器前后溫度與壓差直接反映廢氣渦輪性能和空冷器冷卻效果及臟污情況空冷器氣側(cè)臟堵------壓差變大空冷器水側(cè)臟堵或冷卻水系統(tǒng)故障------溫差變小4.壓氣機(jī)空氣濾器壓差壓降超過0.98kpa，表明壓氣機(jī)進(jìn)氣道或?yàn)V網(wǎng)臟污，需清洗5.掃氣溫度與壓力掃氣溫度取決于柴油機(jī)負(fù)荷、空冷器冷卻性能40-45℃掃氣壓力取決于柴油機(jī)負(fù)荷、空冷器冷卻性能和掃氣箱密封效果6.廢氣鍋爐壓差直接反映廢氣側(cè)臟污情況壓差過大影響鍋爐和柴油機(jī)換氣質(zhì)量7.增壓器轉(zhuǎn)速和效率轉(zhuǎn)速和柴油機(jī)負(fù)荷及增壓器工作性能有關(guān)效率影響因素：轉(zhuǎn)速、壓氣機(jī)排出壓力、掃氣壓力和溫度。8.掃氣空氣含濕量掃氣箱設(shè)置氣液分離器和放殘管系，保證含濕量，且有高液位報警裝置監(jiān)測水量。三、柴油機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)主要部件的工作性能和狀態(tài)分析在柴油機(jī)中，從排氣、掃氣到進(jìn)氣終止的整個氣體更換過程稱為換氣過程。它的作用是更換工質(zhì)，為下一個循環(huán)的工作提供必要條件。換氣質(zhì)量的好壞，直接影響柴油機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性及排放性，是柴油機(jī)工作優(yōu)劣的先決條件。換氣機(jī)構(gòu)的功能是實(shí)現(xiàn)對柴油機(jī)換氣過程的控制。2024/3/11241.柴油機(jī)換氣過程（1）四沖程柴油機(jī)換氣過程

1)自由排氣階段從排氣閥開啟到缸內(nèi)壓力接近排氣管內(nèi)壓力。初期,排氣管壓力與氣缸壓力之比小于臨界值則為超臨界狀態(tài)，廢氣以當(dāng)?shù)匾羲倥懦鰵飧住．?dāng)排氣管壓力與氣缸壓力之比大于臨界值時--亞臨界流動(廢氣以亞音速排出氣缸)。自由排氣階段在下止點(diǎn)后10°～30°結(jié)束。2024/3/1125

2)強(qiáng)制排氣階段從自由排氣結(jié)束到排氣閥關(guān)閉，廢氣是被上行的活塞強(qiáng)制推出的。由于要克服排氣閥及通道處的流動阻力，氣缸內(nèi)的平均壓力略高于排氣管內(nèi)的平均壓力。排氣閥在上止點(diǎn)后關(guān)閉，可利用廢氣流動慣性，實(shí)現(xiàn)過后排氣。滯后角過大會導(dǎo)致廢氣倒灌入氣缸，一般為10～70°CA。四沖程柴油機(jī)的換氣過程曲線2024/3/1126

3)進(jìn)氣階段從進(jìn)氣閥開啟至關(guān)閉的全過程。

為減少進(jìn)氣過程的阻力，進(jìn)氣閥在上止點(diǎn)前10～40°CA開啟。

進(jìn)氣閥剛打開瞬間，氣缸壓力略高于進(jìn)氣壓力。且進(jìn)氣閥開度很小，排氣有流動慣性，不會使廢氣倒灌入進(jìn)氣管。

進(jìn)氣閥在下止點(diǎn)后20～60°CA關(guān)閉。

過大的進(jìn)氣遲閉角可能會發(fā)生新鮮空氣倒流入進(jìn)氣管，減小有效壓縮比。

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4）氣閥重疊和燃燒室掃氣定義：上止點(diǎn)前后，從進(jìn)氣閥開啟到排氣閥關(guān)閉這段期間進(jìn)氣閥和排氣閥同時開啟著，它所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為氣閥重疊角(進(jìn)氣提前角+排氣遲閉角)。作用：一方面

新鮮空氣將燃燒室中殘存的廢氣清掃到排氣管，另一方面

新鮮冷空氣對燃燒室壁面進(jìn)行了冷卻。換氣特點(diǎn)：四沖程柴油機(jī)的進(jìn)、排氣過程分別在兩個行程中完成，新氣和廢氣互不摻混，因而其換氣質(zhì)量較高。2024/3/1128

應(yīng)該指出的是，進(jìn)、排氣重疊角并不是越大越好。

進(jìn)氣閥開啟過早，會造成廢氣倒灌入進(jìn)氣管。排氣閥關(guān)閉過遲，產(chǎn)生新氣流失，同時會降低渦輪前的排氣溫度，減少增壓器渦輪獲得的可用能。一般非增壓柴油機(jī)氣閥重疊角為25°～50°，增壓柴油機(jī)氣閥重疊角為80°～140°。2024/3/1129

（2）二沖程柴油機(jī)的換氣過程(分為三個階段)

第一階段－自由排氣階段(B-R)從排氣口(閥)的開啟點(diǎn)B到開始進(jìn)氣的點(diǎn)R(缸內(nèi)壓力等于掃氣壓力)為止的階段叫自由排氣階段。

特點(diǎn)：廢氣主要借缸內(nèi)與排氣管中的壓差經(jīng)排出。

D為掃氣口開，此時缸內(nèi)壓力略高于掃氣壓力，但因掃氣口節(jié)流及排氣的流動慣性，不會發(fā)生廢氣倒灌入掃氣箱的情況。2024/3/1130

第二階段－強(qiáng)制排氣和掃氣階段(R-C)

從進(jìn)氣開始(R點(diǎn))到掃氣口關(guān)閉(C點(diǎn))為止。此階段主要靠新氣與缸內(nèi)廢氣的壓力差，利用新氣清掃廢氣把廢氣從氣缸中強(qiáng)制排出。

此階段新氣與廢氣發(fā)生摻混，并有部分新氣經(jīng)排氣口排出(P點(diǎn)前，排氣速度大于掃氣速度，故壓力下降)。2024/3/1131第三階段－過后排氣或過后充氣階段(C-E)

從掃氣口關(guān)閉(點(diǎn)C)到排氣口(或閥)關(guān)閉(點(diǎn)E)為止。此階段缸內(nèi)部分新鮮空氣將經(jīng)仍開啟著的排氣口排至排氣管，是一個新氣損失階段，希望此階段越短越好。點(diǎn)E后，其缸內(nèi)開始壓縮行程。對照此圖，指出什么是有效壓縮比？如果在C點(diǎn)時先關(guān)閉掃氣口而到E點(diǎn)時再關(guān)閉排氣口稱之為過后排氣。

如果在C點(diǎn)時先關(guān)閉排氣口(閥)而到E點(diǎn)時再關(guān)閉掃氣口稱之為過后充氣。

彎流掃氣柴油機(jī)必先關(guān)掃氣口，再關(guān)排氣口，存在新氣損失階段，越短越好。

直流掃氣柴油機(jī)排氣閥可與進(jìn)氣口同時關(guān)閉或早于進(jìn)氣口關(guān)閉，可避免過后排氣或?qū)崿F(xiàn)過后充氣。

二沖程柴油機(jī)的換氣特點(diǎn)⑴換氣時間短。二沖程機(jī)整個換氣過程為120°～150°CA，而四沖程機(jī)則在450°CA以上，因此二沖程機(jī)換氣結(jié)束后缸內(nèi)殘余廢氣較多。⑵換氣質(zhì)量差。二沖程機(jī)主要靠壓差清掃廢氣，進(jìn)氣和排氣過程同時進(jìn)行，必然產(chǎn)生空氣摻混，存在掃氣死角和空氣的短路流動，故換氣質(zhì)量差。⑶耗氣量大

掃氣消耗大量的新鮮空氣；同時為控制熱負(fù)荷，需要大量的新鮮空氣冷卻燃燒室。二沖程機(jī)耗氣量大約為8.5kg/(kw.h)，四沖程機(jī)為6.5kg/(kw.h)。⑷氣缸工作容積不能充分利用

氣缸下端開有掃氣口，降低了有效壓縮比。

活塞行程中氣口高度所占的部分成為失效行程。常以行程失效系數(shù)(活塞在下止點(diǎn)時活塞上平面到氣口上邊沿的距離與活塞行程之比)表示。

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2.氣閥氣口的角面值和時面值四沖程柴油機(jī)均采用氣閥換氣。氣閥的開度是由配氣凸輪形線控制而變化的，不可能在瞬時全開或全閉，故其流通面積是隨著時間而變化的。二沖程柴油機(jī)的氣缸均有氣口。在換氣過程中，氣口的流通面積由活塞的運(yùn)動決定，故其流通面積也是隨時間變化的。2024/3/1136

圖4－2(a)給出了四沖程柴油機(jī)的排氣閥和進(jìn)氣閥流通面積隨曲軸轉(zhuǎn)角變化的曲線。圖4－2(b)給出了直流閥式二沖程柴油機(jī)排氣閥、進(jìn)氣口的流通面積隨曲軸轉(zhuǎn)角變化的曲線。排氣閥問題：從上圖你能看出而二四沖程柴油機(jī)的氣閥(口)啟閉有什么特點(diǎn)？2024/3/1137

角面值：氣閥、氣口流通面積隨曲軸轉(zhuǎn)角而變化的曲線與橫坐標(biāo)所包圍的面積稱角面值。

對于給定的柴油機(jī)它是一個定值。當(dāng)轉(zhuǎn)速不變時，由于

,則

時面值：

稱時面值。

由上式可知，轉(zhuǎn)速升高，時面值減小。2024/3/1138

時面值表示了氣閥與氣口的流通能力。在柴油機(jī)工作過程中，氣口、氣閥結(jié)炭，臟污，開度不足及轉(zhuǎn)速增高時都會引起時面值減小，導(dǎo)致氣閥、氣口流通能力不足，氣缸換氣不良，使柴油機(jī)工作性能變差。

（1）氣閥閥面與閥座配合閥面錐角座面錐角3.氣閥機(jī)構(gòu)的檢查與評估全接觸式：多用于小型高速機(jī)；閥線寬度一般為1.5～2.5ｍｍ。接觸面大、耐磨、傳熱好，但易結(jié)炭和敲擊產(chǎn)生麻點(diǎn)。外接觸式：多用于強(qiáng)載中速機(jī)；閥面錐角比座面錐角小0.5～10；密封性好，拱腰變形后減小接觸應(yīng)力增加散熱。內(nèi)接觸式：用于低速機(jī)；閥面錐角比座面錐角大0.2～0.50；釩鈉腐蝕小，閥盤在高溫高壓燃?xì)庾饔孟聲l(fā)生熱變形與機(jī)械變形(周邊翹曲)，使其與閥面接觸變?yōu)橥饨佑|式，減小接觸應(yīng)力增加散熱。閥面錐角增大，則氣閥對中性好，密封性好，但磨損較大。通常為300(進(jìn)氣閥)或450(排氣閥)。廣泛應(yīng)用的閥盤形狀為平底。非增壓四沖程機(jī)通常進(jìn)氣閥大于排氣閥以提高充量系數(shù)。

（2）氣閥導(dǎo)管1）作用（1）承受側(cè)推力（2）氣閥散熱(占25%左右)

2）材料：常為鑄鐵或青銅3）潤滑條件較差，常用滑油和柴油的混合油。

間隙大，散熱不良，橫向振動及漏氣加劇。

間隙小，氣閥容易咬死。

（3）旋閥器1）作用與類型作用：減少閥面與閥座的積炭，減小磨損；使閥盤均勻受熱；消除閥桿導(dǎo)管間的積炭類型：棘輪式；杠桿式；旋轉(zhuǎn)帽式－強(qiáng)載燃用劣質(zhì)燃油柴油機(jī)排氣閥；推進(jìn)器式－用于大型低速機(jī)。2）原理：氣閥開啟過程中旋轉(zhuǎn)。閥關(guān)閉時，鋼球在下方，閥打開時，鋼球在上方3）氣閥旋轉(zhuǎn)裝置的工作性能檢查MC柴油機(jī)：氣閥旋轉(zhuǎn)指示桿，和空氣彈簧活塞上端面的凹槽配合作用：檢查氣閥開關(guān)狀態(tài)和判斷氣閥是否旋轉(zhuǎn)RTA柴油機(jī)：通過觀察孔檢查空氣彈簧活塞螺栓的動作判斷氣閥是否旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)帽式旋閥器：打開缸蓋罩檢查4.氣閥間隙、氣閥定時檢查和調(diào)整（1）氣閥間隙測量和調(diào)整定義：氣閥的熱脹間隙或冷態(tài)下氣閥閥桿頂端與搖臂頭部之間的間隙目的：留有受熱后膨脹的余地，以防止運(yùn)轉(zhuǎn)中氣閥關(guān)閉不嚴(yán)而漏氣影響：過小，氣閥受熱后關(guān)閉不嚴(yán)；過大，氣閥晚開早關(guān)，使閥桿與搖臂撞擊嚴(yán)重，噪聲大，磨損大

具體數(shù)值見柴油機(jī)說明書，一般排氣閥大于進(jìn)氣閥、增壓機(jī)大于非增壓機(jī)、大型機(jī)大于小型機(jī)檢查與調(diào)整冷車時，正車盤車使氣閥頂桿的滾輪落在凸輪基圓上。在搖臂頂桿端略加力將搖臂壓下，用塞尺測量搖臂與閥桿頂端間隙值(拖動塞尺感到稍有阻力為宜)并與給定值比較，如不符合要求，可通過搖臂上的調(diào)節(jié)螺栓進(jìn)行調(diào)節(jié)直至符合要求，最后鎖緊螺母鎖緊并再次用塞尺檢查。塞尺測量調(diào)整（2）氣閥定時的檢查與調(diào)整（氣閥間隙必須符合要求）千分表觸頭壓在進(jìn)（排）氣閥彈簧盤上然后緩慢盤車，直至表針稍有移動或回到原位，此時對應(yīng)的即為進(jìn)（排）氣閥定時角。定時調(diào)整：轉(zhuǎn)動凸輪法，氣閥凸輪沿正車方向轉(zhuǎn)動定時提前，反之滯后以下情況需要調(diào)整氣閥正時：凸輪、滾輪等傳動件磨損，鏈輪、鏈條再度張緊，凸輪軸安裝不正確，氣閥間隙太大或太小機(jī)械式氣閥傳動機(jī)構(gòu)液壓式氣閥傳動機(jī)構(gòu)

5.換氣過程質(zhì)量評定參數(shù)1.殘余廢氣系數(shù)(小于1，越小越好)定義：換氣過程結(jié)束時，缸內(nèi)殘存的廢氣量Gr與充入氣缸的新鮮空氣量G0之比，即γr＝Ｇr／Ｇ０影響因素：燃燒室掃氣、掃氣形式和掃氣的完善程度等2.充量系數(shù)（充氣效率）(小于1，