1、第一章 船舶動(dòng)力裝置概述第一節(jié) 船舶動(dòng)力裝置的組成和類型 一、船舶動(dòng)力裝置的概念：“裝置”乃是為了達(dá)到某一目的所設(shè)置的所有機(jī)器、設(shè)備及系統(tǒng)的總稱，以具有某種特定的功能為特征。“船舶動(dòng)力裝置”這一術(shù)語已應(yīng)用了幾十年，但一直沒有明確而統(tǒng)一的定義。實(shí)際上它是和“輪機(jī)”這一術(shù)語緊密聯(lián)系在一起的。在1807年，世界上第一艘用蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)推進(jìn)器的“克萊蒙特”號(hào)輪，開創(chuàng)了船舶以動(dòng)力機(jī)械推進(jìn)的新紀(jì)元。當(dāng)時(shí)蒸汽機(jī)帶動(dòng)一個(gè)槳輪推進(jìn)器，這種推進(jìn)器的大部分露在水面，人們稱之為“明輪”，把裝有明輪的船稱為“輪船”，而把產(chǎn)生蒸汽的鍋爐和驅(qū)動(dòng)明輪轉(zhuǎn)動(dòng)的蒸汽機(jī)等成套設(shè)備稱為“輪機(jī)”。當(dāng)時(shí)的“輪機(jī)”僅僅是推進(jìn)設(shè)備的簡(jiǎn)稱。但隨著科

2、學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。不僅船舶推進(jìn)設(shè)備更加復(fù)雜和完善，而且為了適應(yīng)船舶營(yíng)運(yùn)、人員生活和安全等方面的需要，還增設(shè)了諸如船舶電站、起貨機(jī)械、飲水、供汽、壓載、艙底、消防等系統(tǒng)，大大豐富了輪機(jī)的內(nèi)容，并且至今還在不斷擴(kuò)大與完善中。因此，“輪機(jī)”是個(gè)內(nèi)容相當(dāng)廣泛的技術(shù)范疇。“船舶動(dòng)力裝置”的基本含義和“輪機(jī)”相同，是為了滿足船舶航行、各種作業(yè)、人員的生活和安全需要所設(shè)置的全部機(jī)械、設(shè)備和系統(tǒng)的總稱。它的任務(wù)是多方面的，但主要任務(wù)可概括為：為船舶提供各種形式的能量(機(jī)械能、電能、熱能)并轉(zhuǎn)換和利用這些能量。 二、船舶動(dòng)力裝置的組成：根據(jù)組成船舶動(dòng)力裝置的各種機(jī)械、設(shè)備和系統(tǒng)所起作用的不同，將整個(gè)動(dòng)力裝置分

3、為以下幾個(gè)部分。 1推進(jìn)裝置：推進(jìn)裝置也稱主動(dòng)力裝置，是船舶動(dòng)力裝置中最主要的部分。它包括主機(jī)、傳動(dòng)設(shè)備、軸系和推進(jìn)器。主機(jī)發(fā)出動(dòng)力，通過傳動(dòng)設(shè)備及軸系驅(qū)動(dòng)推進(jìn)器產(chǎn)生推力，使船舶克服阻力以某一航速航行。 2輔助裝置：是產(chǎn)生除推進(jìn)裝置所需能量以外的其它各種能量的裝置，其中包括船舶電站、輔助鍋爐裝置和壓縮空氣系統(tǒng)，它們分別產(chǎn)生電能、蒸汽和壓縮空氣供全船使用。 3管路系統(tǒng)：簡(jiǎn)稱管系，用以輸送流體，是由各種容器、管路、泵、濾器、熱交換器等組成。按用途不同可分為兩類：1)動(dòng)力系統(tǒng)：指為主機(jī)和發(fā)電副機(jī)安全運(yùn)轉(zhuǎn)服務(wù)的管系，用來輸送燃油、潤(rùn)滑油、海水、淡水、蒸汽和壓縮空氣，它包括燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、

4、蒸汽系統(tǒng)和壓縮空氣系統(tǒng)等。2)輔助系統(tǒng)： 指為船舶航行、人員生活和安全服務(wù)的系統(tǒng)，有時(shí)也稱為船舶系統(tǒng)，它包括壓載、艙底水、通風(fēng)、飲水、空調(diào)和消防系統(tǒng)等。 4甲板機(jī)械 ：指為保證船舶航行、停泊及裝卸貨物需要所設(shè)置的機(jī)械設(shè)備，如舵機(jī)、錨機(jī)、起貨機(jī)等。5自動(dòng)化設(shè)備：指為改善船員工作條件，提高裝置工作效率和操作的準(zhǔn)確性，以及減少維護(hù)工作所設(shè)置的設(shè)備。主要由對(duì)主、副機(jī)及其它機(jī)械設(shè)備進(jìn)行遙控、自動(dòng)調(diào)節(jié)、監(jiān)視和報(bào)警的設(shè)備組成。三、船舶動(dòng)力裝置的類型：以推進(jìn)裝置的類型進(jìn)行分類。 1蒸汽動(dòng)力裝置：在蒸汽動(dòng)力裝置中，有往復(fù)式蒸汽機(jī)和汽輪機(jī)兩種。1）往復(fù)式蒸汽機(jī)最早應(yīng)用于海船，由于它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、管理方便

5、等優(yōu)點(diǎn)，在過去很長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)占據(jù)著統(tǒng)治地位；但由于其經(jīng)濟(jì)性差、尺寸重量大、不能適應(yīng)機(jī)組功率增長(zhǎng)的需要，現(xiàn)在已經(jīng)被其他船用發(fā)動(dòng)機(jī)所代替。2）回轉(zhuǎn)式汽輪機(jī)自從十九世紀(jì)末問世并裝船使用以來，由于受到柴油機(jī)的挑戰(zhàn)，一直發(fā)展比較緩慢。這種發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，摩擦、磨損較少，振動(dòng)、噪聲較輕。但熱效率低，要配置重量、尺寸較大的鍋爐、冷凝器、減速齒輪裝置以及其它輔助機(jī)械，因此裝置的總重量和尺寸均較大，這就限制了它在中小船舶中的應(yīng)用。不少資料表明，在功率超過22000kW(30000HP)和船速超過20Kn時(shí)，汽輪機(jī)動(dòng)力裝置比柴油機(jī)動(dòng)力裝置更為優(yōu)越。 2燃?xì)鈩?dòng)力裝置：1)柴油機(jī)動(dòng)力裝置： 柴油機(jī)不僅是熱效率最高的

6、一種熱機(jī)，而且還具有起動(dòng)迅速、安全可靠、裝置的重量較輕、功率范圍大(從幾kW至數(shù)萬kW)等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此船舶主機(jī)及發(fā)電副機(jī)現(xiàn)在多用這種發(fā)動(dòng)機(jī)。在中、大型民用船舶上所使用的柴油機(jī)有大型低速和大功率中速兩大類。這兩種柴油機(jī)在激烈競(jìng)爭(zhēng)的同時(shí)又互相促進(jìn)，都在迅速的發(fā)展著。 大型低速柴油機(jī)動(dòng)力裝置自60年代起發(fā)展的特別迅速。一方面是由于當(dāng)時(shí)船舶向大型化、高速化發(fā)展，需要大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)；另一方面由于廢氣渦輪增壓技術(shù)的進(jìn)步，可燃用更低質(zhì)燃料，降低了比油耗，為大型低速機(jī)發(fā)展提供了可能。70年代兩次能源危機(jī)的沖擊和相繼出現(xiàn)的航運(yùn)事業(yè)不景氣，從節(jié)能需要出發(fā)，船舶已不再向大型化和高速化方向發(fā)展，除專業(yè)化船舶外，一

7、般貨船的航速降至14 kn左右。為了適應(yīng)這種形勢(shì)，大型低速柴油機(jī)的尺度不但不再增加，而且缸徑也都回到1000mm以內(nèi)，并出現(xiàn)了缸徑只有260mm的低速機(jī)(如S26MCMCE)。從70年代末至今圍繞著節(jié)能這一中心，大型低速柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)差不多年年都在改進(jìn)，大體每隔兩年就推出一種新機(jī)型。可以認(rèn)為，降低耗油率提高經(jīng)濟(jì)性，仍然是今后發(fā)展的方向之一。大功率中速柴油機(jī)動(dòng)力裝置的重量和尺寸較小，可燃用重質(zhì)燃料，是低速機(jī)的有力競(jìng)爭(zhēng)者，在中速機(jī)裝置中，可通過合理選配減速比，使螺旋槳的轉(zhuǎn)速最佳化，從而顯著提高推進(jìn)裝置效率。單缸功率的提高和單機(jī)功率的擴(kuò)大，以及可用多臺(tái)(24臺(tái))發(fā)動(dòng)機(jī)通過減速器驅(qū)動(dòng)一個(gè)螺旋槳的可能性，

8、都給中速機(jī)的發(fā)展創(chuàng)造了有利的條件，特別是在機(jī)艙尺寸要求嚴(yán)格的滾裝船、集裝箱船和客船上，中速機(jī)的應(yīng)用就更為廣泛。目前中速機(jī)的耗油率雖然有明顯下降，但仍然略高于低速機(jī)，運(yùn)轉(zhuǎn)中噪聲也比較大。預(yù)計(jì)中速機(jī)今后還會(huì)有進(jìn)一步發(fā)展。2)燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置： 本世紀(jì)30年代燃?xì)廨啓C(jī)制造業(yè)開始興盛起來，第一批作為商船主機(jī)的是在50年代。它的優(yōu)點(diǎn)是單位重量和尺寸小，機(jī)動(dòng)性高，操縱管理簡(jiǎn)便，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。但它的經(jīng)濟(jì)性差、進(jìn)排氣管道大、機(jī)艙布置困難、不能直接倒車、裝置較復(fù)雜、葉片及燃?xì)獍l(fā)生器均在高溫高壓狀態(tài)下工作、壽命較短。由于以上原因，這種動(dòng)力裝置在商船上應(yīng)用較少。 3核動(dòng)力裝置：核動(dòng)力裝置的優(yōu)點(diǎn)是所用燃料的重量極輕

9、，大大增加船舶續(xù)航力。同時(shí)核燃料燃燒不用空氣助燃，不用設(shè)進(jìn)排氣系統(tǒng)。但由于造價(jià)高，核分裂反應(yīng)釋放出大量放射性物質(zhì)要嚴(yán)加防護(hù)，操縱管理檢查系統(tǒng)復(fù)雜，因此在商船上應(yīng)用甚少，隨著液體燃料資源的日趨枯竭，核動(dòng)力裝置的競(jìng)爭(zhēng)能力有可能加強(qiáng)。第二節(jié) 對(duì)船舶動(dòng)力裝置的要求一、可靠性：船舶動(dòng)力裝置的好壞，首先取決于它在各種營(yíng)運(yùn)條件下，能否可靠地和不間斷地進(jìn)行工作。因此，對(duì)任何船舶動(dòng)力裝置首先提出的要求就是工作可靠性要高。二、經(jīng)濟(jì)性：民用船舶在滿足可靠性的前提下，要求盡量提高其經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于船舶動(dòng)力裝置的經(jīng)濟(jì)性不能只從主機(jī)耗油率一項(xiàng)指標(biāo)去衡量，還要考慮造船初投資費(fèi)、燃潤(rùn)油價(jià)格、管理維修費(fèi)、折舊費(fèi)、船員工資、保險(xiǎn)和港

10、口各項(xiàng)費(fèi)用。所以對(duì)動(dòng)力裝置的經(jīng)濟(jì)性要全面考慮，綜合分析。三、機(jī)動(dòng)性：船舶機(jī)動(dòng)性是安全航行的重要保證。船舶起航、變速、倒航和回轉(zhuǎn)的性能是船舶機(jī)動(dòng)性的主要體現(xiàn)。而船舶的機(jī)動(dòng)性取決于動(dòng)力裝置的機(jī)動(dòng)性，后者可由以下幾項(xiàng)指標(biāo)體現(xiàn)。 1發(fā)動(dòng)機(jī)由起動(dòng)至達(dá)到全功率所需的時(shí)間：這段時(shí)間的長(zhǎng)短主要取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的型式，低速柴油機(jī)需30分鐘以上。影響發(fā)動(dòng)機(jī)加速時(shí)間長(zhǎng)短的因素是它的運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量慣性和受熱部件的熱慣性，而后者更為重要。在這方面中速柴油機(jī)優(yōu)于低速柴油機(jī)。 2螺旋槳換向所需的時(shí)間和可能的換向次數(shù)：螺旋槳換向所需的時(shí)間通常是指由發(fā)出換向指令起到螺旋槳開始反方向回轉(zhuǎn)的時(shí)間。柴油機(jī)的起動(dòng)換向性能較好，在機(jī)動(dòng)航行時(shí)

11、一般十幾秒內(nèi)就可完成換向過程，但在船速較快且不進(jìn)行緊急剎車時(shí)，換向時(shí)間則大為延長(zhǎng)。換向次數(shù)取決于空氣瓶的容積和發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能。換向時(shí)間和換向次數(shù)，以電力傳動(dòng)和調(diào)距槳裝置最佳。 3船舶由前進(jìn)變?yōu)榈购剿璧臅r(shí)間(或滑行的距離) ：由于船舶慣性大，船舶由前進(jìn)變?yōu)楹笸怂璧臅r(shí)間，總是大于發(fā)動(dòng)機(jī)或螺旋槳換向所需要的時(shí)間。船舶開始倒航前滑行的距離主要取決于船舶的初速、排水量、裝置的換向性能和倒車功率。滑行距離不能太大，一般要求貨船不能大于船體長(zhǎng)度的6倍，而客船不得超過4倍。 4發(fā)動(dòng)機(jī)的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速限制區(qū)域：低速柴油機(jī)的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速一般不高于標(biāo)定轉(zhuǎn)速的30，中速機(jī)不高于40，高速機(jī)不高于45，它主要

12、取決于噴油設(shè)備的結(jié)構(gòu)和制造質(zhì)量。在使用轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)如存在引起船體或軸系共振的臨界轉(zhuǎn)速，則規(guī)定為轉(zhuǎn)速禁區(qū)。最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速越低，在使用的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)共振區(qū)越少、越窄，則動(dòng)力裝置的機(jī)動(dòng)性能就越好。四、續(xù)航力：是指船舶不需要補(bǔ)充任何物資(燃油、滑油、淡水等)所能航行的最大距離或最長(zhǎng)時(shí)間。續(xù)航力是根據(jù)船舶的用途和航區(qū)確定的。續(xù)航力不但和動(dòng)力裝置的經(jīng)濟(jì)性、物資儲(chǔ)備量有關(guān)，也和船舶航速有很大關(guān)系。除以上要求外，還要求便于維護(hù)管理，有一定的自動(dòng)化程度，并滿足造船和驗(yàn)船規(guī)范。第二章 船舶柴油機(jī)動(dòng)力裝置 柴油機(jī)是內(nèi)燃機(jī)中的一種，而內(nèi)燃機(jī)又是熱機(jī)的一種。所謂熱機(jī)是指把熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的動(dòng)力機(jī)械。柴油機(jī)、汽油機(jī)、蒸汽輪機(jī)、

13、燃?xì)廨啓C(jī)以及蒸汽機(jī)是熱機(jī)中較典型的機(jī)型。其中，蒸汽機(jī)與蒸汽輪機(jī)同屬外燃機(jī)。汽油機(jī)、柴油機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)同屬內(nèi)燃機(jī)。 柴油機(jī)是一種壓縮發(fā)火的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)。它使用柴油或劣質(zhì)油做燃料，在汽缸內(nèi)與空氣混合形成可燃混合氣，缸內(nèi)燃燒采用壓燃式發(fā)火。第一節(jié) 柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1.固定部件、運(yùn)動(dòng)部件和燃燒室：柴油機(jī)是以燃油作為燃料的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)。在柴油機(jī)中，燃油的燃燒是在機(jī)器的燃燒室內(nèi)進(jìn)行，并把燃料燃燒所產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功。氣缸體、氣缸蓋和活塞等三個(gè)部件組成密閉的燃燒室。柴油機(jī)是一種往復(fù)式機(jī)械，活塞在缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于工作機(jī)械(螺旋槳、發(fā)電機(jī))等通常是以旋轉(zhuǎn)的方式工作的，這就需要將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)變?yōu)檩敵鲚S的旋

14、轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，把活塞從工質(zhì)得來的動(dòng)力傳遞出去。該任務(wù)是由活塞、連桿和曲軸組成的傳遞動(dòng)力組件來完成的。2.輔助裝置和系統(tǒng)：1）起動(dòng)裝置的作用是把柴油機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)到足夠的轉(zhuǎn)速，使汽缸內(nèi)的空氣壓縮后溫度升高到足以使柴油機(jī)發(fā)火燃燒，機(jī)器開始正常運(yùn)轉(zhuǎn)。2）燃油系統(tǒng)則定時(shí)定量地將符合燃燒要求的油供入氣缸。3）為了使廢氣排凈，使新鮮空氣進(jìn)足，由配氣機(jī)構(gòu)定時(shí)地開關(guān)氣閥。4）為了使柴油機(jī)持久而可靠地工作，還需要有潤(rùn)滑系統(tǒng)把滑油供應(yīng)到各個(gè)磨擦面進(jìn)行潤(rùn)滑，并由冷卻系統(tǒng)來降低機(jī)件和滑油的溫度。5）為了提高運(yùn)轉(zhuǎn)的準(zhǔn)確性和可靠性以及操縱的靈活性，一般柴油機(jī)還安裝有調(diào)速器以及各種安全裝置并有專門的操縱機(jī)構(gòu)、換向機(jī)構(gòu)等。 3.

15、常用術(shù)語：1）活塞在氣缸中運(yùn)動(dòng)的最上端位置，也就是活塞離曲軸中心線最遠(yuǎn)的位置，稱之為上止點(diǎn)。2）活塞在汽缸中運(yùn)動(dòng)的最下端位置，也就是活塞離曲軸中心線最近的位置，稱之為下止點(diǎn)。3）活塞從上止點(diǎn)移到下止點(diǎn)的距離稱之為行程，它等于曲軸曲柄半徑的兩倍。4）活塞移動(dòng)一個(gè)行程，相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)180（曲軸轉(zhuǎn)角）。第二節(jié) 柴油機(jī)的工作原理 1.柴油機(jī)的基本工作原理：采用壓縮式發(fā)火使燃料在汽缸內(nèi)燃燒，以高溫高壓的燃?xì)夤べ|(zhì)在汽缸中膨脹推動(dòng)活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，再通過活塞一連桿曲柄機(jī)構(gòu)將往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)械工作。2. 柴油機(jī)的工作循環(huán)：根據(jù)柴油機(jī)的工作特點(diǎn)，燃油在柴油機(jī)汽缸中燃燒必須通過進(jìn)氣、壓縮、

16、燃燒、膨脹和排氣五個(gè)過程的全部熱力循環(huán)過程稱為柴油機(jī)工作過程。3）二沖程或四沖程柴油機(jī)：在柴油機(jī)中可用活塞的兩個(gè)行程或四個(gè)行程來完成柴油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)，相應(yīng)稱為二沖程或四沖程柴油機(jī)。一、四沖程柴油機(jī)的工作原理：圖2-2中的4個(gè)簡(jiǎn)圖分別表示柴油機(jī)工作循環(huán)五個(gè)過程進(jìn)行的情況以及活塞、曲軸、氣閥等部件的有關(guān)動(dòng)作位置。 第一行程進(jìn)氣行程。活塞從上止點(diǎn)下行，進(jìn)氣閥被打開。由于汽缸容積不斷增大，缸內(nèi)壓力下降，依靠大氣與缸內(nèi)的壓差，新鮮空氣經(jīng)氣閥被吸入汽缸。進(jìn)氣閥一般在活塞到達(dá)上止點(diǎn)前提前打開，下止點(diǎn)后延遲關(guān)閉。該進(jìn)氣持續(xù)角用曲軸轉(zhuǎn)角表示約為220250。 第二行程壓縮行程。活塞從下止點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)，自進(jìn)氣閥

17、關(guān)閉開始?jí)嚎s，一直到活塞到達(dá)上止點(diǎn)為止。第一行程吸入的新鮮空氣經(jīng)壓縮后壓力增高到36 MPa，溫度升至600700。在壓縮過程的后期由噴油器噴入氣缸內(nèi)的燃油與高溫空氣混合、加熱、并自行發(fā)火燃燒，過程約持續(xù)140160曲軸轉(zhuǎn)角。 第三行程燃燒和膨脹行程。活塞在上止點(diǎn)附近由于燃油猛烈燃燒，使缸內(nèi)壓力和溫度急劇升高，壓力約達(dá)58 MPa，甚至15 MPa以上，溫度約為14001800或更高。高溫高壓的燃?xì)馀蛎浲苿?dòng)活塞下行做功。由于氣缸容積增大，壓力下降，在上止點(diǎn)后某一時(shí)刻燃燒基本完成。膨脹過程一直到排氣閥開啟時(shí)結(jié)束。膨脹終了時(shí)的缸內(nèi)壓力約為250450 kPa，氣體溫度約為600700。該過程約持續(xù)

18、120140曲軸轉(zhuǎn)角。 第四行程排氣行程。在上一行程末氣閥開啟時(shí)，活塞尚在下行，廢氣靠汽缸內(nèi)外壓差經(jīng)排氣閥排出。當(dāng)活塞由下止點(diǎn)上行時(shí)，廢氣被活塞推出汽缸，此時(shí)的排氣過程是在略高于大氣壓力(約1.051.1 atm)且在壓力基本不變的情況下進(jìn)行的。排氣閥一直延遲到上止點(diǎn)后才關(guān)閉。該過程約持續(xù)230260曲軸轉(zhuǎn)角。 進(jìn)行了以上四個(gè)行程，柴油機(jī)就完成一個(gè)工作循環(huán)。當(dāng)活塞繼續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，又一個(gè)新的工作循環(huán)又按同樣的順序重復(fù)進(jìn)行。四沖程柴油機(jī)每完成一個(gè)工作循環(huán)，曲柄回轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)。每工作循環(huán)中只有第三行程是做功的，其它行程都為第三行程服務(wù)，都需要外界供給能量。柴油機(jī)常做成多缸，這樣進(jìn)氣、壓縮、排氣行程的能量可由正

19、在做功的氣缸供給。如果是單缸柴油機(jī)，那就由較大的飛輪供給。 四沖程柴油機(jī)的進(jìn)、排氣閥啟閉時(shí)刻是在上、下止點(diǎn)的前后某一時(shí)刻。其開啟角都大于180曲柄轉(zhuǎn)角。進(jìn)、排氣閥的啟閉時(shí)刻稱為氣閥正時(shí)。通常氣閥正時(shí)均以上、下止點(diǎn)前后的曲柄轉(zhuǎn)角表示，分別稱為進(jìn)(排)氣閥提前、滯后角。用曲柄轉(zhuǎn)角表示氣閥正時(shí)的圓圖稱為氣閥正時(shí)圓圖。 氣閥提前開啟與延后關(guān)閉目的：是為了將廢氣排除干凈并增加空氣的吸入量，以利于燃油的燃燒，并可減少排氣耗功。在上止點(diǎn)前后進(jìn)氣閥與排氣閥同時(shí)開啟著，這段重疊著的曲柄轉(zhuǎn)角稱為進(jìn)、排氣閥重疊角(亦稱氣閥重疊角)。在氣閥疊開期間，利用廢氣的流動(dòng)慣性，除可避免廢氣倒沖入進(jìn)氣管外，尚可抽吸新鮮空氣進(jìn)入

20、氣缸，并利用壓力差在將新氣吸入氣缸的同時(shí)將燃燒室內(nèi)的廢氣掃出汽缸，實(shí)現(xiàn)所謂的燃燒室掃氣。二、二沖程柴油機(jī)的工作原理：在二沖程柴油機(jī)中，沒有單獨(dú)的進(jìn)氣與排氣過程，其進(jìn)氣與排氣過程幾乎重疊在下止點(diǎn)前后120150內(nèi)同時(shí)進(jìn)行。因此在結(jié)構(gòu)上，二沖程必須采用氣缸下部掃氣口一排氣口，或氣缸下部掃氣口一氣缸蓋上排氣閥的換氣機(jī)構(gòu)，而且必須設(shè)置一個(gè)專門的掃氣泵以提高進(jìn)氣壓力，使進(jìn)氣能從掃氣口進(jìn)入汽缸并將廢氣清掃出汽缸。 圖2-4為一種二沖程柴油機(jī)的工作原理圖。該柴油機(jī)使用特設(shè)的羅茨式掃氣泵，采用掃氣口一排氣口方式換氣。掃氣泵設(shè)在柴油機(jī)的一側(cè)，其轉(zhuǎn)子由柴油機(jī)帶動(dòng)。空氣從泵的吸口吸入，經(jīng)壓縮后儲(chǔ)存在較大容積的掃氣箱

21、d中并保持一定壓力。在柴油機(jī)膨脹行程中，柴油機(jī)活塞下行，先將排氣口打開，缸內(nèi)廢氣經(jīng)排氣口進(jìn)入到排氣管g中。當(dāng)氣缸內(nèi)壓力降低到掃氣壓力時(shí)，活塞下行將掃氣口打開，掃氣空氣由掃氣箱d經(jīng)掃氣口e進(jìn)入氣缸同時(shí)將廢氣排出氣缸，于是進(jìn)氣與排氣同時(shí)進(jìn)行，一直到下止點(diǎn)(點(diǎn)0)，并轉(zhuǎn)而上行把掃氣口關(guān)閉為止。掃氣結(jié)束，活塞繼續(xù)上行把排氣口關(guān)閉。至此，換氣過程全部結(jié)束，而開始進(jìn)行壓縮、燃燒和膨脹過程。這兩個(gè)過程與四沖程機(jī)基本相同。通常，二沖程柴油機(jī)的燃燒和膨脹行程約占90120曲軸轉(zhuǎn)角；換氣過程約占120150曲軸轉(zhuǎn)角；壓縮行程約占120曲軸轉(zhuǎn)角。二沖程機(jī)與四沖程機(jī)比較，在相同的工作條件下，其功率約為四沖程機(jī)的1.6

22、1.7倍，而且其回轉(zhuǎn)也比四沖程機(jī)均勻，但二沖程機(jī)的換氣質(zhì)量比四沖程機(jī)差。第三節(jié) 柴油機(jī)的換氣與增壓一、柴油機(jī)的換氣：柴油機(jī)每完成一個(gè)工作循環(huán)都必須把廢氣排出氣缸，并把新鮮空氣吸入氣缸，從排氣過程、掃氣過程到進(jìn)氣過程結(jié)束的整個(gè)氣體交換過程稱為換氣過程。換氣過程的質(zhì)量將影響柴油機(jī)的功率、經(jīng)濟(jì)性、可靠性以及排氣污染，是柴油機(jī)工作優(yōu)劣的先決條件。 1換氣過程：由于四沖程柴油機(jī)進(jìn)排氣過程是分別在兩個(gè)過程中完成的，新氣與廢氣互不摻混，因而其換氣質(zhì)量較高。而二沖程機(jī)換氣時(shí)間短，換氣與排氣同時(shí)進(jìn)行，新氣與廢氣摻混，換氣質(zhì)量差，缸內(nèi)新氣少，殘留廢氣多。所以二沖程機(jī)對(duì)換氣型式要求較高。二沖程機(jī)常見的換氣形式一般為

23、： (1)簡(jiǎn)單橫流掃氣：如圖2-6(a)，進(jìn)氣口位于汽缸中心線的兩側(cè)，空氣從進(jìn)氣口一側(cè)沿汽缸中心線向上，然后在靠近燃燒室部位回轉(zhuǎn)到排氣口一側(cè)，再沿汽缸中心線向下把廢氣從排氣口清掃出汽缸。(2)回流式掃氣：如圖2-6(b)所示，進(jìn)排氣口在氣缸下部同一側(cè)且進(jìn)氣口在排氣口的上方，進(jìn)氣沿活塞頂面向?qū)?cè)的缸壁流動(dòng)，到氣缸蓋再轉(zhuǎn)向下流動(dòng)，把廢氣從排氣口清掃出氣缸。在船用大型柴油機(jī)中，MAN、KZ型柴油機(jī)為回流式掃氣。(3)半回流掃氣：如圖2-6(c)，進(jìn)氣口布置在排氣口的下方及兩側(cè)，氣流在缸內(nèi)的流動(dòng)特征兼有橫流與回流的特點(diǎn)。某些早期的半回流掃氣形式，在排氣管中裝有回流控制閥。在船用大型柴油機(jī)中sulzer

24、RD，RND，RLA，RLB等型柴油機(jī)均為半回流掃氣形式。(4)直流掃氣：如圖2-6(d)，氣缸下部均布一圈進(jìn)氣口，在氣缸口有一圈排氣閥(16個(gè))。空氣從氣缸下部進(jìn)氣口進(jìn)入氣缸，沿氣缸中心線上行驅(qū)趕廢氣從氣缸蓋上的排氣閥排出氣缸。該掃氣型式使空氣與廢氣不易摻混，掃氣效果較好。同時(shí)排氣閥的啟閉由排氣凸輪控制，不受活塞運(yùn)動(dòng)的限制，所以排氣閥可以與進(jìn)氣閥同時(shí)關(guān)閉。在船用柴油機(jī)中BW、UEC等機(jī)型是傳統(tǒng)的排氣閥掃氣口直流掃氣式柴油機(jī)。現(xiàn)代船用超長(zhǎng)行程柴油機(jī)MANBW MCMCE、sulzer RTA機(jī)型也是排氣閥掃氣口直流掃氣式柴油機(jī)。 2換氣機(jī)構(gòu)：保證柴油機(jī)按規(guī)定順序和時(shí)刻完成進(jìn)、排氣過程的機(jī)構(gòu)稱配

25、氣機(jī)構(gòu)。通常是由氣閥機(jī)構(gòu)、氣閥傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、凸輪軸和凸輪軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成的。二沖程氣口換氣的柴油機(jī)不需用專門的換氣機(jī)構(gòu)，而四沖程柴油機(jī)和二沖程氣口一氣閥式直流掃氣柴油機(jī)則是通過專門的換氣機(jī)構(gòu)來完成的，它是這類型柴油機(jī)的重要組成部分。 四沖程柴油機(jī)曲軸轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)氣閥應(yīng)開關(guān)一次，即要求凸輪軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)。因此，齒輪傳動(dòng)要使曲軸與凸輪軸之間的轉(zhuǎn)速比為2：1。為保證曲軸與凸輪軸之間的“正時(shí)”關(guān)系，防止相對(duì)位置裝錯(cuò)，在傳動(dòng)齒輪上打有互相嚙合的裝配記號(hào)。大型低速二沖程柴油機(jī)因曲軸在凸輪軸之間的距離較遠(yuǎn)，轉(zhuǎn)速低，多采用鏈條傳動(dòng)。二、柴油機(jī)的增壓：隨著生產(chǎn)的發(fā)展，一方面要求柴油機(jī)的功率適應(yīng)增加的負(fù)荷的要求，另一方面又要把柴油

26、機(jī)的重量和尺度限制在一定范圍內(nèi)。為此就要求在單缸容積內(nèi)增加進(jìn)氣量，從而相應(yīng)的多噴入燃油，以提高柴油機(jī)的功率。柴油機(jī)中把用增加進(jìn)氣壓力來提高功率的方法稱之為增壓。為此必須裝設(shè)一個(gè)壓氣泵。如果壓氣泵是由柴油機(jī)帶動(dòng)的，則進(jìn)氣壓力的提高會(huì)使柴油機(jī)消耗于壓力泵的功率增多。一般用這種機(jī)械增壓的壓力不會(huì)超過0.17103kPa。 柴油機(jī)的排氣溫度還很高(約為400500)，約含燃油燃燒所發(fā)出熱量的1/3，而且該能量品質(zhì)較高。如果把廢氣能量充分利用起來，使之用于渦輪增壓器，則渦輪增壓器既可使柴油機(jī)的功率增加，又可提高柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。 將柴油機(jī)排出的廢氣送入渦輪機(jī)中，使渦輪機(jī)高速回轉(zhuǎn)帶動(dòng)離心式壓氣機(jī)工作，從而提

27、高進(jìn)氣壓力以實(shí)現(xiàn)增壓，該方式稱之為廢氣渦輪增壓。廢氣渦輪機(jī)和壓氣機(jī)同稱為廢氣渦輪增壓器。 第四節(jié) 柴油機(jī)的類型和典型結(jié)構(gòu)一、柴油機(jī)的類型：根據(jù)柴油機(jī)所用場(chǎng)合、目的不同，對(duì)其要求也不同，其類型很多。如按工作循環(huán)可分為四沖程和二沖程機(jī)兩類；按是否增壓可分為非增壓和增壓柴油機(jī)等。1直列式和V型柴油機(jī)：船用柴油機(jī)通常均為多缸機(jī)。可滿足功率、機(jī)動(dòng)性、可靠性等多方面的要求。多缸柴油機(jī)的排列可分為直列式、V型、W型等。船用柴油機(jī)多為直列式和V型兩種。具有兩個(gè)或兩個(gè)以上直列缸，并是一列布置的柴油機(jī)稱直列式柴油機(jī)。具有兩個(gè)或兩列汽缸，中心線夾角呈V型，并共用一根曲軸輸出動(dòng)力稱為V型機(jī)。直列機(jī)的缸數(shù)一般不超過12

28、缸，缸數(shù)超過12通常用V型機(jī)，V型機(jī)一般用于中、高速柴油機(jī)。 2高速、中速、低速柴油機(jī)：柴油機(jī)的速度可以用曲軸轉(zhuǎn)速n或活塞平均速度Cm來表示。 低速柴油機(jī) n300 rmin Cm6.07.2ms 中速柴油機(jī) 300n1000 rmin Cm9.014.2ms 中、低速柴油機(jī)一般用作船舶的主機(jī)。高速機(jī)一般用于發(fā)電原動(dòng)機(jī)、救生艇發(fā)動(dòng)機(jī)及應(yīng)急發(fā)電機(jī)、應(yīng)急空壓機(jī)、應(yīng)急消防泵的原動(dòng)機(jī)等。 3筒形活塞式和十字頭式柴油機(jī)：用活塞銷連接活塞與連桿的柴油機(jī)稱筒形活塞式柴油機(jī)；用沿著導(dǎo)板滑動(dòng)的十字頭連接活塞與連桿的柴油機(jī)稱十字頭式柴油機(jī)。十字頭式柴油機(jī)設(shè)有填料函，燃燒產(chǎn)物不易漏入曲柄箱污染滑油，這為十字頭式柴油

29、機(jī)用劣質(zhì)油作燃料燃燒創(chuàng)造了有利條件。但重量和高度較大，且結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜。 4右旋和左旋柴油機(jī)：從柴油機(jī)功率輸出端看，正車時(shí)沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的柴油機(jī)稱右旋機(jī)，一般布置在右舷。從柴油機(jī)功率輸出端看，正車時(shí)沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的柴油機(jī)稱左旋機(jī)，一般布置在左舷。 單臺(tái)布置的柴油機(jī)通常為右旋機(jī)。 5可逆轉(zhuǎn)和不可逆轉(zhuǎn)主機(jī)：可由操縱機(jī)構(gòu)改變自身轉(zhuǎn)向的柴油機(jī)稱可逆轉(zhuǎn)柴油機(jī)。曲軸僅能按同一方向旋轉(zhuǎn)的柴油機(jī)稱不可逆轉(zhuǎn)主機(jī)。二、船舶柴油機(jī)型號(hào)：每種柴油機(jī)都有自己的代號(hào)，稱為型號(hào)。下面介紹幾種主要的型號(hào)： 1我國(guó)國(guó)產(chǎn)柴油機(jī)型號(hào)：(1)低速柴油機(jī)： 例： 6 E S D Z 4 38 2 B，其代號(hào)含意為： 氣缸數(shù) 二沖程

30、十字頭式可倒轉(zhuǎn) 增壓 缸徑(cm)行程(cm) 改進(jìn)序號(hào)(2)中、小型柴油機(jī)型號(hào)： 例： 8 E 3 5 0 Z C D，其代號(hào)含意為：氣缸數(shù) 二沖程 缸徑(mm) 增壓 船用 可倒轉(zhuǎn)2sulzer柴油機(jī)：主要有RD、RND、RNDM、RLA、RLB、RTA、RTAM等產(chǎn)品。例 ：6 R T A 8 4 M，其代號(hào)的含義為：氣缸數(shù) 焊接線構(gòu)、二沖程、十字頭式 超長(zhǎng)沖程直流 掃氣機(jī)型發(fā)展序號(hào) 、氣缸直徑(cm) 改進(jìn)代號(hào)3，MAN低速柴油機(jī)：例： K 9 Z 6 01 0 5 E，其代號(hào)的含義為：十字頭式氣缸數(shù) 二沖程，單作用 缸徑(cm)行程(cm) 改進(jìn)代號(hào)4BW船用柴油機(jī)：例： 1 2 8

31、 4 V T 2 B F-1 8 0，其代號(hào)的含義為：氣缸數(shù) 缸徑(cm) 二沖程、單作用、十字頭式 設(shè)計(jì)特征 船用 行程(cm) 5MAN-BW船用柴油機(jī)：例： 5 L(S)6 0 MCMCE，其代號(hào)的含義為：氣缸數(shù) 長(zhǎng)沖程 （超長(zhǎng)沖程） 缸徑(cm) 二沖程、十字頭、定壓增壓強(qiáng)化 經(jīng)濟(jì)型6，三菱船用柴油機(jī)：例： 8 U E C 8 51 8 0 D，其代號(hào)的含義為：氣缸數(shù) 直流掃氣 廢氣渦輪增壓 十字頭式缸徑(cm)行程(cm) 系列號(hào)第五節(jié) 柴油機(jī)的工作系統(tǒng)一、燃油系統(tǒng)：功用：為保證船舶的正常營(yíng)運(yùn)，為主機(jī)、輔機(jī)和鍋爐等提供足夠數(shù)量并合乎質(zhì)量要求的燃油。 1油的選擇：1）燃油的粘度和凝點(diǎn)：

32、燃油一般以油的粘度進(jìn)行分類。粘度是表示燃油流動(dòng)時(shí)的內(nèi)部阻力。粘度的大小可以用絕對(duì)粘度和相對(duì)粘度來表示。前者表示內(nèi)摩擦系數(shù)的絕對(duì)值，后者是在某一條件下的相對(duì)值。屬于絕對(duì)粘度的有運(yùn)動(dòng)粘度和動(dòng)力粘度，屬于相對(duì)粘度的有恩氏、雷氏、賽氏粘度。動(dòng)力粘度表示面積為1 cm2、相距為1 cm的兩個(gè)流體薄層，以1 cms的速度作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)該流體所產(chǎn)生的阻力的達(dá)因數(shù)，單位為泊(h)，1h的1用厘泊(cpa)表示。運(yùn)動(dòng)粘度是動(dòng)力粘度與密度的比值，一般用St表示，或用其1即cst表示。恩氏粘度是在某一測(cè)定溫度下，從恩氏粘度計(jì)流出200cm3油所需時(shí)間與20時(shí)同體積蒸餾水從該粘度計(jì)流出所需時(shí)間的比值，用符號(hào)Et表示。雷

33、氏粘度為某一油品在100(37.8)時(shí)，從雷氏粘度計(jì)中流出50cm3所需的時(shí)間，單位為秒(s)。雷氏粘度又有雷氏1號(hào)(Red N01)和雷氏2號(hào)(Red N02)兩種。賽氏粘度為某一油品在100時(shí)，從賽氏粘度計(jì)中流出60cm3所需的時(shí)間，單位為秒(s)。 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織規(guī)定50時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度為通用粘度。但航運(yùn)界常用雷氏1號(hào)粘度。大型低速機(jī)合適的進(jìn)機(jī)粘度一般為1025cst或60110s(Red NO1)。2）燃油的種類和牌號(hào)：我國(guó)船舶柴油機(jī)所用燃油基本上有三種：輕柴油、重柴油、重質(zhì)燃料油三種。輕柴油：10、0、10、20、35五個(gè)牌號(hào)，它們都是以油的凝點(diǎn)為牌號(hào)的，如35號(hào)輕柴油其凝固點(diǎn)為35；重

34、柴油：10、20、30三個(gè)牌號(hào)，也是以凝點(diǎn)的數(shù)值為牌號(hào)的，如20號(hào)重柴油的凝點(diǎn)是20；燃料油：20、60、100、200四個(gè)品種，是以80時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度為代號(hào)分類的。在國(guó)際船用燃料油市場(chǎng)上，常把燃油分成以下四類：船用輕柴油(Marine Gas Oil)：相當(dāng)于國(guó)產(chǎn)35號(hào)輕柴油；船用柴油(Marine Diesel Oil)：其粘度相當(dāng)于國(guó)產(chǎn)20號(hào)重柴油，但質(zhì)量要好些，特別是其凝點(diǎn)較低；中間燃料油(Intermediate Fuel Oil)：相當(dāng)于我國(guó)的內(nèi)燃機(jī)燃料油，其粘度一般在200300s(雷氏粘度)；船用燃料油(Marine Fuel Oil)：它為石油蒸餾剩余的渣油，粘度多在3500s

35、以上。3）應(yīng)用： 救生艇發(fā)動(dòng)機(jī)和應(yīng)急發(fā)電機(jī)要選用輕柴油， 發(fā)電柴油機(jī)多選用重柴油，但現(xiàn)在新型發(fā)電柴油機(jī)也可用與主機(jī)相同的燃料油。 船用主機(jī)一般用內(nèi)燃機(jī)燃料油，船用主鍋爐可以使用船用燃料油，亦即渣油。 2燃油系統(tǒng)：一般由燃油注入、貯存、駁運(yùn)、凈化和供給五個(gè)基本環(huán)節(jié)組成。 二、潤(rùn)滑系統(tǒng)：通常是由曲柄箱強(qiáng)制潤(rùn)滑系統(tǒng)、增壓器潤(rùn)滑系統(tǒng)、氣缸潤(rùn)滑系統(tǒng)等組成。 1增壓器潤(rùn)滑系統(tǒng)：增壓器使用汽輪機(jī)油潤(rùn)滑，其潤(rùn)滑系統(tǒng)通常有兩種潤(rùn)滑方式：一種是自身封閉式潤(rùn)滑(不需要另設(shè)潤(rùn)滑系統(tǒng))；一種是重力一強(qiáng)制混合潤(rùn)滑系統(tǒng)。 2汽缸油潤(rùn)滑系統(tǒng)：1）十字頭式柴油機(jī)：汽缸注油潤(rùn)滑使用專用的潤(rùn)滑系統(tǒng)及設(shè)備(氣缸注油器、注油接頭)，把

36、氣缸油經(jīng)缸壁上的注油孔(一般均布812個(gè))噴注到汽缸壁表面進(jìn)行潤(rùn)滑；其注油量可控，噴出的氣缸油不予回收，國(guó)外稱“一次過潤(rùn)滑”(once-through)。2）在某些中速筒型活塞柴油機(jī)中，氣缸潤(rùn)滑除采用飛濺潤(rùn)滑方式外，還采用注油潤(rùn)滑作為汽缸潤(rùn)滑的輔助措施。3.曲柄箱油潤(rùn)滑系統(tǒng)：曲柄箱滑油系統(tǒng)按照發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)構(gòu)不同有濕油底殼式、干油底殼式兩種。1）濕油底殼式的滑油存放在發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼內(nèi)，借助滑油泵把滑油抽吸上來，經(jīng)滑油冷卻器后送至各潤(rùn)滑部件，然后借助重力回流入曲柄箱的油底殼內(nèi)。這種系統(tǒng)設(shè)備少，無需另設(shè)滑油循環(huán)柜，滑油變質(zhì)后可以全部更換，多用于小型船舶主機(jī)和海船發(fā)電機(jī)之中，其缺點(diǎn)是潤(rùn)滑會(huì)受到高溫燃?xì)獾淖饔?/p>

37、而容易變質(zhì)。2）干油底殼式潤(rùn)滑是專設(shè)的滑油循環(huán)柜存放滑油，改善了滑油的工作條件，這種系統(tǒng)多用于大、中型船舶主機(jī)中。三、冷卻系統(tǒng)：為了使受高溫燃?xì)夂湍Σ磷饔玫牟考３址€(wěn)定的工作性能，必須對(duì)它們進(jìn)行冷卻。冷卻系統(tǒng)的任務(wù)就是把冷卻介質(zhì)送到受熱的部件，將多余的熱量帶走。對(duì)冷卻系統(tǒng)的基本要求：確保供給足量、連續(xù)和適宜的冷卻介質(zhì)，工作安全可靠，便于維護(hù)管理和經(jīng)濟(jì)耐用。根據(jù)工作特點(diǎn)的不同，冷卻系統(tǒng)可分為以下三種： 1開式冷卻系統(tǒng)：開式冷卻系統(tǒng)的設(shè)備和管路少，維護(hù)管理方便，水源豐富，是船上應(yīng)用最早的冷卻方式，但由于冷卻介質(zhì)為舷外水，水質(zhì)和水溫變化較大，易使冷卻水腔積垢，并且使被冷卻部件內(nèi)外溫差過大，柴油機(jī)效率

38、低，可能出現(xiàn)裂紋、漏水等嚴(yán)重事故。所以該種冷卻方式主要用于某些小型柴油機(jī)的冷卻，以及對(duì)冷卻液要求不高和對(duì)水質(zhì)要求不嚴(yán)格的設(shè)備。 2閉式冷卻系統(tǒng)：系統(tǒng)中主機(jī)的冷卻介質(zhì)是淡水。柴油機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，淡水經(jīng)缸套冷卻水泵和進(jìn)水總管進(jìn)入主機(jī)，冷卻后經(jīng)除氣、穩(wěn)壓和節(jié)流由排出總管排出，最后經(jīng)殼管式冷卻器又回到汽缸冷卻水泵。通過淡水不停地循環(huán)，把主機(jī)需要散出的熱量帶出，在冷卻器中傳給海水，由海水帶至舷外。膨脹水柜的作用：使水受熱后有膨脹的余地、補(bǔ)水、放氣、投藥處理及保證淡水泵有足夠的壓頭等作用。為滿足備車時(shí)的需要，系統(tǒng)中設(shè)有預(yù)熱泵和加熱器。船上柴油副機(jī)有自己獨(dú)立的淡水冷卻系統(tǒng)，在大多數(shù)船上它與主機(jī)的缸套水系統(tǒng)之

39、間設(shè)腰接閥而互相連通。當(dāng)主機(jī)完車之后，轉(zhuǎn)換腰接閥，使副機(jī)的循環(huán)淡水對(duì)主機(jī)進(jìn)行預(yù)熱，以便于下次起動(dòng)。為利用余熱，可將部分缸套水引入造水機(jī)，以加熱淡水，使海水在一定真空下蒸發(fā)、冷凝制成淡水。 3集中式冷卻系統(tǒng)：閉式冷卻系統(tǒng)由于克服了開式冷卻系統(tǒng)的水質(zhì)差和溫度受外界環(huán)境影響大的弊病，因此在船上得到廣泛應(yīng)用。但在該種冷卻方式中，除了眾多的冷卻器用海水冷卻外，也還有一些其它設(shè)備直接用海水冷卻，使不少設(shè)備部件和管路仍暴露于海水的腐蝕之下，為此從60年代起又發(fā)展了集中式冷卻系統(tǒng)。集中式冷卻系統(tǒng)幾乎所有設(shè)備都用淡水冷卻，而淡水吸收的熱量則在中央冷卻器中傳給海水。用于中央冷卻器的海水系統(tǒng)，只包括海水泵、過濾器、

40、閥件和長(zhǎng)度極短的海水管路。該種冷卻方式優(yōu)點(diǎn)：使系統(tǒng)的設(shè)備、管路、閥件受腐蝕減少，整個(gè)系統(tǒng)的維修工作量大為減少。但系統(tǒng)常采用板式熱交換器，這種熱交換器常采用鈦金屬板，使得投資費(fèi)用增加，對(duì)維修技術(shù)的要求較高。第六節(jié) 柴油機(jī)的操縱系統(tǒng) 船舶的航行狀況經(jīng)常發(fā)生變化，例如：進(jìn)出港和靠離碼頭，要求船舶多次改變航速和航向；在海洋中要求定速航行；在大風(fēng)浪中，由于船舶阻力增大，為防止主機(jī)超負(fù)荷，應(yīng)限制主機(jī)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速；在緊急情況下，應(yīng)能緊急剎車，強(qiáng)迫主機(jī)停車和倒轉(zhuǎn)。因此要求船舶主機(jī)應(yīng)具有起動(dòng)和停車、定速和變速、超速和限速、超負(fù)荷和限制負(fù)荷、正車和倒車的能力。為滿足這些功能，而設(shè)置的起動(dòng)、換向和調(diào)速裝置稱之為柴油

41、機(jī)的操縱機(jī)構(gòu)。一、起動(dòng)裝置：柴油機(jī)是一種壓縮發(fā)火式內(nèi)燃機(jī)，必須保證在壓縮終了時(shí)的溫度和壓力保持一定值，因此必須保證柴油機(jī)有一定的起動(dòng)轉(zhuǎn)速，通常稱柴油機(jī)起動(dòng)所要求的最低轉(zhuǎn)速為起動(dòng)轉(zhuǎn)速。柴油機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)速的范圍一般是：高速柴油機(jī)：80150 rmin；中速柴油機(jī)：6070 rmin；低速柴油機(jī)：2530 rmin。柴油機(jī)起動(dòng)方式可分為：人力手搖起動(dòng)、電動(dòng)起動(dòng)、壓縮空氣起動(dòng)三種。通常，小型柴油機(jī)和救生艇發(fā)動(dòng)機(jī)采用手搖或電動(dòng)起動(dòng)，船舶主機(jī)和柴油發(fā)電機(jī)幾乎全部采用壓縮空氣起動(dòng)。 二、換向裝置：要使船舶從前進(jìn)變?yōu)楹笸?或相反)，既可靠改變槳的轉(zhuǎn)向來實(shí)現(xiàn)，也可靠改變槳的螺距角使推力發(fā)生變化(稱為調(diào)距槳)來實(shí)現(xiàn)。

42、目前，多數(shù)船舶使用前者實(shí)現(xiàn)航向的改變，在這種方式中，可通過軸系上的換向裝置來完成(間接傳動(dòng)方式)，也可通過主機(jī)的換向來完成。大型低速柴油機(jī)多采用后者。 要使柴油機(jī)換向，應(yīng)先停車，然后使柴油機(jī)反向起動(dòng)起來，因此必須改變噴油正時(shí)、排氣閥正時(shí)，以滿足反向起動(dòng)和反向運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)正時(shí)的要求。上述正時(shí)均由凸輪控制，從前而改變空氣分配器、噴油泵和進(jìn)、排氣閥等凸輪與曲軸的相對(duì)位置。為改變柴油機(jī)的轉(zhuǎn)向而改變各種凸輪相對(duì)于曲軸位置的機(jī)構(gòu)稱之為換向裝置。 三、調(diào)速裝置：柴油機(jī)的不同轉(zhuǎn)速和功率是通過改變每一循環(huán)的噴油量來完成的，在一定的外負(fù)荷條件下，若供給柴油機(jī)一定的燃油量，使柴油機(jī)的功率與外界負(fù)荷相平衡，柴油機(jī)就在某一轉(zhuǎn)

43、速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，船用柴油機(jī)的外界負(fù)荷是經(jīng)常變動(dòng)的，欲使柴油機(jī)的功率與新的外界負(fù)荷相適應(yīng)，就應(yīng)及時(shí)改變噴油量。通常噴油量的改變是通過調(diào)速裝置來完成的。 1. 船舶發(fā)電柴油機(jī)：要求在外界負(fù)荷變化時(shí)能保持恒定的轉(zhuǎn)速，以保持發(fā)電機(jī)的電壓和頻率恒定，滿足并車及供電需要。若負(fù)荷減少而噴油量不變，則柴油機(jī)和功率大于外界負(fù)荷使轉(zhuǎn)速升高，轉(zhuǎn)速上升又進(jìn)一步增大了功率的不平衡，使轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高而導(dǎo)致飛車。反之，若外界負(fù)荷增大，最終會(huì)導(dǎo)致停車。因此必須裝設(shè)定速調(diào)速器，以保證在外界負(fù)荷變化時(shí)能保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。 2.船舶主機(jī)：與發(fā)電柴油機(jī)不同，若外負(fù)荷增大而噴油量不變，則主機(jī)會(huì)減速，槳的功耗下降穩(wěn)定在一個(gè)新的功率平衡點(diǎn)上；反之

44、，若外界負(fù)荷減小而噴油量不變，則會(huì)穩(wěn)定在一個(gè)較高轉(zhuǎn)速的新平衡點(diǎn)上。故船舶主機(jī)有自平衡能力。如不需主機(jī)轉(zhuǎn)速恒定，可無需裝調(diào)速器。但為了在某些特殊情況下(如槳露出水面、斷軸、掉槳)的安全，我國(guó)規(guī)定必須裝設(shè)極限調(diào)速器。對(duì)于長(zhǎng)航線船舶，為避免海況變化使得柴油機(jī)工況不穩(wěn)定，必須裝設(shè)調(diào)速器。1）按照轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍可分為：(1)極限調(diào)速器：只有當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速超過極限時(shí)才起作用。目前已很少單獨(dú)在船上使用。(2)定速調(diào)速器：保持柴油機(jī)轉(zhuǎn)速恒定。(3)全制式調(diào)速器：可任意選定轉(zhuǎn)速，并保持該轉(zhuǎn)速恒定，廣泛應(yīng)用于船舶主機(jī)和發(fā)電柴油機(jī)中。(4)雙制式調(diào)速器：有兩個(gè)轉(zhuǎn)速控制點(diǎn)，能改善柴油機(jī)的怠速工況的穩(wěn)定性和限制最高轉(zhuǎn)速。2

45、）按結(jié)構(gòu)原理可分為：(1)機(jī)械式調(diào)速器：一般用于中、小功率柴油機(jī)上；(2)液壓調(diào)速器：一般用于大、中型柴油機(jī)上。3）超速保護(hù)裝置：船舶柴油機(jī)除了要裝設(shè)調(diào)速器外，為防止調(diào)速器損壞時(shí) 造成柴油機(jī)的損害，還要裝設(shè)超速保護(hù)裝置。我國(guó)規(guī)定：凡功率超過220kW以上的船舶柴油機(jī)和發(fā)電柴油機(jī)應(yīng)裝設(shè)此設(shè)備，以防止主機(jī)轉(zhuǎn)速超過120標(biāo)定轉(zhuǎn)速和柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過115標(biāo)定轉(zhuǎn)速。該裝置必須與調(diào)速器分開設(shè)立并獨(dú)立運(yùn)行，只有在轉(zhuǎn)速超過規(guī)定時(shí)才起作用。 四、操縱系統(tǒng)：是將起動(dòng)、換向、調(diào)速等裝置聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體并可以集中控制柴油機(jī)的機(jī)構(gòu)。操縱系統(tǒng)按操縱方式可分為：(1)機(jī)旁手動(dòng)操縱：操作臺(tái)設(shè)在機(jī)旁。(2)機(jī)艙集控室控制：在機(jī)

46、艙的適當(dāng)部位設(shè)置專用的控制室。(3)駕駛室遙控：在駕駛臺(tái)由駕駛員直接控制柴油機(jī)。 機(jī)旁手動(dòng)操縱是操縱系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其優(yōu)先級(jí)最高，亦即切換至機(jī)旁手動(dòng)操縱時(shí)，其它兩種操縱方式不起作用。其次為機(jī)艙集中室控制，最后是駕駛室控制。第七節(jié) 柴油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性 柴油機(jī)的特性反映出柴油機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和使用性能，是柴油機(jī)的固有特性。由于柴油機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合和工作條件的不同，其性能指標(biāo)和工作參數(shù)有很大差異。一、柴油機(jī)的速度特性：指將噴油泵油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定在某一位置上，然后改變柴油機(jī)的負(fù)荷，使柴油機(jī)轉(zhuǎn)速變化，在這種條件下測(cè)得的柴油機(jī)主要性能指標(biāo)和工作參數(shù)隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。 根據(jù)噴油泵的油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定位置不同，亦即每循環(huán)

47、供油量不同，柴油機(jī)的速度特性可分為：全負(fù)荷速度特性、超負(fù)荷速度特性、部分負(fù)荷速度特性。1）全負(fù)荷速度特性：測(cè)定時(shí)，柴油機(jī)先開空車，逐漸增速，再通過測(cè)功器逐漸增大負(fù)荷，同時(shí)通過調(diào)速器增加供油量，使柴油機(jī)在標(biāo)定轉(zhuǎn)速下發(fā)出標(biāo)定功率和標(biāo)定轉(zhuǎn)矩。然后將油門固定，逐次增加柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速和降低轉(zhuǎn)速，使柴油機(jī)在最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速和標(biāo)定轉(zhuǎn)速之間的各個(gè)不同轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)出其在各轉(zhuǎn)速下的性能參數(shù)，由此可以整理出以轉(zhuǎn)速為橫坐標(biāo)各性能參數(shù)為縱坐標(biāo)的全負(fù)荷速度特性。如圖中曲線3所示。2）超負(fù)荷速度特性：測(cè)定方法是把油門固定于產(chǎn)生110標(biāo)定功率的油門上，所測(cè)出的性能曲線。如圖中曲線2所示。3）部分負(fù)荷速度特性：如果把油門固定于比

48、標(biāo)定功率油量小的各個(gè)位置上，通過上述方法所測(cè)得的曲線稱為部分負(fù)荷速度特性。由于油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定的位置不同，可測(cè)得若干條柴油機(jī)部分負(fù)荷速度特性曲線。如圖中曲線5和6所示。 作為船舶推進(jìn)柴油機(jī)在實(shí)際使用時(shí)，考慮到航行條件和船舶污染情況，為保證主機(jī)在各種運(yùn)轉(zhuǎn)條件下均能長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，主機(jī)都留有適當(dāng)?shù)墓β蕛?chǔ)備，即船上實(shí)際使用的最大功率要低于標(biāo)定功率一定值。此時(shí)實(shí)際的全負(fù)荷速度特性線應(yīng)按圖中的曲線4考慮。二、柴油機(jī)的推進(jìn)特性：在船舶推進(jìn)系統(tǒng)中，船、機(jī)、槳三者之間處于同一系統(tǒng)中，組成一個(gè)統(tǒng)一的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，主機(jī)發(fā)出的功率和轉(zhuǎn)矩應(yīng)與槳得到的功率和扭矩相同(不計(jì)及傳動(dòng)損失)。槳所得到的功率則用來克

49、服船舶阻力，使船舶保持一定的速度航行。 因?yàn)闃璧墓β逝c轉(zhuǎn)速的三次方成正比，主機(jī)帶動(dòng)螺旋槳工作，就必須滿足槳的功率要求。根據(jù)主機(jī)的功率與槳所需的功率相等的原則，主機(jī)的功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系也是三次方的關(guān)系。柴油機(jī)按槳特性工作時(shí)，各性能指標(biāo)和工作參數(shù)隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律，稱為柴油機(jī)的推進(jìn)特性。三、柴油機(jī)的限制特性：柴油機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中，如果因某個(gè)零件或部件發(fā)生故障而停車，則必然會(huì)危機(jī)船舶的航行安全。為此對(duì)柴油機(jī)的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷都應(yīng)有一定的限制，即要防止超功率也要防止超扭矩；即要防止超轉(zhuǎn)速也要防止超溫度。 限制特性是指限制柴油機(jī)在各種轉(zhuǎn)速下的最大有效功率，使柴油機(jī)的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷不超出為保證它可靠工作而規(guī)定

50、的允許范圍。限制特性是速度特性的一種。 實(shí)際常用的限制特性有：(1)等轉(zhuǎn)矩限制特性：一般低速機(jī)和中速柴油機(jī)常以轉(zhuǎn)矩作為限制參數(shù)來建立轉(zhuǎn)矩限制特性。在等轉(zhuǎn)矩的情況下，功率與轉(zhuǎn)速成正比。如圖2-30中直線7所示。(2)等排溫限制特性：為限制柴油機(jī)的熱負(fù)荷，可以用柴油機(jī)的等平均排溫曲線作為限制特性。 第八節(jié) 柴油機(jī)的主要工作指標(biāo) 柴油機(jī)的性能通常可以從動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)轉(zhuǎn)性(冷車起動(dòng)、排氣污染等)、可靠性和耐久性等方面加以衡量，而這里主要是從動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性來考慮。動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)可以分為指示指標(biāo)和有效指標(biāo)兩類。1）指示指標(biāo)：是以汽缸內(nèi)示功圖所表示的工作循環(huán)指示功為基礎(chǔ)的，只考慮缸內(nèi)燃燒不完全及傳熱

51、等損失，而未考慮各運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦損失。該指標(biāo)主要用來評(píng)定缸內(nèi)工作循環(huán)的完善程度。2）有效指標(biāo)：是以在輸出軸上所得到的有效功為基礎(chǔ)，既考慮了熱損失也考慮了機(jī)械損失，它是評(píng)定柴油機(jī)工作性能的最終指標(biāo)。一、指示指標(biāo) 1平均指示壓力：平均指示壓力pi表示一個(gè)工作循環(huán)中單位汽缸容積的作功能力。pi值大，說明汽缸作功能力大，工作循環(huán)比較完善。 在船舶實(shí)踐中，可以通過由示功器測(cè)得的少p-V示功圖進(jìn)行計(jì)算得出柴油機(jī)作功能力的大小。如所得示功圖面積為，f(mm2)，長(zhǎng)度為L(zhǎng)(mm)，平均高度為hif/L(mm)，則平均指示壓力 pi=hiM (MPa) 式中：M示功彈簧比例，mmMPa。 2指示功率：假設(shè)每個(gè)

52、汽缸每個(gè)工作循環(huán)的指示功為：Wi= pi Vh ,則一個(gè)汽缸的指示功為：Wi = pi Vh m n/60 (N.ms) 整臺(tái)機(jī)的指示功率為：Pi pi Vh m n i/60000 (kw)式中：pi平均指示壓力，Pa或Nm2； Vh汽缸工作容積，m3； N柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，rmin； M每轉(zhuǎn)工作行程數(shù)，四沖程機(jī)m l2，二沖程機(jī)m =1； i汽缸數(shù)。對(duì)于既定的柴油機(jī)，Vh、m為定值，令 Vh m6000C 則： Pi Cpini (kW) 3指示熱效率和指示油耗率：柴油機(jī)的指示熱效率為指示功的熱當(dāng)量與消耗的燃料熱量的比值，即： i Wi/QXR 3600 pi/GfHu式中：Wi指示功，J； Q

53、XR加入汽缸的總熱量，J； Gf 柴油機(jī)每小時(shí)油耗量，kgh； Hu所用燃料的低發(fā)熱值，kJkg；Pi指示功率，kWo 指示油耗率以1kW指示功率每小時(shí)消耗的燃油量來表示，即： gi Gf/ Pi 則： i 3600/ gi Hu二、有效指標(biāo) 1有效功率和機(jī)械效率：從柴油機(jī)曲軸飛輪端傳出的功率稱為有效功率，用Pe表示。也可以說用指示功率減去機(jī)械損失功率Pm即為有效功率，即： PePiPm 機(jī)械損失功率包括摩擦損失功率、帶動(dòng)輔助機(jī)械消耗的功率、進(jìn)排氣過程的泵氣損失(只存在于增壓四沖程機(jī)中)。 機(jī)械效率m是有效功率與指示功率之比，即： mPe/PiPPm/Pi1 Pm/Pi 機(jī)械效率m取決于：設(shè)計(jì)

54、制造質(zhì)量、柴油機(jī)負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、滑油溫度、水溫等。 2有效燃油消耗率和有效熱效率：有效油耗率是指每1kW有效功率每小時(shí)所消耗的燃油量，即： ge= Gf/ Pe 或ge= gi /m kg(kWh) 有效熱效率是指曲軸有效功與所消耗的熱量之比，即： e We/ QXR Wi/ QXRWe/ Wiim e 3600/ geHu3平均有效壓力：是指柴油機(jī)每一工作循環(huán)每單位汽缸工作容積所作的有效功。仿照指示壓力的公式，可以算得：pe=Pe/cni 或 pepim 同樣，平均機(jī)械損失壓力Pm也可以寫成為：pm=Pm/cni， 則平均有效壓力可寫成：pe=pi-pm 。 三、其它常用參數(shù)：1最高爆發(fā)壓力：燃

55、燒過程中汽缸內(nèi)工質(zhì)的最高壓力稱最高爆發(fā)壓力pz。它是引起柴油機(jī)周期性機(jī)械負(fù)荷的主要外力，會(huì)引起各部件的應(yīng)力和變形，造成疲勞損壞、磨損和振動(dòng)。2排氣溫度：非增壓柴油機(jī)的排氣溫度是指廢氣管內(nèi)的排氣溫度，增壓柴油機(jī)的排氣溫度是指汽缸蓋排氣道出口處廢氣的平均溫度，用tr表示。3活塞平均速度：在曲軸一轉(zhuǎn)兩個(gè)行程中活塞運(yùn)動(dòng)速度的平均值稱活塞平均速度Cm。即： Cm = 2Sn60 = Sn30 (m/s)。 4行程缸徑比：行程缸徑比(SD)是柴油機(jī)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)之一。它對(duì)柴油機(jī)的重量及尺寸、機(jī)械負(fù)荷、熱負(fù)荷、振動(dòng)性能等都有重大的影響。 第九節(jié) 柴油機(jī)的運(yùn)行管理一、備車： 開航前的備車是技術(shù)管理的重要環(huán)節(jié)之

56、一，任何船舶都應(yīng)有這個(gè)過程。其目的是保證船舶動(dòng)力裝置處于隨時(shí)可起動(dòng)和運(yùn)行狀況。備車時(shí)間一般在0.56 h之間。其基本內(nèi)容包括校對(duì)時(shí)鐘、車鐘、對(duì)舵、暖機(jī)、各系統(tǒng)準(zhǔn)備、轉(zhuǎn)車、沖車和試車等。 1暖機(jī)：1）暖機(jī)：是指預(yù)先加熱柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)及燃油系統(tǒng)，并開啟各泵來提高機(jī)體溫度和向各運(yùn)動(dòng)件摩擦表面供應(yīng)滑油的過程。2）目的：在于減少由于起動(dòng)后溫度突變而使得部件產(chǎn)生的熱應(yīng)力，并可改善柴油機(jī)的起動(dòng)性能和發(fā)火性能，減少汽缸內(nèi)的低溫腐蝕等。 2，各系統(tǒng)的準(zhǔn)備：為保證柴油機(jī)能夠正常運(yùn)行，各工作系統(tǒng)如滑油、冷卻水、燃油、壓縮空氣等均應(yīng)處于正常工作狀態(tài)。 3，轉(zhuǎn)車、沖車和試車：以上工作準(zhǔn)備完畢后，通常在開航前1530min進(jìn)行轉(zhuǎn)車、沖車和試車。進(jìn)行前，應(yīng)征得駕駛員同意，駕駛員檢查船首、船尾情況，確認(rèn)正常后，才可通知機(jī)艙沖、試車。轉(zhuǎn)車：是利用盤車機(jī)將主機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)幾圈。目的是檢查各運(yùn)動(dòng)部件和軸系的回轉(zhuǎn)情況及缸內(nèi)有無大量積水。沖車：在轉(zhuǎn)動(dòng)確認(rèn)正常后要脫開盤車機(jī)，利用壓縮空氣對(duì)主機(jī)進(jìn)行起動(dòng)操作。其目的是利用壓縮空氣將缸內(nèi)小雜質(zhì)、殘水和積油從示功閥沖出，從而檢查起動(dòng)系統(tǒng)工作是否正常。試車：沖車正常后關(guān)閉示功閥，正、倒車交替起動(dòng)、供油發(fā)火，各運(yùn)轉(zhuǎn)幾轉(zhuǎn)。其目的是檢查起動(dòng)、換向、燃油系統(tǒng)、油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及調(diào)速器等是否正常。并檢