船舶主机、副机讲义教案

1、精品第二章 船舶主机第一节 船舶柴油机概述在船舶动力机械中，船舶柴油机是最为重要的机械设备。船舶柴油机工作状态的好坏，直接关系到船舶的平安性和经济性。正确的操纵、保养船舶柴油机，是轮机管理人员最为重要的工作。一、柴油机与动力机械机械设备通常可分为动力机械和工作机械两大类。动力机械是将其它形式的能量，如热能、电能、风能等转化为机械能，而工作机械那么是利用机械能来完成所需的工作。把热能转换成机械能的动力机械称之为热机。热机是最重要的动力机械，蒸汽机、蒸汽轮机以及柴油机、汽油气油机等都是热机中较典型的机型。热机在工作过程中需要完成两次能量转化过程。第一次能量转化过程是将燃料的化学能通过燃烧转化为热能

2、，第二次能量转化过程是将热能通过工质膨胀转化为机械能。如果两次能量转化过程是在同一机械设备的内部完成的，那么称之为内燃机，汽油机、柴油机以及燃气轮机都属于内燃机。动力机械的运动机构根本上有两种运动形式，一种为往复式，一种为回转式。在往复式发动机中，工质的膨胀做功是通过活塞的往复运动实现的；而回转式发动机那么是利用高速流动的工质在工作叶轮内膨胀，推动叶轮转动而工作的。柴油机是以柴油或劣质燃料油为燃料，压缩发火的往复式内燃机。为了使燃料获得燃烧所需的空气，柴油机就必须具有进气过程。在柴油机中，燃油不是靠外界火源点燃的，而是在高温条件下自行发火燃烧的，所以进入气缸的空气还必须到达足够高的温度。这是通

3、过压缩过程实现的。在压缩终点，将雾化的燃油喷入高温高压的空气中，就能发火燃烧。燃油燃烧后放出的大量热能，使燃气的温度和压力急剧升高，推动活塞膨胀做功，产生动力。膨胀终了时，气体失去做功能力，成为废气排出气缸。总之，燃油在柴油机气缸中燃烧做功，必须通过进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程才能实现，这五个过程称为柴油机的根本工作过程，进行了这五个过程就完成了一个工作循环，接着又重复进行下一个工作循环。二、柴油机在船舶上的应用柴油机是一种利用燃油的能量做功的动力机械，因其热效率高经济性好，在各种工业部门得到广泛地应用。发电厂采用柴油机发电，汽车用柴油机作为发动机，以及一些工程设备使用柴油机作为动力机

4、械。在船舶上，目前所使用的动力机械主要是柴油机，称之为船舶柴油机。驱动螺旋桨、为船舶提供动力的柴油机，称之为船舶主机，是机舱最重要的动力机械；驱动发电机为船舶提供电力的柴油机，称之为发电柴油机，即副机。此外，应急发电机原动机、救生艇艇机均为柴油机，应急消防泵、应急空压机的原动机也都有采用柴油机的。柴油机是机舱机械设备的心脏。船舶在大洋中各种复杂海况下航行，经常会遭遇大风浪，船舶的平安性直接取决于为船舶提供动力的柴油机的可靠性。船舶又是一个营运单位，其中一项主要营运本钱就是燃料费用，柴油机运转状况的好坏决定着船舶营运本钱的多少，柴油机又关系到船舶营运经济性。对船用柴油机即主副机的管理工作，是轮机

5、人员日常工作的重中之重，船舶柴油机是轮机管理学科的一门重要学科，对柴油机的认识学习是轮机管理专业学生见习及以后专业课学习的重要内容。三、柴油机的根本结构1柴油机的根本结构柴油机按照结构的不同，分为筒形活塞式柴油机和十字头式柴油机。图2-1a为筒形活塞的示意图。主要组成局部包括活塞、气缸、连杆和曲轴。燃料在气缸内部燃烧，燃气膨胀产生力作用在活塞顶，推动活塞下行，活塞通过活塞销与连杆联接，连杆将活塞力传递给曲轴，曲轴驱动机械设备对外做功。活塞是往复运动，曲轴回转运动，连杆左右摆动。 图2-1b所示为十字头式柴油机。它的活塞设有活塞杆，通过十字头与连杆相连接，并在气缸下部设中隔板将气缸与曲轴箱隔开。

6、图2-1 筒形活塞式和十字头式柴油机简图图2-2 气缸容积 2柴油机的根本结构参数柴油机的根本结构参数如下，如图2-2所示(1)上止点(TDC)：活塞在气缸中运动的最上端位置，也就是活塞离曲轴中心线最远的位置。(2)下止点(BDC)：活塞在气缸中运动的最下端位置，也就是活塞离曲轴中心线最近的位置。(3)行程(S)：指活塞从上止点移动到下止点间的直线距离。它等于曲轴曲柄半径R的两倍(S2R)。活塞移动一个行程，相当于曲轴转动180°CA(曲轴转角)。(4)缸径(D)：气缸的内径。 四、柴油机工作原理柴油机按工作循环可分为四冲程柴油机和二冲程机两类。柴油机的一个工作循环包括进气、压缩、燃

7、烧、膨胀、排气五个过程，四冲程柴油机是曲轴转两转，也就是活塞运动四个行程完成一个工作循环，而二冲程柴油机是曲轴转一转，也就是活塞运动两个行程完成一个工作循环。1四冲程柴油机工作原理 图2-3中所示的四个简图分别表示四个活塞行程的进行情况以及活塞、曲轴、气阀等部件的有关动作位置。图2-3四冲程柴油机工作原理第一行程进气行程，空气进入气缸时相应的活塞行程。活塞从上止点下行，进气阀a翻开。由于气缸容积不断增大，缸内压力下降，依靠气缸内与大气的压差，新鲜空气经进气阀被吸入气缸。进气阀一般在活塞到达上止点前即提前翻开(曲柄位于点1)，下止点后延迟关闭(曲柄位于点2)。曲轴转角 (图中阴影线所占的角度)表

8、示进气持续角，约为220250。第二行程压缩行程，工质在气缸内被压缩时相应的活塞行程。活塞从下止点向上运动，自进气阀a关闭(点2)才开始压缩，一直到上止点(点3)为止。第一行程吸入的新气经压缩后，压力增高到3 MPa6 MPa，温度升高到600 700 (燃油的自燃温度为210270。压缩终点的压力和温度分别用符号和表示。在压缩过程的后期由喷油器(c)喷入气缸的燃油，与高温空气混合、加热，并自行发火燃烧。曲轴转角表示压缩过程，约为140160。第三行程燃烧和膨胀行程，工质在气缸内燃烧膨胀时相应的活塞行程。活塞在上止点附近，由于燃油强烈燃烧，使气缸内的压力和温度急剧上升，压力约到达5MPa8MP

9、a,甚至高达15MPa以上。温度约为14001800 或更高。燃烧的最高温度和压力分别用z和z表示。高温高压的燃气工质膨胀推动活塞下行做功。由于气缸容积逐渐增大，压力下降，在上止点后某一时刻(点4)燃烧根本完成。膨胀过程一直到排气阀b开启时结束，膨胀终了时的气缸内气体压力pb约为250 kPa450kPa, 气体温度tb约为600 700 。与进气阀相似，排气阀b是在下止点前开启点5的。 曲轴转角表示燃烧和膨胀过程。第四行程排气行程，废气从气缸内排出时相应的活塞行程。在上一行程末，排气阀b开启时活塞尚在下行，废气靠气缸内外压力差经排气阀排出。当活塞由下止点上行时，废气被活塞推出气缸，此时的排气

10、过程是在略高于大气压力(约1.05至1.1大气压)且在压力根本不变的情况下进行的。排气阀一直延迟到上止点后(点6)才关闭。曲轴转角表示排气持续角，约为230260。进行了上述的四个行程，柴油机就完成了一个工作循环。当活塞继续运动时，另一个新的循环又按同样的顺序重复进行。图2-4气阀正时圆图四冲程柴油机每完成一个工作循环，曲轴要回转两转(720°曲轴转角)。每个工作循环中只有第三行程(膨胀行程)是作功的，其它三个行程都是为膨胀行程效劳的，都需要外界供给能量。柴油机常做成多缸的，这样，进气、压缩、排气行程的能量可由其它正在作功的气缸供给。如果是单缸柴油机，那就由较大的飞轮供给。图2-4下

11、方的图表示出一个工作循环内气缸中气体压力随活塞位移(即气缸容积)而变化的情形。工作循环各过程线的综合，就构成了四冲程柴油机的示功图。在过程进行时，气缸内气体的压力和容积是同时变化的。示功图可用来研究柴油机工作过程进行的情况，也可用来计算柴油机一个工作循环的指示功。2二冲程柴油机工作原理活塞在两个行程内完成一个工作循环的柴油机叫做二冲程柴油机。1柴油机实现二冲程工作循环的条件在四冲程柴油机中新气的吸入与废气的排出是靠活塞的抽吸与推挤作用完成的。在二冲程柴油机中取消了单独的进气与排气行程，其进气与排气过程几乎重叠在下止点前后约120内同时进行，也就是用新气驱赶废气，这一过程称之为扫气。为了保证扫气

12、过程的进行，二冲程柴油机必须在气缸套下部开设气口，而且还必须提高进气压力，使进气能从扫气口进入气缸并将废气扫出气缸。提高进气压力可以由机械驱动的扫气泵或由废气涡轮驱动的增压器来实现。2二冲程柴油机的工作过程目前，船用二冲程低速柴油机都采用废气涡轮增压的方式提高进气压力，图2-5所示为一种具有废气涡轮增压的二冲程柴油机工作原理图。它的工作过程如下：新气通过气缸下部的进气口a进入气缸，而废气那么通过气缸盖上的排气阀b排出气缸。在进、排气管道上分别安装了离心式压气机e和废气涡轮机d(两者组合成废气涡轮增压器)，废气涡轮从废气中获得能量而带动压气机一起转动。新鲜空气那么从大气通过吸入口f吸入压气机，经

13、压缩后压力和温度升高，然后由管g经冷却器k冷却后导入扫气箱i，准备进入气缸。当活塞下行还没有翻开进气口a之前，排气阀b首先被气阀机构翻开(曲柄在点1)，废气大量排出气缸，并经排气阀和排气管j进入废气涡轮d中。当活塞继续下行使气缸内的压力降低到接近于增压压力时，活塞将扫气口a翻开(曲柄在点2)，等待在扫气口外边的增压空气即进入气缸，并把废气扫出。当活塞运动到下止点并转向上行时，扫气口a被关闭(曲柄在点3)，接着排气阀关闭(曲柄在点4)，换气过程结束，而开始进行压缩、燃烧和膨胀过程。图2-5 废气涡轮增压二冲程柴油机工作原理图3二冲程柴油机的换气型式在二冲程柴油机中，目前普遍采用气口气阀直流扫气，

14、如图2-6所示： 图2-6 排气阀扫气口直流扫气示意图 气缸下部均布一圈进气口，在气缸盖上有排气阀。空气从气缸下部进气口端进入气缸，沿气缸中心线上行驱赶废气从气缸盖上的排气阀排出气缸。如图2-13所示。显然，气流在缸内的流动方向是自下而上的直线流动。进气口在纵向(与气缸轴线成角度)和横向(与气缸半径成角度)两个方向有倾斜角，使扫气空气进入气缸后有向上和绕气缸轴线旋转的运动。这一旋转的气流形成“气垫，使空气与废气不易掺混，扫气效果较好。同时排气阀的启闭由排气凸轮控制不受活塞运动的限制，所以排气阀可以与进气口同时关闭，也可以提早关闭，现代船用二冲程柴油机大都采用排气阀扫气口直流扫气形式。第二节 柴

15、油机的结构及主要部件柴油机的主要部件是指燃烧室部件(活塞、气缸、气缸盖)、曲柄连杆机构(十字头、连杆、曲轴和轴承)、机架、机座和贯穿螺栓等部件。这些部件构成柴油机的主体，它们工作得好坏不但直接影响柴油机的技术性能指标，而且还和平安航行密切相关。统计说明，船用柴油机主要部件发生的故障占柴油机故障总数的90%左右，其中燃烧室部件故障约占故障总数的50%。因此，轮机管理人员应该深入了解主要部件，这是降低柴油机故障发生率的重要一环。一、柴油机的根本组成船舶柴油机的结构比拟复杂，它是由许多机构和系统组成。尽管各种柴油机的结构、型号各异，但从工作原理和总体结构上那么有很多共同之处。柴油机主要由以下机构和系

16、统组成。1主要固定件柴油机的主要固定件由机座、机架、气缸和气缸盖等组成，对于中小型柴油机常将气缸体和机架做成一体称为机体，并省去机座代之以轻便的油底壳。它们构成了柴油机的骨架，支撑运动件和辅助系统。2主要运动件柴油机的主要运动件由活塞、连杆组件及曲轴组成，对于大型低速柴油机还有十字头组件。活塞与气缸及气缸盖构成燃烧室，保证柴油机工作过程的进行，同时通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的回转运动，使燃气推动活塞的动力通过曲轴以回转的方式向外输出。3配气机构及换气系统配气机构由进排气阀、气阀传动机构、凸轮轴及凸轮轴传动机构组成。进排气系统由空气滤器、进排气管和消音器组成，对于增压柴油机还有增压器及空冷

17、器。它们的作用是按照工作循环的需要，定时地向气缸内供给充足、清洁的新鲜空气，并将燃烧后的废气排出气缸。4燃油系统燃油系统由燃油供给系统和燃油喷射系统组成。燃油供给系统是把符合使用要求的燃油畅通无阻地输送到喷油泵入口端。该系统通常由加装和测量、贮存、驳运、净化处理、供给五个根本环节组成。燃油喷射系统由喷油泵、喷油器和高压油管组成，其作用是定时、定量地向燃烧室内喷入雾化良好燃油，保证燃烧过程的进行。5润滑系统润滑系统的作用是将清洁的润滑油送至柴油机的各运动件磨擦外表，起到减磨、冷却、清洁、密封和防锈作用，保证柴油机的正常工作。对于大型低速柴油机通常由气缸注油系统和曲轴箱油系统两局部组成，而对于中小

18、型柴油机只有曲轴箱油系统，也称之为机油系统。6冷却系统冷却系统由泵、冷却器和温控器等组成。船舶柴油机通常以淡水和滑油为冷却剂在机内流动，将受热零部件所吸收的热传导出去，保证零部件有正常的工作温度。而淡水和滑油本身被海水冷却。起动系统是借助于外力带动曲轴回转，并使其到达一定的转速，实现柴油机的第一次着火燃烧，由静止转入工作状态。柴油机的操纵系统是为了满足船舶机动操作的要求，设置的使起动、换向和调速装置各种装置联合动作的操纵机构。二 、育鲲轮主机简介船舶柴油机主要采用二冲程十字头式柴油机和四冲程筒型柴油机。随着柴油机的开展，MAN B&W 公司生产的MC系列柴油机和Wärtsil

19、ä瑞士公司生产的SULZER RTA系列柴油机已成为二冲程十字头式柴油机市场的主导产品，而Wärtsilä, MAN B&W, Mak等公司的产品那么在四冲程中速柴油机市场占主导地位。育鲲轮主机为MAN B&W公司2006年生产的6S35MC型柴油机，是一种不可倒转的二冲程十字头式柴油机。6S35MC是柴油机的型号，各代号含义为：6气缸数；S超长行程；35缸径cm；MC二冲程、十字头式、定压增压强化柴油机。主机额定转速为173r/min，额定功率4440kw，长宽高约为5235×2200×6473mm，重量约为40吨。主机驱动变

20、距桨，由螺旋桨变距改变柴油机推力方向，主机为不可倒转式柴油机。以下各节在介绍二冲程柴油机时，将以育鲲轮主机即MAN B&W6S35MC型柴油机为例，介绍其结构部件及为其效劳的系统。三、燃烧室部件图2-7 二冲程柴油机燃烧室燃烧室部件是柴油机中最重要的部件，包括活塞组件、气缸盖组件和气缸组件。当活塞处在上止点时，由气缸盖底面、气缸套内外表及活塞顶共同组成的燃料与空气混合和燃烧的这一空间称燃烧室。如图2-7所示为二冲程柴油机燃烧室部件。柴油机的工作主要是在燃烧室内完成的。活塞是柴油机中的关键部件，可分为十字头式活塞和筒形活塞两大类。它即是燃烧室部件的组成局部，又与连杆、曲轴等部件组成运动机

21、构。活塞的主要作用是在保证密封的情况下完成压缩和膨胀过程，并将气体力经连杆传递给曲轴。在筒形活塞式柴油机中，活塞承受侧推力，起着滑块的作用。在二冲程柴油机中活塞还启闭气口，控制换气。气缸是柴油机的主要固定部件之一，是燃烧室部件中的主体。柴油机的工作循环是在气缸的工作空间里进行，活塞在气缸内部往复运动。在筒形活塞式柴油机中气缸起导承作用，承受活塞的侧推力。二冲程柴油机的气缸要开气口，布置气道。有些十字头式柴油机还把气缸下部空间做扫气泵空间用。此外，有的柴油机在气缸的外部还安装扫气箱、排气管、凸轮箱和增压器等。气缸盖是燃烧室的上盖。除和气缸套、活塞共同组成燃烧室外，在它上面还要安装各种阀件。这些阀

22、件有喷油器、气缸起动阀、示功阀、平安阀、排气阀。1活塞十字头式柴油机活塞由活塞头、活塞裙、活塞环、活塞杆和活塞冷却机构组成。图2-8为6S35型柴油机活塞。活塞主要由活塞头和活塞裙两局部组成。活塞头用螺栓固定在活塞杆的顶部，活塞裙由螺栓固定在活塞头上。由于活塞头部与燃气接触，承受高温和高压，活塞裙部与气缸套接触，产生摩擦和磨损，为了合理使用材料和方便制造，活塞头和活塞裙分别用耐热合金钢和耐磨铸铁制造。活塞头的顶部呈下凹形，利于燃油和空气混合。活塞头的侧面有四道镀铬的活塞环槽，构成活塞环带，以装配活塞环密封燃烧室。第一道环是压力释放环，为重叠搭口，其上有六个释压槽，可以使第一、二道环承受的气体压

23、力和受热更加均匀。由于第一道环承受的气体压力较高，环的高度比第二、三道环高。第二、三、四道环为斜搭口，活塞头的顶部环槽用于吊缸时安装起吊工具。活塞裙为圆筒状。因十字头式活塞不受侧推力的作用，对于直流扫气柴油机，活塞裙做得较短。图2-8 6S35MC型柴油机活塞1、2、3、4-第1至第4道活塞环；5-活塞头；6-冷却油管；7-活塞杆；8-密封圈9、10、11、12-螺栓；13-锁丝；14-活塞裙；15-活塞杆填料函；16-填料函法兰活塞杆由锻钢制造，外表经硬化处理。活塞杆的底部与十字头连接，并由十字头上的凹槽定位。活塞杆用四个螺栓与十字头固紧。活塞采用滑油冷却，在空心活塞杆顶端固定着滑油管。冷却

24、油由固定在十字头上的套管供入，经十字头与活塞杆底部的钻孔进入活塞杆中的滑油管内部，再进活塞头的冷却油腔，通过活塞头支撑局部的油孔到达外部环型油腔，冷却活塞后经滑油管外的环形空间和十字头流出。在十字头式柴油机的气缸套下部均装设横隔板把气缸套下部空间(通常为扫气空间)与曲轴箱隔开。此时在活塞杆穿过横隔板处设有活塞杆填料函。它的作用是防止扫气空气和气缸漏下来污油、污物漏入曲轴箱，以免加热和污染曲轴箱滑油，腐蚀曲轴与连杆等部件。同时也防止曲轴箱中的滑油溅落到活塞杆上而带到扫气箱中，污染扫气空气。活塞杆填料函主要由两组填料环组成，其上组为密封、刮油环；下组为刮油环。2气缸图2-9 MAN B&W

25、 S-MC和S-MC-C型柴油机的气缸结构图A-扫气口；B-扫气通道；C-检修通道；W-冷却水入口如图2-9所示，右侧为MAN B&W S-MC柴油机气缸，左侧为S-MC-C型S-MC型柴油机的紧凑型柴油机的气缸。这两种机型的气缸由铸铁制造的单体式气缸体和气缸套组成。气缸体由贯穿螺栓固定到机架上平面上，在气缸体的上部开有大尺寸的中心孔，孔中插入气缸套。气缸体下部有底板将气缸和曲轴箱隔开，气缸体下部形成扫气空间。底板上的孔中装活塞杆填料函。气缸体在左右方向上设有通道B和C。通道C平时由盖板盖住，在检修时翻开，使轮机人员很容易接近活塞杆填料函、扫气口等部位，可对填料函、缸套内外表、活塞及活

26、塞环等进行检查，并对气口和活塞下部空间进行清洁。通道B和扫气箱相连，在活塞翻开扫气口A时进行气缸扫气。在气缸体上部安装固定气缸盖的螺栓。6S35MC型柴油机气缸套如图2-10所示。气缸套通过上部的气缸盖压紧在气缸体上，当气缸套受热时，下部可以自由膨胀。 图2-10 6S35MC型柴油机气缸套1-气缸套；2-水套；3-注油接头；4、5-密封圈；6-清洁环；7-密封垫片；8-clamp9-螺栓；10-冷却水接头气缸套外部设有冷却水套，冷却水直接进入冷却水套，在冷却水套上下两端都设有橡胶圈用于密封冷却水。在气缸套下部外外表的槽内也有橡胶圈，用于给缸套导向和密封扫气空气。在缸套上部通过冷却水接头，将冷

27、却水送至气缸盖。由于气缸套的下部不用冷却，使气缸套中、下部有较高的温度，这对气缸套工况及消除该区域腐蚀磨损有利。在气缸套中部设有注油器接头，其内外表开有润滑油槽保证气缸油的均匀分布。在缸套的最下部是一圈扫气口，由活塞控制启闭。扫气口在水平和垂直方向者有一定的角度用以控制气流使之在进气时形成一定的旋流。在缸套与气缸盖的密封面处设置了一道活塞清洁环，它的直径比气缸套的内径略小，可以除去活塞头第一道活塞环至活塞顶之间的积炭，减少缸套的磨损。活塞头上部积炭，会刮除气缸壁上的润滑油，破坏气缸的润滑，使缸套磨损加剧。3气缸盖图2-11所示为MAN B&W6S35MC型柴油机气缸盖，它为圆形，由锻钢

28、制造。在气缸盖中央设有排气阀孔1，排气阀用四只双头螺栓固紧在气缸盖上。另外气缸盖上还设有气缸起动阀孔5、平安阀与示功阀孔6以及两只喷油器孔4。在气缸盖中钻有许多径向冷却水孔2，在气缸盖底部设冷却水套9，它与气缸盖底部构成冷却水腔8。排气阀装入气缸盖孔1后，排气阀的插入气缸盖局部与孔内壁之间也构成一个冷却水腔。这两个冷却水腔通过钻出的冷却水孔2相沟通。冷却完气缸套的水，通过冷却水套和缸盖冷却水套之间的两个冷却水接头参考图2-10进入冷却腔8。由水腔8进入钻孔2冷却气缸盖底面后，进入阀孔与阀壳间的冷却水腔，以冷却排气阀和阀座。最后由孔3流入排气阀壳的上部冷却腔，冷却排气通道后排至冷却水出口管。 图

29、2-11 6S35MC型柴油机气缸盖1-排气阀孔；2-冷却钻孔；3-垂直孔；4-喷油器孔；5-起动阀孔；6-平安阀与示功阀孔；7-气缸盖螺栓孔；8-冷却水腔；9-冷却水套四、曲柄连杆机构曲柄连杆机构是柴油机的主要运动件，主要包括曲轴和连杆，对于十字头式柴油机还包括十字头组件。 连杆的作用是将作用在活塞上的气体压力和惯性力传给曲轴，并把活塞或十字头与曲轴连接起来，将活塞的往复运动变成曲轴的回转运动。曲轴的主要作用是：把活塞的往复运动通过连杆变成回转运动；把各缸所作的功聚集起来向外输出和带动柴油机的附属设备。在曲轴带动的附属设备中，柴油机的喷油泵、排气阀、起动空气分配器等均因正时的要求，必须由曲轴

30、来驱动。1育鲲轮主机曲轴连杆机构1十字头组件十字头组件是船用二冲程十字头式柴油机的特有部件。它的主要作用是将活塞组件和连杆组件连接起来，把活塞的气体力和惯性力传给连杆，承受侧推力并给活塞在气缸中的运动导向。主要包括十字头本体，十字头滑块和十字头轴承连杆小端轴承等。图2-12 十字头组件示意图1-十字头销；2-滑块；3-正车导板；4-倒车导板；5-导轨；6-垫片；7-螺栓8-十字头轴承；9-托架双滑块结构是目前普遍使用的结构形式，如图2-12所示，在十字头本体上安装两个滑块，每个滑块有正、倒车两个工作面，在机架上对应有四块导板，两块正车导板，两块倒车导板。正车导板为正车的膨胀行程承受侧推力的导板

31、。倒车导板为倒车的膨胀行程承受侧推力的导板。图2-13为6S35MC型柴油机的十字头与连杆结构图，十字头主要由十字头本体1和十字头滑块2组成。十字头有两个滑块，浮动安装在本体两端。十字头本体的中间局部包在十字头轴承内。十字头轴承盖上开有切口，使活塞和十字头本体可安装一起。十字头轴承包括轴承下瓦与轴承上瓦，在钢质瓦背上衬有锡铝白合金，在白合金上有铅、锡、铜合金覆层，最上面是一层极薄的锡层。活塞杆下端落在十字头上，由十字头内的导向管10导向。活塞杆和十字头间插有垫片11，垫片的厚度可根据需要而改变。活塞杆用四支螺丝固定在十字头上。套管12向十字头输送滑油。套管紧固在十字头本体上的托架13上，在十字

32、头带动下往复运动。活塞冷却油的出油管14 紧固在十字头本体上，出油管在机架内设置的开槽的油管dd内滑动，润滑油被导入各缸的控制装置以检查流回曲轴箱油柜的滑油温度和流量。十字头本体中有滑油输送孔，将套管供来的滑油一局部送去冷却活塞，一局部送去润滑十字头轴承和滑块，还有一局部经连杆中钻孔送去润滑曲柄销轴承。滑块滑动外表浇铸有白合金。十字头由机架上的导板导向，由固定在滑块上的导轨3限位。十字头轴承由四个螺栓安装。图2-13 6S35MC柴油机十字头连杆结构图1-十字头本体；2-滑块；3-导轨；4-垫片；5-十字头轴承盖；6-十字头轴承上瓦；7-十字头轴承下瓦；8-双头螺栓；9-液压螺母；10-导向管

33、；11-垫片；12-套管；13-托架；14-出油管；15-连杆；16-曲柄销轴承盖；17-曲柄销轴承上下瓦；18-双头螺栓；19-液压螺母2连杆MAN B&W6S35MC型柴油机连杆的构造由图2所示，连杆由连杆小端、杆身和连杆大端构成。连杆与十字头连接端称之为连杆小端，小端通过轴承盖5、薄壁轴瓦6、7和螺栓8、螺母9与十字头销连接。连杆与曲柄销连接端称之为连杆大端，大端通过轴承盖16、薄壁轴瓦17以及螺栓18螺母19与曲柄销连接。连杆螺栓为柔性螺栓，有较高的疲劳强度，用专用液压工具上紧。连杆杆身有滑油通道，来自十字头的滑油通过杆身滑油通道输送到曲柄销润滑轴承。3曲轴图2-14为MAN

34、B&W 6S35MC型柴油机曲轴。锻钢曲轴由单位曲柄、自由端(首端)和功率输出端(尾端)三局部组成。单位曲柄是曲轴的根本组成局部，由主轴颈、曲柄销和曲柄臂组成自由端法兰用来安装主动链轮，以便通过链条驱动凸轮轴。自由端法兰后为轴向减振器活塞，轴向减振器用来减小曲轴轴向振动。推力环的前后两侧都装有推力块(图中未示出)，以传递螺旋桨的推力和为曲轴轴向定位。这种推力轴和曲轴造为一体，可缩短柴油机长度，使布置更为紧凑。图2-14 6S35MC型柴油机曲轴-自由端；2-轴向减振器活塞；-单位曲柄；-推力环；-功率输出端五、 柴油机的主要固定件柴油机的主要固定件包括机座、机架、气缸、贯穿螺栓和主轴承

35、等。它们构成柴油机的骨架，用来支撑柴油机的运动机构和辅助设备，并形成柴油机的工作和运动空间。1育鲲轮主机主要固定部件在十字头式柴油机中，气缸、机架和机座是分开制造，然后由贯穿螺栓连成一刚性整体。这一刚性整体构成了柴油机的主体局部。1机架机架是柴油机的支架，它与机座形成的曲轴箱空间是柴油机运动件的运动空间。机架为箱形机架。图2-15为MAN B&W S-MC型柴油机机架立体图。箱形机架由上面板5、底板6、横向隔板2和左、右侧板7焊接而成的，它具有结构紧凑、重量轻、刚性好的优点。在机架内设有十字头滑块导板4，用以承受侧推力。在侧板上开有检修通道8，通过它可以检查主轴承、曲轴及连杆大端轴承的

36、工作状态。在机架的反面设有防爆门。由于整个机架为一刚性整体，结合面少，使加工、制造容易，安装简单，也改善了曲轴箱的密封性。图2-15 S-MC型柴油机的机架1.链条传动箱；2。横向隔板；3。滑块导板；4。贯穿螺栓孔；5。上面板；6。底板；7。侧板；8。道门2机座机座是柴油机的根底。它和上面的机架共同组成曲轴箱，也是柴油机装配时的基准件。目前在大型低速柴油机中主要采用的是单壁深型机座。图2-16为MAN B&W6S35MC型柴油机机座立体图，它主要由两侧的纵梁和带铸钢轴承座的横梁焊接而成。每侧纵梁为单层结构，横梁上的焊有铸钢的主轴承座用以支撑曲轴。轴承盖用四个螺栓安装在轴承座上，螺栓液压

37、上紧。轴承座孔在机座中的位置较低，便于给主轴承盖定位。在机座的自由端安装有轴向减振器，用以控制轴系的轴向振动，还设有驱动链条空间用以安装驱动链轮。机座功率输出端有推力轴承空间用以安装推力轴承。机座底部为油底壳，在二缸五缸底部开孔，各部件的润滑油通过开孔从油底壳流入到船体内的滑油循环柜。机座与船体的基座之间垫有环氧树脂或铸铁垫块，并由地脚螺栓固定。垫块用以调节机座上平面的高度和水平度。1-机座；2-轴承盖；3主轴承上瓦；4-主轴承下瓦；5-双头螺栓；6-液压螺母；7-润滑油管；8-横梁；9-纵梁10-轴承座 A-功率输出端 B-自由端图2-16 6S35MC型柴油机机座3贯穿螺栓在十字头式柴油机

38、中，都采用贯穿螺栓把气缸体、机架和机座连在一起。这是因为固定机件的结构比拟复杂，如果在结合面处用短螺栓连接，在拉力作用下，各局部受力很不均匀，难以准确计算。采用贯穿螺栓结构，拉力由贯穿螺栓承当，螺栓的作用力可以准确计算。而且在安装后气缸体、机架与机座三者只受压应力不受拉力，既合理利用材料抗压不抗拉的性能，又提高了柴油机整体的刚度。1-贯穿螺栓；2-液压螺母；3中间环；4-保护帽；5-机座；6-机架；7-气缸体图2-17 6S35MC型柴油机贯穿螺栓图2-17示出MAN B&W6S35MC型柴油机贯穿螺栓。螺栓插在气缸体、机架、机座的贯穿螺栓孔中，上下两端用螺母液压紧固。贯穿螺栓是柴油机

39、中最长最重要的螺栓，为了防止贯穿螺栓横向震动，在机架上面板开孔处安装中间环，保证螺栓与螺栓孔的精密配合。六、育鲲轮主机主轴承和推力轴承 主轴承的作用是支承曲轴，对曲轴径向定位，保证曲轴的工作轴线，使曲轴在转动中以小的摩擦和磨损传递动力。MAN B&W6S35MC柴油机共有9道主轴承。如图2-16所示，主轴承由轴承盖、上下瓦、和紧固螺栓组成。轴瓦为薄壁轴瓦，材料是在钢质瓦背上浇有轴承合金。在机座的横梁上车有轴承座孔，以安放下瓦。四根紧固螺栓螺母液压上紧。轴承盖上安装滑油管，系统滑油通过滑油管向轴承输送滑油，对轴承进行润滑。柴油机运转时，主轴承下瓦受力，因此一般是下轴承瓦产生磨损。为监测主

40、轴承下瓦润滑磨损情况，在主轴承下瓦装有温度传感器，连续监测轴瓦温度，如温度出现异常升高或轴瓦温度偏差大，指示轴承出现故障，主机平安系统会控制主机自动减速或停车。船舶柴油机通过轴(推力轴、中间轴和尾轴)带动螺旋桨旋转。螺旋桨桨叶在旋转时的给水轴向的作用力。而水对螺旋桨桨叶也产生轴向的反作用力。作用在螺旋桨上的轴向力就是使船舶前进的推力(或后退的拉力)。螺旋桨的这个推力(或拉力)通过尾轴、中间轴和推力轴作用到推力轴承上，并经过推力轴承作用到船体上。当推力轴与曲轴直接连接起来时，曲轴还由推力轴承起轴向定位作用。1推力轴承构造图2-18、2-19示出MAN B&W6S35MC柴油机推力轴承的简

41、图及构造图。该机型的推力轴和曲轴锻为一体。推力轴承主要由正车推力块、倒车推力块、推力盘调节圈、止动器和其它一些部件等组成。正倒车推力块各八块，沿圆周方向排列，排成约2/3圆周的扇形面。柴油机正车运转时，螺旋桨的轴向推力通过尾轴和中间轴传到推力环，推力通过正车推力块和环推力盘将推力传给柴油机机座，又通过地角螺栓传给船体，从而推动船舶克服水的阻力前进。为了防止推力块跟随推力环转动，在正、倒车推力块的上方都设有止动器来定位。推力环与推力块之间由滑油润滑，滑油来自滑油系统。滑油由滑油管6进入，通过插入止动器孔中的喷嘴7喷入推力环和推力块之间进行润滑。正车推力块3上插入温度传感器，能够监视推力块温度，如

42、出现异常摩擦，温度过高，主机平安控制系统会控制主机自动减速或停车。图2-18 6S35MC型柴油机推力轴承结构简图1-推力环；2、5-调节圈；3、4-推力块；6、7-止动器 图2-19 6S35MC型柴油机推力轴承构造图1-正车推力块；2-倒车推力块；3-安装温度传感器的正车推力块；4-调节圈5-止动器；6-滑油管；7-滑油喷嘴2推力轴承工作原理推力轴承在正常情况下是在液体动力润滑下工作的。在工作中，如图2-20a所示，推力块2绕支持刃偏转一个小角度，使推力块与推力环3的工作面间形成楔形空间，滑油被推力环带入楔形空间，产生了动力油压。推力环的推力通过动力油压传递到推力块上，再经过支持刃递到调节

43、圈1上。图2-20b中的推力块由支持销1支承。图中示出了推力块工作面上油的流动情况和压力的分布情况。推力增大时，推力块与推力环间的间隙减小，油的动压增加，传递的推力加大。转速过低时，动力油压变小，可能会因油压缺乏产生半液膜润滑。为了防止在这种情况下工作面间发生金属接触，工作面的粗糙度等级要很高，否那么推力轴承很容易发生烧损事故。图2-20 推力块的工作原理1- 调节圈；2-推力块； 3-推力环第三节 燃油喷射系统柴油机的燃油喷射系统是柴油机最重要的系统之一，其主要功能是为柴油机缸内混合气的形成与燃烧提供所需的燃料。它对柴油机的燃烧以及柴油机的动力性、经济性、可靠性、排放特性和起动性能等一系列性

44、能指标具有直接的影响。根据柴油机的压缩发火特点，要完成一次缸内燃烧必须在压缩行程末期把燃油高压喷入气缸并与缸内的新鲜空气混合成可燃混合气内部混合，然后在足够高的压缩温度下发火并燃烧。影响柴油机燃烧的根本因素有：燃油品质和喷射质量、缸内空气数量和运动状态以及压缩温度。在柴油机设计与管理中为保证柴油机具有良好的燃烧质量，均应保证上述因素最正确匹配。一、燃油 1燃油的炼制柴油机的燃油大多由原油炼制而来。原油提炼燃油的工艺主要是蒸馏，其次是热裂化、催化裂化和加氢裂化。蒸馏法是根据石油的不同组分有不同的沸点而在不同的温度下分馏出不同的油品。常压蒸馏(称直馏)在360 370 下进行，先后分馏出汽油、煤油

45、、轻柴油和重柴油。剩下的重油馏分在350以上再送入410下减压蒸馏，并先后分馏出重柴油和润滑油。剩下的渣油称减压渣油，含有高沸点成分及大量胶质和沥青质，可直接作为锅炉燃料油，也可掺合局部柴油作为内燃机燃料油。各种裂化法都是以重馏分即常压蒸镏的重油作为裂化原料，在高温下使大分子裂化为小分子以获取更多的轻质油品。裂化过程剩余的渣油称裂化渣油。常压蒸馏的燃油及裂化产生的轻质油品燃烧质量最好，减压蒸馏的燃油次之，减压渣油及裂化渣油最差，必须与轻质油品混对才能供柴油机使用。2燃油的牌号与选用燃油的命名、牌号等均因国家和石油公司不同而异。我国的柴油机燃油传统上分为轻柴油、重柴油、内燃机燃料油和渣油四类。国

46、外船用燃油根本上分为四类，按通用的商业术语分别为Marine gas oil(或Light Diesel oil)；Marine Diesel oil；Intermediate Fuel oil和Marineresidualfuel oil。分别相当于国产的上述柴油机燃料油。1轻柴油国产轻柴油是由直馏常压蒸馏柴油馏分及二次加工的柴油馏分所制成的。其主要性能及质量指针取决于原油品质与炼制方法。轻柴油以其凝点数值作为柴油的牌号，分为10号、0号、-10号、-20号和-35号五个规格。轻柴油是质量最好、价格最贵的柴油机燃料，在船舶上用作高速柴油主机、高速柴油发电机组、应急设备柴油机和救生艇柴油机等使

47、用的燃油。2重柴油国产重柴油由石蜡基原油炼制而成，凝点相应较高，按凝点数值分为10号、20号和30号等三个牌号。重柴油主要用于中低速柴油机、发电柴油机等。3内燃机燃料油 国产内燃机燃料油是以直馏残渣油或裂化残渣油与二次加工柴油油调合而成，是一种掺混油，供船舶低速柴油机使用，俗称重油。国外此类燃油统称为“中间燃料油Intermediate Fuel oil，由专门的调油厂供给。调油厂根据用户的要求，将炼油厂生产的馏分油、二次加工油与残渣油，按不同比例进行调和。 按照国际标准，重油均以50的运动粘度来区分和命名。常用的重油有120号、180号及380号三种，在50的运动粘度分别为120cst、18

48、0 cst、380 cst。 4渣油 渣油是由减压渣油与二次加工残渣油调合而成的燃料油，目前很少直接使用作为低速柴油机的燃料。育鲲轮主副机燃用0号轻柴油及180号的重油。主机进出港、副机检修换油时燃用轻柴油，正常运行时主副机均燃用重油。应急发电机和救生艇艇机使用20号轻柴油。二、燃油喷射系统 在柴油机中，燃油必须在压缩行程末期通过喷油设备喷入气缸，经雾化、蒸发与空气混合成可燃混合气，才能发火燃烧。研究指出，可燃混合气的形成质量是影响燃油燃烧的重要因素。柴油机是在气缸内部形成混合气，即在活塞接近上止点时，燃油喷射系统将燃油在极短的时间内以高压喷入气缸，喷入气缸内的燃油变成雾状，实现燃油与空气的混

49、合和燃烧。因此，无论是在制造与调整精度，还是在与整机的匹配方面对燃油喷射系统的要求都十分严格。为了保证柴油机在动力性、经济性、排放与噪声等方面到达优良的性能，对其喷射系统有如下要求：1燃油雾化。能产生足够高的喷油压力，以保证燃料良好的雾化混合和燃烧，且燃油油束需与柴油机燃烧室和气流运动相匹配，保证油气混合均匀。图2-21典型的柱塞泵式喷射系统简图1-凸轮；2-滚轮；3-柱塞；4-出油阀；5-出油阀弹簧；6-高压油管；7-喷油器弹簧；8-喷油器；9-针阀；10-喷油孔2油量调节。对每一个柴油机运转工况一定的转速和负荷组成一个工况，精确控制每循环喷入气缸的燃油量，且喷油量能随工况变化而自动变化。在

50、工况不变时，各循环之间的喷油量应当一致。3喷油正时。在柴油机运转工况范围内，尽可能保持最正确的起始喷油时刻、喷油持续时间和喷油规律，以保证良好的燃烧并取得优良的综合性能。 现代柴油机广泛采用柱塞泵式喷射系统，如图2-21所示。这种喷射系统根本组成是高压喷油泵、喷油器及高压油管，称之为泵管嘴系统。柴油机工作时，柱塞3由喷油泵凸轮1又称燃油凸轮经滚轮2驱动。凸轮1固定在凸轮轴上，凸轮轴的转动是由曲轴通过凸轮轴传动机构 (图上未示出)带动的。凸轮按一定时刻顶动滚轮，从而保证了喷射定时要求。柱塞3上行其上端面封闭孔A时，泵腔中的燃油受到压缩；当油压升高到克服弹簧5的弹力和高压油管中的剩余压力时，出油阀

51、4开启，压力油泵入出油阀空间B，此为供油始点，即所谓喷油正时。高压燃油沿高压油管6传递至喷油器8端空间C，当其油压大于喷油器弹簧7的预紧力时针阀向上跳起，高压燃油经喷孔10喷人气缸。当柱塞3下部的斜槽边缘开启油孔A时，泵腔高压燃油经斜槽回油口至进油空间，出油阀相继落座，此为供油终点。此后当空间C的油压低于弹簧7预紧力时，针阀落座，喷油结束。柱塞下行时泵腔内为充油过程。船舶柴油机使用的喷射系统大多属于柱塞泵式直接喷射系统。其主要组成部件是喷油泵与喷油器。喷油泵为柱塞泵，它是喷射系统的核心部件。它的作用除了产生喷射高压外，还有对供油量的定时与定量。其定时供油由凸轮轴上的凸轮安装位置控制，凸轮轴与柴

52、油机曲轴的传动相位确定了整机各喷油泵的供油定时；喷油泵的定量供油取决于柱塞上行时有效供油行程的大小。此有效行程的大小可在柱塞的上行行程中借助于调节机构使一局部燃油回油，流回低压空间加以调节。柱塞式喷油泵的根本组成局部有柱塞与套筒称柱塞偶件、凸轮与滚轮、进油阀和出油阀以及调节机构等。根据调节机构的特点可分为回油孔调节式与回油阀调节式两种喷油泵。育鲲轮主副机油泵均采是回油孔调节式，本文只介绍回油孔调节式喷油泵。1工作原理回油孔调节式喷油泵柱塞与套筒组成一对偶件。柱塞在套筒内由凸轮顶动上下往复运动。当柱塞位于凸轮基圆时位置最低，此时套筒上部进回油孔开启，燃油进入泵腔，见图2-22a。柱塞由凸轮顶动上

53、行，在柱塞顶端未关闭回油孔时，泵腔内燃油经回油孔流回进油空间直到柱塞上部端面刚好关闭回油孔时，泵腔燃油开始受压缩，此即为几何供油始点，如图2-22b所示。柱塞继续上行，当柱塞头部的斜槽翻开回油孔时，柱塞上方的高压燃油经柱塞头部的直槽和环形槽与回油孔相通而流回进油空间，此即为几何供油终点，如图2-22c所示。从供油始点到供油终点柱塞上行的供油行程称为柱塞的有效行程。此后柱塞继续上行至最高位置，燃油一直流回进油空间。柱塞下行时泵腔经回油孔充油。图2-22 柱塞泵工作原理图2循环供油量调节原理图2-23为循环供油量调节过程的原理图。当供油量调节机构的调节齿杆拉动柱塞转动时，柱塞上的螺旋槽与柱塞套油孔

54、之间的相对位置发生变化，从而改变了柱塞的有效行程。当柱塞上的直槽对正柱塞套油孔时，柱塞有效行程为零，这时喷油泵不供油，见图2-23a。按照图中箭头所指示的方向拉动调节齿杆6，那么调节齿圈11按箭头方向转动，柱塞有效行程增加，喷油泵循环供油量增多见图2-23b、c 。如果朝相反方向拉动调节齿杆，那么柱塞有效行程减小，循环供油量减少。图2-23 循环供油量的调节1-柱塞套；2-柱塞；3、5-柱塞套油孔；4-柱塞腔；6-调节齿杆；7-直槽；8-螺旋槽；9-循环供油量容积；10-控制套筒；11-调节齿圈；12-调节齿圈紧固螺钉喷油器的结构和参数决定着喷雾的质量。喷雾油束要与燃烧室形状匹配以利于形成可燃

55、混合气。喷油器头部与高温燃气接触，工作条件极为苛刻。对喷油器的要求主要有：保证良好的雾化质量和合理的油束形状；喷油开始和结束应利落、无滴漏和二次喷射等异常喷射现象。喷油器中的主要部件是针阀偶件，它由针阀和针阀体组成。针阀由弹簧预紧。当作用在喷油器针阀承压锥面上的油压超过喷油器弹簧预紧力时，针阀开启，高压燃油从喷孔中喷入气缸雾化，此燃油压力称启阀压力。当作用在喷油器针阀承压锥面上的油压低于启阀压力时，针阀关闭。喷油器针阀密封座面以下的容积称之为压力室容积。喷油结束时，针阀座关闭，但压力室中存有燃油，且此局部燃油靠高温蒸发在无喷射状态下进入燃烧室内燃烧，燃烧不完全，使经济性、排放指针恶化。因此，压

56、力室容积应尽量小。图2-24 针阀结构示意图a单孔式 b多孔式 c轴针式针阀结构如图4所示。图2-24a为单孔式喷油器针阀，图2-24C为单孔轴针式喷油器针阀。单孔式喷油器因雾化质量较差，油束分布不均，一般只用于对喷射质量要求不高的涡流室式和分隔式燃烧室中。图2-24b为多孔式喷油器针阀，所有开式燃烧室柴油机均采用多孔喷油器。对于强化程度较高的中、低速柴油机，大多使用冷却式喷油嘴。这种喷油嘴在针阀体内部布置有冷却液信道用以冷却，这种冷却方式称为内部冷却。冷却液通常采用淡水或燃油。淡水导热系数大，冷却效果好。用燃油冷却无需专门密封，系统较为简单。目前，新型大中型柴油机普遍采用燃油冷却。三、育鲲轮

57、主机燃油喷射系统及设备MAN B&W6S35型柴油机燃油喷射系统如图2-25所示 图2-25 6S35型柴油机燃油喷射系统图每个气缸安装一同时供油，个高压油泵、两个喷油器。高压油泵从燃油进口管吸入燃油，通过高压油管向两个喷油器喷油器向气缸喷入燃油，供主机燃烧。油泵和喷油器均带有回油管路，回油管均汇总到燃油出口管，出口管连接到燃油单元混油桶。当单缸不工作或主机停止时，来自主机燃油单元的高压燃油流经油泵、喷油器，通过回油管回到燃油单元，能够实现燃油的不停流动循环。这样，当船舶进出港或停泊时，主机都不用换用轻油。燃油进口管及出口管之间，安装背压阀。通过调整背压阀的设定值，使燃油进口压力为7-8bar。进口管末端，装有减震器，起到维持进机燃