船舶柴油机_杨建国_柴油机的结构与主要部件

1、2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件1船舶柴油机Marine diesel engine主讲：余永华Email:2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件2Chapter 2 柴油机的结构和主要部件燃烧室部件(活塞、气缸、气缸盖 ) 支承联接组件 (机座、主轴承、机体 ) 曲柄连杆机构 (连杆组件和曲轴组件 ) 主要固定件 燃油系统 主要运动件 配气机构及换气系统 润滑系统 冷却系统 起动及控制系统 柴柴油油机机结结构构主主要要部部件件2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件3Chapter 2 柴油机的结构和主要部件2.1 柴油机

2、的结构2.2 燃烧室部件2.3 曲柄连杆机构2.4 柴油机的主要固定件2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件42.1 柴油机的结构主要固定件 燃油系统 主要运动件 配气机构及换气系统 润滑系统 冷却系统 起动及控制系统 柴油机基本组成2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件5 MAN B&W Low-speed Warstila R64 Mid-SpeedV型中速船用柴油机 2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件62.1 柴油机的结构n主要固定件气缸套气缸体机架机座主轴承贯穿螺栓气缸体大型低速柴油机中小型柴油机 机座/油底

3、壳主轴承贯穿螺栓机体作用：构成两个工作空间，支承机件和附属设备2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件72.1 柴油机的结构主要固定件 燃油系统 主要运动件 配气机构及换气系统 润滑系统 冷却系统 起动及控制系统 柴油机基本组成2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件82.1 柴油机的结构n主要运动件连杆组成曲轴十字头组件活塞中小型柴油机中小型柴油机大型低速柴油机大型低速柴油机作用：将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。2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件92022-1-14chapter

4、 2 柴油机的结构和主要部件102.1 柴油机的结构主要固定件 燃油系统 主要运动件 配气机构及换气系统 润滑系统 冷却系统 起动及控制系统 柴油机基本组成2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件112.1 柴油机的结构n配气机构及换气系统配气机构：配气机构：进排气阀进排气阀气阀传动机构气阀传动机构凸轮轴凸轮轴凸轮轴传动机构凸轮轴传动机构进排气系统：进排气系统：空气滤器空气滤器进排气管进排气管消音器组成消音器组成1.增压器及空冷器。增压器及空冷器。作用：定时向气缸内供应充足、清洁的新鲜空气，并将燃烧后的废气排出气缸。2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部

5、件122.1 柴油机的结构主要固定件 燃油系统 主要运动件 配气机构及换气系统 润滑系统 冷却系统 起动及控制系统 柴油机基本组成2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件132.1 柴油机的结构n燃油系统由燃油供应系统和燃油喷射系统组成作用：把燃油畅通无阻地输送到喷油泵入口端作用：定时、定量地向燃烧室内喷入雾化良好的燃油2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件142.1 柴油机的结构主要固定件 燃油系统 主要运动件 配气机构及换气系统 润滑系统 冷却系统 起动及控制系统 柴油机基本组成2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件152.1

6、 柴油机的结构n润滑系统作用：将清洁的润滑油送至柴油机的各运动件摩擦表面 对于大型低速二冲程柴油机通常由气缸注油系气缸注油系统统和曲轴箱油系统曲轴箱油系统两部分组成，而对于中小型柴油机只有曲轴箱油系统，也称之为机油系统。2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件16润滑系统2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件172.1 柴油机的结构主要固定件 燃油系统 主要运动件 配气机构及换气系统 润滑系统 冷却系统 起动及控制系统 柴油机基本组成2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件182.1 柴油机的结构n冷却系统淡水/滑油柴油机淡水/滑油

7、海水作用：将受热零部件所吸收的热传导出去2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件19冷却系统2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件202.1 柴油机的结构主要固定件 燃油系统 主要运动件 配气机构及换气系统 润滑系统 冷却系统 起动及控制系统 柴油机基本组成2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件212.1 柴油机的结构n起动及控制系统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。2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件22Chapter 2 柴油机的结构和主要部件2.1 柴

8、油机的结构2.2 燃烧室部件2.3 曲柄连杆机构2.4 柴油机的主要固定件2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件232.2燃烧室部件2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件242.2 燃烧室部件组成：组成：(1)气缸盖(2)气缸（气缸体和气缸套）(3)活塞组件。 它们共同构成密闭的气缸工作空间。是柴油机工质更换、燃气形成和膨胀作功的空间。工作条件：工作条件：高温、高压和腐蚀性燃气的直接、反复作用。2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件252.2 燃烧室组件概述1气缸盖气缸盖气缸盖上一般安装喷油器、排气阀、进气缸盖上一般安装喷油器、

9、排气阀、进气阀、气缸起动阀、示功阀和安全阀气阀、气缸起动阀、示功阀和安全阀,内内部有冷却水腔部有冷却水腔,有时有燃烧室有时有燃烧室. 2气缸气缸筒形活塞式柴油机气缸套起导承作用，筒形活塞式柴油机气缸套起导承作用，承受侧推力承受侧推力,二冲程柴油机的气缸套要开二冲程柴油机的气缸套要开气口气口 3活塞活塞 承受气缸内气体的压力筒状活塞式柴油承受气缸内气体的压力筒状活塞式柴油机中，二冲程柴油机中，还要机中，二冲程柴油机中，还要开启、关开启、关闭气口闭气口2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件262.2燃烧室部件2.2.1 燃烧室部件承受的负荷及结构特点燃烧室部件承受的负荷及结构

10、特点2.2.2 活塞组2.2.3 气缸2.2.4 气缸盖2.2.5 故障与维护管理机械负荷机械负荷热负荷结构特点2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件272.2.1 燃烧室部件承受的负荷及结构特燃烧室部件承受的负荷及结构特点点2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件28n预紧力预紧力n气体压力n往复惯性力机械负荷分析通常将最高通常将最高(爆发爆发)压力压力Pmax作为柴油机机械负荷的主要标志。作为柴油机机械负荷的主要标志。气缸盖气缸盖气缸套2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件29机械负荷分析-安装预紧力n气缸盖的安装应力n 安装

11、力与支承力会产生力矩,从而产生应力n 质量分布不均匀,不对称,实际应力分布很复杂)(2221fdPPPuDDyxMddd2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件30机械负荷分析-安装预紧力n气缸套的安装应力n 由于预紧力和支反力不在一个面内，在截面I-I上产生拉伸、剪切和弯曲1. 安装应力与预紧力成正比zpDP4)0 . 225. 1 (21结论:1安装气缸盖时不应过分紧固，2将缸套凸肩加高，可使缸套安装应力大大减小。2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件31n预紧力n气体压力气体压力n往复惯性力机械负荷分析通常将最高通常将最高(爆发爆发)压力压力Pm

12、ax作为柴油机机械负荷的主要标志。作为柴油机机械负荷的主要标志。气缸盖气缸盖气缸套活塞2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件32气缸盖的受力分析2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件33机械负荷分析-气体压力n气缸盖n 气缸盖工作时的弯矩大于紧固时的弯矩；n 工作时的机械应力大于紧固时的安装应力;1. 由气体压力而产生的机械应力，随气体压力而脉动，又称为脉动应力。与最高燃烧压力成正比。 2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件34n预紧力n气体压力气体压力n往复惯性力机械负荷分析通常将最高通常将最高(爆发爆发)压力压力Pmax作为

13、柴油机机械负荷的主要标志。作为柴油机机械负荷的主要标志。气缸盖气缸套气缸套活塞2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件35气缸套受力分析2222111ztprrrr2222111zrprrrr2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件36机械负荷分析-气体压力n气缸套 气缸套内部承受最高燃烧压力pz的作用，根据材料力学厚壁圆筒的公式，在某一半径r上受到的应力为：切向应力 径向应力式中：r1、r2、r分别为气缸套的内圆半径、外圆半径和缸套壁内所求应力点的半径。2222111ztprrrr2222111zrprrrr2022-1-14chapter 2 柴油机

14、的结构和主要部件37n预紧力n气体压力气体压力n往复惯性力机械负荷分析通常将最高通常将最高(爆发爆发)压力压力Pmax作为柴油机机械负荷的主要标志。作为柴油机机械负荷的主要标志。气缸盖气缸套活塞活塞2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件38机械负荷分析-气体压力n活塞 22uzRp活塞顶板上、下表面受到的弯曲应力 uR 1、柴油机尺寸增大2、增加顶板厚度u但导致热应力增加但导致热应力增加3、解决方法：薄壁强背结构结论：燃烧室部件中由气体压力而产生的机械应力都和最高爆发压力成正比，因此柴油机在运转中不要使燃烧压力过高，以免机械应力过大。 2022-1-14chapter 2

15、 柴油机的结构和主要部件39机械负荷分析总结n 安装预紧力引起的机械负荷安装预紧力引起的机械负荷n 气缸盖的安装应力 n 气缸套的安装应力 n 气体压力引起的负荷气体压力引起的负荷 n 气缸盖n 气缸套n 活塞通常将最高通常将最高(爆发爆发)压力压力Pmax作为柴油机机械负荷的主要标志。作为柴油机机械负荷的主要标志。2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件402.2燃烧室部件2.2.1 燃烧室部件承受的负荷及结构特点燃烧室部件承受的负荷及结构特点2.2.2 活塞组2.2.3 气缸2.2.4 气缸盖2.2.5 故障与维护管理机械负荷热负荷热负荷结构特点2022-1-14cha

16、pter 2 柴油机的结构和主要部件41热负荷分析-热负荷的表示方法 热负荷是指柴油机的燃烧室部件承受温度、热流量及热应力的强烈程度。n热负荷可用单位时间内单位面积上的热流量热流密度q来表示；n利用受热部件中温度分布图，可以从这个角度准确地表示和评定热负荷；n热负荷还可用热应力大小来表示。通常用柴油机的排气温度来判断热负荷的高低 2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件42热负荷分析-热应力由温差作用形成的应力称热应力。n活塞顶板的热应力分析：上顶板为压应力，下顶板为拉应力。n热应力与热流密度、顶板厚度、材料的膨胀系数、材料的弹性系数成正比，而与材料热传导系数成反比。121

17、112E qE为了把热应力保持在原有的水平上，要尽量减少顶板的厚度而采用薄壁结构2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件43热负荷分析-热应力由温差作用形成的应力称热应力。n气缸套的热应力分析：与温差t成正比。内表面因膨胀受到外表面的阻碍而产生压应力，外表面因受到内表面的拉伸作用而产生拉应力n气缸盖底板的热应力：气缸盖底板由于受到燃气的高温作用也会产生热应力。活塞顶板上热应力的简化分析相同. 2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件44热负荷分析-热疲劳燃烧室部件在交变的热应力作用下出现的破坏现象称热疲劳。n热疲劳与柴油机的累计转数并无多大关系，主要取决于机器的起动运行停车的循环次数。n热疲劳产生的裂纹多数在触火面上形成和发展，以致造成损坏。 2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件452.2燃烧室部件2.2.1 燃烧室部件承受的负荷及结构特点燃烧室部件承受的负荷及结构特点2.2.2 活塞组2.2.3 气缸2.2.4 气缸盖2.2.5 故障与维护管理机械负荷热负荷结构特点结构特点2022-1-14chapter 2 柴油机的结构和主要部件46燃烧室部件的结构特点1、机械应力与热应力的相互矛盾解决方法薄壁强背2、当代新型超长行程柴油机燃烧室大多采用钻孔冷却结构。 2022-1-14chapter 2 柴油