《船舶柴油机》问答及计算题CH1-12

PAGE1PAGE1第一章柴油机的基本知识试综述热机的分类。答：按照热机二次能量转换(化学能——热能——机械能)的特点，热机又可分为外燃机和内燃机。外燃机，[燃料的燃烧发生在气缸外部(锅炉)并利用某种中间工质(蒸汽)在气缸内膨胀作功。]往复式：蒸汽机回转式：蒸汽轮机[由于在外燃机中热能需经过中间工质传递，必然存在热损失。所以，它的热效率不高，而且装置笨重。]内燃机，[燃料的燃烧发生在气缸内部并直接利用燃烧产物(燃气)在缸内膨胀(例如推动活塞)对外作功，即所谓在气缸内发生二次能量转变。]根据使用燃料和工作方式的不同可大致分为：往复式：ａ）汽油机：[汽油机是一种(电)点火往复式内燃机，利用汽油做燃料在气缸外通过化油器形成汽油蒸气与空气混合(称外部混合)，此种混合气在缸内经适度压缩后在上止点附近由电火花塞点火燃烧；]ｂ）柴油机：[柴油机是一种压缩发火的往复式内燃机，它使用挥发性较差的柴油或其他劣质燃油做燃料，采用内部混合法(燃油与空气在缸内压缩终点混合)形成可燃混合气，并依靠缸内的压缩高温自行发火燃烧(称压缩发火)。因此柴油机在内燃机中具有最高的热效率(压缩比高)，并允许作为船舶动力装置(燃料的火灾危险性小)。]回转式ａ）燃气轮机：[燃气轮机是一种高速回转的内燃机，它的最大优点是装置轻便，重量体积最小，最适于航空或舰船加速时使用的(辅助)动力机械。][相对而言，内燃机的热效率较高且装置轻便，机动性较好。]试综述内燃机的理论循环。答：内燃机有三种理论循环：容加热循环(亦称奥托循环)；等压加热循环(亦称狄塞尔循环)；合加热循环(亦称萨巴特循环)。理论循环的应用油机基本按等容加热循环工作；早期柴油机(空气喷射式)按等压加热循环工作；现代柴油机(机械喷射式)基本按混合加热循环工作；现代高增压船用新型柴油机(采用限制最高爆发压力工作)有向等压加热循环过渡的趋势；而废气涡轮增压柴油机的理论循环是继续膨胀混合加热循环。试综述柴油机实际循环与理论循环的差异。答：柴油机的实际循环存在着许多不可避免的损失，使它不可能达到理论循环的热效率ηt和平均压力pt。一般地说，两者之间的差异如下：一．工质的影响理论循环中的工质是理想气体，而实际循环中的工质是空气和燃烧产物，所以产生如下影响：1)工质成分的变化。[燃烧前的工质是新鲜空气和上一循环残留在压缩容积里的燃烧气体的混合物；燃烧后，工质成为燃烧产物。]2)工质比热的变化。[工质的比热随温度的升高而增大。]3)工质的高温分解。[高温分解需要吸收热量，使燃烧阶段的压力、温度增加较少，也使实际循环的热效率和作功能力下降。]4)工质分子数的变化。[燃油在气缸中燃烧后使工质的分子数增加，这对提高柴油机的效率是有利的，但影响极小。]二．气缸壁的传热损失实际过程的热量交换总趋势是缸内工质向缸壁散热。因此，压缩终点压力低于绝热压缩终点压力。三．换气损失而实际循环必须排出废气和吸人新鲜空气。1)膨胀损失功:[在排气过程中，为了减少排气消耗的功，其排气阀总是提前开启，让废气在下止点前某点就开始逸出，由此减少了一部分有用功，称膨胀损失功。]2)泵气功:[实际循环的进气过程与排气过程均消耗轴功，称泵气功。]3)换气损失:[膨胀损失功与泵气功之和即为实际循环的换气损失。]四．燃烧损失燃烧损失是指后燃和不完全燃烧所引起的损失。五，泄漏损失气阀处的泄漏可以完全防止，但活塞环处的泄漏却无法避免。六．其他损失如工质的涡动损失以及活塞运动速度与燃烧速度不相配合而偏离定容、定压加热过程的时间损失等。试综述现代船用柴油机的结构特点。答：现代船用大型柴油机的结构特点大致有：1)燃烧室采用钻孔冷却结构；2)旋转排气阀及液压式气阀传动机构；3)可变喷油定时机构(VIT)式喷油泵；4)薄壁轴承(如十字头轴承采用高锡铝薄壁轴承)；5)气缸润滑随负荷自动调整的自动控制系统，以改善气缸润滑；6)曲轴自由端装设轴向减振器以消减曲轴的轴向振动；7)焊接曲轴，大大减轻曲轴的重量(减轻20％～30％)。试综述提高船用柴油机经济性的措施。答：提高船用柴油机经济性的主要措施有：1)采用等压涡轮增压系统及高效率废气涡轮增压器。[采用等压增压可明显提高增压器效率，使目前增压器效率提高到68％—72％。]2)提高行程缸径比S／D。[一方面可增加燃气膨胀功，另一方面在保持活塞平均速度不变的情况下，显著降低柴油机转速以提高螺旋桨效率，目前已发展到S／D=4的超长行程柴油机。]3)提高最高爆发压力pz，与平均有效压力pe之比pz／pe。[理论研究并经实践证实，提高pz／pe可提高柴油机经济性，所以目前户：已达15～18MPa。]4)增大压缩比。[高增压柴油机在过去曾一度采用低压缩比，以保证柴油机足够的机械强度，当前为提高经济性，仍然采取增大压缩比的措施，如现代大型柴油机压缩比已提高到16～19。]5)采用可变喷油正时机构(VIT)[可变喷油正时机构可以提高部分负荷运转的经济性。]6)提高机械效率。[采用超短裙活塞并减少活塞环数目，改善气缸润滑，以提高机械效率。]7)轴带负荷(如轴带发电机)。[利用船舶推进轴系同时驱动一专用发电机，在正常运转期间可供船舶全部用电。]8)余热再利用。[开发与利用柴油机的余热(如排气、冷却液所携带的热量)。]9)改进喷射与燃烧技术。[如提高喷油压力，增大喷油率，缩短喷油持续期及采用小喷孔喷油器等提高燃烧质量。]第二章柴油机结构及主要零部件什么叫柴油机的机械负荷？它有哪些特点？答：机械负荷是指柴油机部件承受最高燃烧压力、惯性力、振动冲击等的强烈程度。由此，柴油机的机械负荷主要来自气体力、惯性力、装配预紧力，以及由振动、变形引起的附加应力。其中以气体力与惯性力为主。柴油机的机械负荷有以下两个特点：(1)周期交变(以工作循环为交变周期)；(2)冲击性。什么叫柴油机的热负荷？热负荷有哪几种表示方法？答：热负荷是措柴油机的燃烧室部件承受温度、热流量与热应力的强烈程度。通常，热负荷的表示方法有以下几种：(1)热流密度。单位时间单位面积上的热流量q（kJ／m2．h)；(2)热应力。由壁面温差形成的应力：(3)温度场。受热部件的温度分布图。另外还可用比活塞功率(单位活塞面积上的有效功率)来表示。试述活塞的作用是什么？对它有哪些要求？答：活塞的作用有：(1)组成燃烧室，(2)传递动力，将气体力经连杆传给曲轴：(3)在筒形活塞式柴油机中，活塞承受侧推力，起着滑块(导向)作用；(4)在二冲程机中启闭气口控制换气。由此，活塞是柴油机的关键性部件。对活塞的要求有：强度高、刚度大、密封性好、散热性好、冷却效果好、摩擦损失小，耐磨损，中、高速机还要求活塞重量轻。柴油机活塞的冷却方式有哪几种？冷却机构有哪几种？答，活塞的冷却方式主要有：(1)喷射冷却：压力滑油经连杆杆身的内部油道自喷嘴喷出，冷却活塞内壁后自由落人曲轴箱i(2)循环冷却，压力油均匀地在活塞头部的油道中流动。通常在活塞顶内设置冷却腔或蛇形管。(3)振荡冷却：在活塞头中设置较大容积的冷却空间，冷却液在其中充满40％～60％并以一定循环速度流过。由于活塞的变速运动使冷却液在惯性力作用下在冷却腔内上下振荡。活塞的冷却机构是指冷却液的输送方式。在筒形活塞式柴油机中有两种冷却机构：其一是曲轴箱内设固定喷管，其二是在曲轴、连杆钻孔，冷却后滑油自由落回曲轴箱。在大型十字头柴油机中则广泛使用套管式或绞链管式两种。为什么十字头轴承是柴油机中工作条件最差的轴承？改善其可靠性的措施有哪些？答：十字头轴承的工作条件最为恶劣，主要有以下几点：(1)轴承比压大：其所受气体力与活塞惯性力较大，而尺寸由于结构限制，使单位面积上的作用力(比压)较大。(2)难以形成足够的润滑油膜：十字轴承为绕十字头销摆动，其摆动角速度较小，且不断改变方向，难以形成全油膜润滑。(3)单向受力：增压二冲程柴油机，十字头销始终压在轴承下瓦上，不利于滑油的供应与楔形油膜的形成。(4)受力分布不均：柴油机工作时，由于十字头销与叉形连杆小端轴承的变形不一致。易使轴承内侧局部受力严重。提高十字头轴承可靠性的措施：1)减小轴承比压(1)限制柴油机最高爆发压力，使其不过高。(2)加大十字头销直径，以增大承压面积並提高刚度；加大轴颈与轴瓦的接触包角。(3)采用全支承式轴承，以增大承压面积。2)使轴承负荷分布均匀(1)采用弹性结构如自整位式轴承，这种轴承座的变形和十字头销的变形相协调，从而保证它们之间的良好接触，使轴承负荷沿轴线均匀分布。(2)采用刚性结构提高十字头销与轴承座的刚度，减少其变形。(3)采用反变形法拂刮轴瓦，使十字头销受力发生塌腰变形时，销与轴承内侧不会发生过大接触应力，从而使负荷均匀。(4)增大承压面的贴合面积，通过拂刮或精密加工方法，使轴承与销间的贴合包角在90°～120°之间，避免局部比压过高。3)良好的润滑和冷却(1)保证润滑油压滑油压力达1.6～2.3MPa，实现液体静力润滑。(2)合理开设油槽。(3)合适的轴承间隙。(4)缩短连杆长度，改善轴承的润滑条件。4)采用薄壁轴瓦提高抗疲劳强度。提高十字头销表面光洁程度。曲轴的作用是什么？曲轴的工作条比较苛刻主要表现在哪些方面？答：曲轴的作用是：(1)把活塞的往复运动变为回转运动；（2）汇集各缸动力并以回转形式输出；(3)带动柴油机的附属设备，如喷油泵、进排气阀、起动空气分配器等。曲轴工作条件比较苛刻主要表现在以下四个方面：(1)受力复杂：承受交变气体力、往复惯性力和离心惯性力以及它们所产生的扭矩与弯矩。(2)应力集中严重：曲轴形状复杂，弯头很多，使曲轴内部的应力分布极不均匀，以致在曲柄臂与轴颈的过渡圆角处及润滑油孔周围产生严重的应力集中现象。(3)附加应力大：曲轴在径向力、切向力及扭矩作用下产生扭转振动、横向振动与，纵向振动，并由此产生附加应力。尤其当发生共振时，轴系将承受较大的附加应力。(4)轴颈遭受磨损：使轴系产生附加弯矩而且此种磨损也降低轴系承受负荷的能力。第三章燃油喷射与燃烧试述燃油硫分和矾、钠含量对柴油机使用的影响。答：燃油中的硫分和钒、钠含量是燃油重要的理化性能指标。它们产生的腐蚀条件是不同的：一低温腐蚀或冷腐蚀：硫分的腐蚀产生的条件是缸壁温度低于硫的氧化产物和水蒸气的露点时，在缸壁表面形成强酸(硫酸)，故亦称低温腐蚀或冷腐蚀。二高温腐蚀：而钠钒的燃烧产物是一种多成分的低熔点混合物，当燃烧室部件温度(如：排气阀)高于这种低熔点混合物的熔点时(如最低熔点仅为300℃试述过量空气系数的定义、特点及对柴油机工作的影响。答：定义充入气缸内的实际空气量与进入气缸内的燃油完全燃烧所需的理论空气量之比称为燃烧过量空气系数a，即：a=L/L0。特点1）不同机型a不同(增压机a大于非增压机，二冲程机a大于四冲程机，低速机a大于中高速机)；2）而对于同一机型，a随柴油机的负荷而变化。负荷增大，a变小；负荷降低，a变大。3)同一机型在同一负荷时，a在燃烧室内的分布也是不同的。在油束内部因空气很少或无空气，故其局部a=0；而在燃烧室周边无油区，其局部。a→∞。对柴油机工作的影响根据燃烧过量空气系数a的定义可知：a的大小反映了柴油机负荷的高低，经济性的高低，可靠性高低以及排气污染程度。１）若柴油机的a较小，表示相对一定的气缸进气量，气缸喷油量较多，则气缸强化程度较高，平均有效压力pe较高，空气利用率较高，但经济性较差，气缸热负荷较大，排气温度较高，可靠性较差。２）反之，a较大，则与上述相反。试述燃油的喷射过程及其影响因数。答：从供油始点到喷油终点的喷射过程可分为三个阶段:一喷射延迟阶段I(从供油始点到喷油始点)由于燃油的可压缩性、高压油管的弹性以及高压系统的节流等原因使得喷油器的喷油始点滞后于喷油泵的供油始点。由此，存在着供油提前角(在压缩行程中喷油开始供油的瞬时到活塞上止点的曲轴转角)和喷油提前角(在压缩行程喷油器开始喷油的瞬时到活塞上止点的曲轴转角)两个提前角。影响喷射延迟阶段的主要因素是：高压油管特性参数、喷油器针阀的启阀压力、柴油机的工况以及喷油泵乞油阀和喷油器针阀的结构特点等。二主要喷射阶段Ⅱ(喷油始点到供油终点)本阶段内由于瞬时供油量大于喷油量，所以喷油压力继续升高，燃油是在不断升高的高压下喷人气缸，循环喷油量的大部分在本阶段内喷入气缸。显然，本阶段的长短主要取决于柴油机负荷，负荷愈大，本阶段愈长。三尾喷阶段Ⅲ(供油终点到针阀落座点)当喷油泵停止供油时，由于压缩燃油在低压下膨胀，高压油管在低压下收缩以及系统的节流作用，使得喷射系统中的压力下降得较为迟缓，针阀仍保持开启。燃油是在不断下降的压力作用下喷人气缸，使燃油雾化不良，甚至产生滴漏现象。影响尾喷阶段的主要因素与喷射延迟阶段相同。试述柴油机可燃混合气的形成方法及其适用机型。答：形成方法在柴油机中根据不同的机型分别采用：空间雾化混合法油膜蒸发混合法。在空间雾化法中根据对油束特性和空气涡动的依赖程度不同，又分为：油雾法(主要依赖燃油的喷雾)涡动法(主要依赖空气涡动)适用机型船用大中型和低速主机多采用油雾法，因而它们对喷射设备的工作要求较高；而中、小型和高速柴油机多采用涡动法，而较少依赖燃油的喷雾。试述柴油机的燃烧过程及其特点。答：根据分段燃烧理论，整个燃烧过程可分为滞燃、速燃、缓燃和后燃四阶段。滞燃期的长短对柴油机的燃烧过程有重大(或决定性)影响。如滞燃期τi过短燃油喷注刚离开喷油器就立即燃烧，会使柴油机动力性降低并冒黑烟；如滞燃期过长滞燃期喷油量也越多，一旦发生燃烧，缸内压力会急剧增高，使工作粗暴，严重时发生燃烧敲缸，并损坏机件。通常，滞燃期过长是引起燃烧过程恶化的通病，所以应尽可能缩短滞燃期，但并不是越短越好。速燃期有以下特点：近似等容燃烧，缸内压力上升至最高爆发压力：是为不可控燃烧，即本阶段燃烧速率很难直接用控制该燃烧期燃油与空气混合速度的办法来加以控制，但可用控制滞燃期长短来控制速燃期。速燃期的主要问题是由于燃烧速度过快，使平均压力增长率dp／dø过大，而产生燃烧敲缸现象(亦称工作粗暴、爆燃)。缓燃期的特点是：1）近似等压燃烧；2）为可控燃烧(负荷大小)。在缓燃期内，缸内达最高燃烧温度，燃烧速率逐渐降低。按放热规律研究本阶段亦称扩散燃烧阶段。缓燃期的主要矛盾是油气得到氧分子的速度赶不上燃烧速度的需要而发生不完全燃烧。为了改善此阶段的燃烧质量应设法加强燃烧室内空气扰动以加速混合气的形成。后燃期是燃烧过程在膨胀中的继续。后燃期的存在有以下危害：1）排烟温度升高；2）热负荷增加；3）热效率下降；4）可靠性降低。所以后燃期越短越好，但柴油机的后燃不可避免。柴油机的换气与增压四冲程柴油机换气过程分为哪几个阶段，这几个阶段是如何划分的？（1）自由排气阶段当排气阀在下止点前打开时，气缸压力远远高于排气管压力，废气在很大的压力差作用下排出气缸。随着排气阀开度的增大，直到下止点后气缸压力接近排气管压力为止。这一阶段为自由排气阶段。（2）强制排气阶段从自由排气结束到排气阀关闭这一阶段活塞由下止点向上止点运动，排气过程是由活塞的推挤造成的。这阶段为强制排气阶段。(3)进气阶段由进气阀开启点开始，至进气阀关闭点结束。这一阶段为进气阶段。二冲程柴油机换气过程与四冲程柴油机相比有何特点？(1)二冲程柴油机换气时间远少于四冲程柴油机(2)二冲程柴油机的换气主要是依靠进、排气口之间的压差，用新鲜空气驱赶废气的扫气方式，新气的进入和废气的排除过程同时进行。(3)为实现扫气所需的气体压力差较大，空气的消耗量也较大，消耗的功较多。(4)二冲程柴油机的气缸容积不能充分利用气阀机构的故障有哪几种、其原因是什么？（１）阀面和阀座磨损和腐蚀。原因为由燃气中的碳粒或其它杂志冲刷或落在结合面上时阀与阀座撞击造成；燃油中的硫、钒和钠腐蚀造成。（２）阀面和阀座烧损。原因为阀座扭曲、偏移、倾斜和失圆会造成大面积烧损。阀盘关闭不严，气阀阀杆卡阻、弯曲，阀面和座面因麻点、伤痕而发展到烧损。（３）阀杆卡紧。原因为气阀导管间隙过小或过大，气阀导管间隙过大或中心线不正。（４）阀杆和阀头断裂。原因为频繁撞击引起金属疲劳以及高温下金属的机械强度降低造成。（５）气阀弹簧断裂。原因为振动，材质，热处理不符合要求及保管中锈蚀所至。（６）阀壳产生裂痕。原因为安装时将固定螺栓拧得太紧。提高柴油机有效功率的途径有哪些？进一步分析增压后柴油机功率如何变化？提高柴油机的有效功率有下列途径：（１）改变柴油机结构参数：D、i、s、m（２）提高柴油机的转速（3）提高柴油机平均有效压力增压后，提高了气缸进气压力，使进入气缸的空气密度增加，从而可以增加喷入气缸的燃油量，以提高平均指示压力和平均有效压力，因而柴油机功率会提高。什么是离心式压气机的特性和特性曲线？柴油机废气涡轮增压系统由哪些基本元件组成、其主要任务是什么？在运转中导致增压器喘振的原因主要有哪几类？在不同转速下压气机的排出压力和效率随空气流量的变化规律称为离心式压气机的特性。表示这种特性的曲线叫压气机的特性曲线。柴油机废气涡轮增压系统是由柴油机、压气机、废气涡轮、空气冷却器和辅助扫气泵等基本元件组成。其主要任务是提供足够的空气，保证柴油机扫气和燃烧的需要。在运转中导致增压器喘振的原因：气流通道堵塞增压器和柴油机的运行失配脉冲增压一缸熄火或各缸负荷严重不均环境温度的变化第五章润滑与冷却什么叫润滑油的总碱值TBN？它在使用过程中有哪些特点？答：TBN表示滑油中所含碱性的高低。其计量单位为mgKOH／g。它表示一克滑油中所含碱性物质相当于氢氧化钾(碱)的毫克数。显然，该数值越大，表示含碱性较强。滑油的TBN均为投入碱性添加剂(清净分散剂)而来。在使用中的特点是：(1)中和作用。既可控制滑油因氧化而形成有机酸，又可中和由燃烧产物形成的无机酸，起到锈蚀抑制作用。(2)在使用中，其TBN逐渐降低。气缸润滑的工作条件是什么？气缸润滑有哪几种方式？答：气缸润滑的工作条件：气缸套上部为边界润滑，气缸套中、下部工作条件较好，可实现局部液体动压润滑。可见气缸套为半液体润滑（同时存在边界润滑和液体润滑的混合润滑）。目前气缸润滑有以下三种形式：（1）飞溅润滑。靠从连杆大端甩出并飞溅到缸壁上的滑油来润滑。(2)注油润滑。使用专用的润滑系统及设备把专用的气缸油经缸壁上的注吨孔喷注到缸壁表面进行润滑。(3)除采用飞溅润滑方式外，尚采用注油润滑作为气缸润滑的辅助措施。曲轴箱滑油的变质检验有哪几种方法？各有什么特点？答：通常有三种检验方法，其特点分述如下：(1)经验法：根据轮机人员的经验，通过对滑油的摸(粘度)、嗅(气味)、看(颜色)以及分油机中的沉积油泥等加以判断。(2)油渍法：把滑油滴到特殊试纸上，待干燥后利用说明书提供的标准图像与试纸上的油渍(颜色与扩散程度)比较，作出判断。(3)化验法：分船上现场简易化验法(由油供应商提供的化验设备在船舶上由轮机人员进行现场化验)与实验室化验法(由轮机人员在船上取样送油供应商在实验室中进行化验)。柴油机的冷却有什么作用？答：柴油机的冷却作用有：(1)保证受热部件在高温下有足够的强度。(2)降低受热件内外壁面的温差，降低热应力。(3)保证运动部件适当的装配间隙。(4)保证缸壁工作面滑油膜的正常状态，不会因高温而降低其润滑性能和蒸发。对柴油机的冷却淡水处理的目的是什么？有哪几种水处理方法？各有哪些特点？答：水处理的目的是：防止冷却水在冷却腔中结垢和造成腐蚀。目前，船舶上使用的水处理方法主要有两种：（1）加入无机缓蚀剂(防锈剂)。具有防垢和防蚀双重作用，同时可提高冷却水的pH值。(2)乳化防锈油。由防锈添加剂、乳化剂和基础油组成。除可防蚀作用外，还有一定润滑作用，因而适用于活塞冷却水的处理，但同时对环境产生污染，目前使用较少。第六章、柴油机的油、水系统柴油机燃油系统的作用是什么？它由哪些环节组成？答：燃油系统的作用是把符合使用要求的燃油畅通无阻的输送到喷油泵入口处。通常它是由加装和测量、贮存、驳运、净化处理、供给等五个基本环节组成。柴油机使用低质燃油时应采取哪些管理技术措施？答：使用低质燃油时，应注意加强以下管理技术：(1)对燃油的预处理。包括预热、净化、添加剂和乳化等，其目的在于提高低质燃油的贮存、驳运和使用性能。(2)运行管理。包括加强燃油管理，防止不同油晶混舱而发生不相容沉淀物；适当增大喷油提前角并提高喷油器启阀压力；使用适当碱性的气缸油，并酌情增大气缸注油量；调节冷却水温度，防止低温腐蚀；增压系统定期检查与清洗。(3)改进部件结构，提高表面工作性能。如缸套镀铬，改进喷油器结构，加强其冷却；改进活塞杆填料函结构等。分油机运行中管理要点有哪些？答：管理要点有：(1)注意分油机工作状况，防止出水口跑油和净化效果不良(如油中有水)；分油机有无异常振动和噪音；齿轮箱滑油油位是否正常；(2)根据油的粘度，保持最佳加热温度；(3)根据加热温度、分油机型号及油品的品种调整最佳分离量；(4)根据含杂量与分油量确定排渣间隔，定时排渣；(5)注意高置水箱水位，以及沉淀柜中的油位变化。柴油机滑油温度过低、过高有什么危害？答：滑油温度过低的危害是：滑油粘度增大，摩擦阻力增大，滑油泵耗功增加。滑油温度过高的危害是：粘度降低，滑油的润滑性变差，零部件磨损增大，同时滑油易氧化变质。柴油机冷却淡水温度过低、过高有什么危害？答：气缸冷却水出口温度过低将使热损失增加；热应力增大，低温腐蚀增大。如过高会使缸壁滑油膜蒸发导致磨损加剧，冷却腔内汽化，密封圈迅速老化。因而应保持规定的数值。一般淡水出口温度以接近允许上限为宜。第七章柴油机的特性1．什么叫柴油机的工况？柴油机有哪几种工况？各有何运行特点？答：柴油机在不同条件下运转的功率与转速称柴油机运转工况。船舶柴油机有三种运转工况，相应的工作特点是；(1)发电机工况。柴油机转速保持恒速而运转功率随航行条件或船舶耗电量而变，电力传动的主机和发电柴油机均按此工况运转。(2)螺旋桨工况。柴油机的功率与转速按三次方关系变化。即有效功率Pe=Cn3(C一常数)。如直接驱动定距桨的柴油主机。(3)面工况(其他工况)。功率与转速都独立的在很大范围内变化。即功率与转速之间没有一定的关系。其变化规律取决于航行条件和使用条件的变化。如驱动调距桨的柴油主机，在不同螺距时运转；定距桨船舶在不同的航行条件时运转，如(污底，重载与轻载，海面状态)；以及驱动应急救火泵，应急空压机的柴油机等。什么叫速度特性？柴油机的全负荷速度特性是如何测取的？答：柴油机的平均有效压力不变，即固定喷油泵油量调节机构在某一位置固定不动时，柴油机的有效功率与其转速间变化规律称柴油机的速度特性。速度特性是在试验台上测定的。试验前柴油机应先经过试车、磨合并调整到最佳状态(如气阀、供油定时、气缸负荷均匀等)，然后才能开始速度特性测定。全负荷速度特性测定方法如下，(1)柴油机空车运行，通过调速器逐渐增速至标定转速，并稳定运转；(2)逐加负荷(通过水力测功器)，使柴油机输出功率达到标定功率，然后固定此油门(即全负荷标定油门)，并与调速器脱开。测量该运转点的有关性能参数与运转参数并记录。(3)通过增大水力测功器负荷(即柴油机外负荷)，降低柴油机的转速，并在柴油机的转速范围内选定的不同转速下稳定运转，分别测取不同转速时的性能参数与运转参数并记录、绘制特性线。3.柴油机的负荷特性是如何测取的？负荷特性上通常有哪些主要参数？答：负荷特性可以在试验台上或实船上测取。其测取过程如下：(1)柴油机空车运行，通过调节调速器的转速设定机构使柴油机逐渐增速至标定转速，然后稳定运转一般时间，使有关运转参数稳定。(2)逐渐增大外负荷(如耗电量)至选定的不同负荷(如25％、50％、75％、90％、100％标定负荷)，并分别在选定的不同负荷时稳定运转，待有关运转参数稳定后，测取并记录有关性能参数与运转参数。(3)以柴油机负荷(有效功率Pe或平均有效压力)为横坐标，以记录的性能参数与运转参数为纵坐标，即可绘制负荷特性线。在负荷特性测定中，根据不同的要求和测定条件限制其记录的有关性能参数和运转参数不尽相同。通常可包括以下参数：有效功率Pe,平均有效压力，平均指示压力、指示热效率、有效热效率、有效油耗率、机械效率、最高爆发压力、排气温度，、增压压力、增压器转速，排气烟度等简述柴油机的推进特性是如何测取的？答：柴油机的推进特性是根据Pe=Cn3关系在试验台上测定的。其测定方法如下：(1)根据推进特性Pe=Cn3计算出在选定的各测定转速时的运转功率。由选定的任一转速nx,根据推进特性Pe=Cn3计算相应的(推进特性)运转功率Pex。(2)在试验台上起动柴油机，调节调速器转速设定机构，使柴油机在选定的最低转速n1下稳定工作，按计算出相应运转功率Pe1，：调节柴油机的外负荷(如水力测功器的进水量)，使柴油机在n1与Pe1工况点稳定工作，然后测量并记录有关性能参数与运转参数值。(3)同理调节柴油机在另一个计算工况(n2、Pe2)稳定工作，测量并记录有关参数。(4)以此类推可得其他选定工况点(nx、Pex)的有关参数值。另外，在船舶使用条件下分别测取主机在不同转速时的有关性能参数和运转参数，可直接得出柴油机的推进特性。什么叫柴油机的特性？研究柴油机特性的目的是什么？答：柴油机主要性能指标与工作参数随运转工况变化的规律称柴油机特性。研究柴油机特性的目的有：(1)评价柴油机的性能。判断柴油机的动力性、经济性、可靠性和使用的可能性等；(2)确定柴油机的工况。决定柴油机在船舶条件下的极限允许使用范围，选择最佳工作点，使柴油机具有较好的工作性能；(3)分析影响特性的因素以便找到改善发动机特性的途径；(4)检测柴油机的状态。将柴油机在运转中测出的主要性能指标及工作参数与柴油机特性给定在相应工况下的数值进行比较，可判断出柴油机运转中的技术状态，以便进行调整与检修。示功图的测录与分析什么是示功图？机械式示功器传动机构应满足哪两个基本要求？示功图是气缸内工质压力随气缸容积或曲轴转角变化的图形。传动机构应满足以下两个基本要求：(1)柴油机活塞行程缩小后的长度应与转筒的周长相适应且略小于转筒周长(2)转筒的转动必须严格地与柴油机活塞的运动相对应，以便正确反映柴油机活塞运动规律电子示功装置的优缺点及适用范围是什么？优缺点：①固有频率高，即具有良好的高频特性。固有频率高的传感器与适当的测试环节匹配可获得良好的频响特性。②灵敏度高，线性好，但它易受外界干扰影响。对测量电路要求较高，需设补偿装置。适用范围：适用于低、中、高速柴油机，测量误差小于1%。可实现对柴油机的远距离监测、数字显示及自动控制、完成对柴油机的诊断、趋向预报等监控技术。在近代自动化船舶上应用广泛。3、示功图的种类有哪些？正常示功图的特征有哪些？示功图的种类有：P-V示功图、P－V转角示功图、手拉展开示功图、梳形示功图、弱弹簧示功图、P-φ展开示功图。正常示功图的特征有：（１）工作过程曲线比较圆滑，曲线过渡处无锐角或突变形状（２）工作过程各主要特性点的数值如最高爆发压力Pz、压缩压力Pc等应符合说明书或试航报告。（３）工作过程曲线无异常波动现象。（４）示功图尾部形状应符合不同扫气形式的正常轨迹。4、燃烧太早时的示功图有何特点？燃烧太晚时的示功图有何特点？燃烧太早时的示功图特点：（1）

最高爆发压力剧增，压力升高曲线上升陡峭，示功图头部尖瘦；（2）燃烧曲线过早地脱离压缩曲线，发火点显著提前；（3）

膨胀曲线降低。燃烧太晚时的示功图特点：（１）最高爆发压力Pz明显降低，即示功图高度下降。（２）示功图头部圆滑，发火点后移，甚至发生在上止点后，表示燃烧后移（３）膨胀线段较正常示功图高。5、根据示功图如何计算柴油机的平均指示压力及单缸指示功率？１、平均指示压力Pi的计算方法计算方法通常有两种，可选一种：１）面积法(mm)２）十等分法十等分法如图，将示功图长L分为十等分；量出各等分点上的示功图高度：……y(mm)。在上、下止点附近，距上、下止点l/40再附加两个示功图高度和示功图的平均高度。（mm）则平均指示压力pi=hi/M2．柴油机指示功率的计算１）单缸指示功率的计算根据指示功率计算公式，可知单缸指示功率c－气缸常数c=Vs.m/60000pi－平均指示压力Pan－柴油机转速r/min第九章柴油机的起动、换向、调速和操纵系统（之一）起动、换向和操纵系统试述起动转速的定义、影响因素及范围。答：一、起动转速的定义柴油机起动所要求的最低转速称起动转速；[起动转速的高低是柴油机起动性能的重要标志。]二、起动转速的影响因素通常，起动转速的高低与柴油机的类型、环境条件、柴油机的技术状态、燃油品质等有关。[如大型低速机由于其单位容积散热面较小，故其起动转速较低。环境温度较低，柴油机气缸密封性不好等均使起动转速增高(起动困难)。]三、起动转速的范围起动转速的一般范围是：高速机80～150r／min；中速机60～70r／min；低速机25～30r／min。试计算压缩空气起动柴油机在任何位置均能起动的最少气缸数。答：在压缩空气起动中，为了保证柴油机在任何位置均可起动，必须保证在任何停车位置至少有一个气缸处于起动位置。为此，要求柴油机必须有一定的缸数(称最少气缸数)。二冲程机：I=循环度数/膨胀冲程度数=360/100=3.6→4；四冲程机：I=循环度数/膨胀冲程度数=720/140=5.1→6。经过上述简单的计算可知，二冲程机的最少气缸数为4个；四冲程机为6个，若缸数少于上述数值，在起动前必须盘车至某起动位置。柴油机换向有哪几种？直接换向的要求是什么？答：一、柴油机换向的种类为了满足船舶从前进改为后退(或相反)的要求，通常有三种方案：1）直接换向：直接改变螺旋桨转向。此时要求主机必须可正、倒车运转；2）变距桨换向：主机不改变旋转方向，由调节螺距角来改变推力方向。3）倒顺车离合器转向：还有一些中小型船舶主机(多为中、高速柴油机)也不改变转向，而依靠某种型式的倒顺车离合器来改变桨轴转向。二、直接换向的要求在直接换向中，要求主机必须改变旋转方向。为此必须使有关定时符合反向运转的要求，即换向后的有关定时与工作规律不变。而定时是由相应凸轮控制的，所以必须改变有关凸轮相对曲轴的位置(称换向)。需要改变位置的凸轮随机型不同而异。如四冲程机有进、排气阀凸轮、喷油泵凸轮以及起动空气凸轮。二冲程直流换气机有排气阀凸轮、喷油泵凸轮以及起动空气凸轮，弯流换气机仅有喷油泵凸轮与起动空气凸轮。单凸轮换向的特点是什么？其换向差动角的数值是多少？答：一、单凸轮换向的特点单凸轮换向的特点是每个需要换向的设备均各自由一个轮廓对称的凸轮控制，即正、倒车均使用同一个凸轮。换向时，需将凸轮轴相对曲轴转过一个角度(称换向差动角)。这种换向方法称凸轮的换向差动。二、换向差动角的数值该换向差动角在数值上等于凸轮中心线与上止点夹角的二倍。即若凸轮的作用角为2φ，供油提前角为β，则换向差动角2αs=2(φ-β)。柴油机操纵系统为何要安装安全装置？一般都装有哪些安全装置？答：一、安装安全装置的目的柴油机操纵系统中必须设有必要的联锁装置，以免误操作与事故。二、安全装置的种类A．联锁机构在柴油机中使用的联锁机构主要有：(1)盘车机联锁：盘车机末脱开不能起动；(2)起动联锁：未回车钟，不准起动；换向未结束，不准起动；(3)换向联锁：在起动和运转中不得换向；(4)运转方向连锁：当曲轴转向与车钟要求不一致时，不能供油。B．安全保护与报警装置同时，操纵系统中还必须设有必要的安全保护与报警装置，当柴油机某些运转参数超过允许上限时或允许下限时，自动断油停车或降速。如超速保护装置，油水低压保护装置等。第九章柴油机的起动、换向、调速和操纵系统（之二）柴油机的调速为何要安装超速保护装置？其与调速器的区别是什么？答：为了防止调速器损坏后，造成柴油机超速损坏，我国有关规定中要求，凡标定功率大于220kW的船用主机和船用发电柴油机还应分别装设超速保护装置，以防主机转速超过120％nb(标定转速)和发电柴油机转速超过115％nb。它是一种安全保护装置，只能限制转速，而无调速性能。它必须与调速器分开而单独运行工作，其保护动作必须迅速可靠。试综述调速器的性能指标。答：调速器的性能指标分静态与动态指标两种。静态指标是指在柴油机稳定运转中调速器的性能指标，主要有：（1）稳定调速率δ2：δ2表示调速器的准确性(δ2小，准确性好)。[在标定供油位置时，最高空载转速nomax与标定转速nb之差同nb比值的百分数。][我国有关规定，δ2<=12％，交流发电柴油机δ2,=5％。](2)转速波动率声或转速变化率φ。表示在稳定运转时柴油机转速变化的程度。(3)不灵敏度ε。表示调速器调节的灵敏性。二、动态指标是指在柴油机负荷变化时，调速系统过渡过程的性能。它表示调速过程的稳定性，主要有：（1）瞬时调速率δ1，，它表示柴油机在稳定运转时突加或突卸全负荷时转速变化的最大幅度。[我国有关规范要求发电柴油机δ1<=10％。]（2）稳定时间Ts，表示过渡过程时间的长短。[我国有关规定要求发电柴油机Ts,=5s。]弹性反馈有什么特点？它可通过哪些机构来进行调节？答：弹性反馈的特点负荷变化时，弹性反馈能保证:1）调速过程的稳定(δ1与Ts)，2）发动机转速恒定不变（δ2=0）。二调节机构该机构的调节环节主要有两个：1．补偿针阀的开度负反馈,用以调节反馈速度的快慢.若针阀开度过大，则反馈作用减弱，滑阀复位滞后，使调油过度；反之，若针阀开度小，反馈作用增强，滑阀提前复位，使调油不足，转速恢复时间长(即Ts大)。2．反馈指针的指示刻度负反馈,用以调节反馈行程的大小。若反馈指针指示刻度为“最大”，反馈行程增大，调油不足，转速波动过大(δ1大)，反之，指针指示刻度为“最小”，反馈行程过小，使调油过度。试述机械调速器的动作原理及特点。答：一．机械调速器的动作原理1)速度感应和驱动机构机械式调速器利用飞重感应速度，并直接利用飞重离心力去拉动油量调节机构。2)转速设定机械式调速器设定转速取决于调速弹簧的预紧力大小。[预紧力越大，设定转速越高，而弹簧预紧力可通过转速调节螺钉调节，旋出该螺钉，弹簧预紧力降低，设定转速下降，反之，顺时针方向旋进该螺钉，则设定转速增高。]二．机械调速器的特点1)有差调节：机械式调速器必为有差调节；[即当负荷增加时其稳定后转速较原转速稍有降低，而当负荷减小时，其稳定后转速较原转速稍有增加。]2）灵敏度和精度：机械式调速器的灵敏度和精度较差；3）结构和维修：结构简单，维修方便；4）驱动力：机械式调速器的驱动力较小，所以只用于中小型柴油机。电子调速器有哪几种类型？其特点是什么？答：一．电子调速器的类型电子调速器按感受信号的不同，可分为单脉冲调速器和双脉冲调速器：1)单脉冲调速器:前者感受柴油机的转速信号；2)双脉冲调速器：后者分别感受转速变化与负载变化的两个单脉冲信号，叠加起来调节供油量(亦称载频调速器)。[载频调速器能在负载刚有变动而转速尚未有明显变化时，就开始调节喷油泵供油量。因而具有很高的调节精度，适于对供电质量要求特别高的发电柴油机组。]二．电子调速器的特点电子调速器不使用机械机构，动作灵敏，响应速度快，动态和静态性能高，无调速器驱动机构，装置简单，安装方便，易于实现遥控与自动控制，是近年来发展起来的一种精密调速器。如单脉冲电子调速δ1=5％～7％，Ts=3～5s；而双脉冲电子调速器δ1<=2％，Ts<=1s。第十