海船培训课件1.4

船舶动力装置中华人民共和国海船船员适任考试培训教材目录一二第一章柴油机及其附属设备的性能评估第二章主柴油机及其附属设备的使用与管理三四第三章船舶主推进动力装置的工况配合及管理第四章电控喷射柴油机五第五章典型液压系统六七第六章制冷与空调系统的操作和维护第七章

船用蒸汽锅炉第一章柴油机及其附属设备的性能评估4节柴油机的进排气性能评3节柴油机的燃油喷射与雾化性能评估2节柴油机的起动状态评估1节柴油机的燃烧状况分析与评估第一节第五节柴油机进排气性能评估一、柴油机进排气系统的组成及其主要工作参数柴油机进排气系统的组成、分类与特点组成：柴油机、压气机、废气涡轮、空冷器、废气锅炉和辅助扫气泵等增压的定义：就是用提高气缸进气压力的方法，使进入气缸空气密度增加，从而可以增加喷入气缸的燃油量，以提高柴油机的平均指示压力和柴油机的平均有效压力。增压度的定义：柴油机增压后标定功率与增压前标定功率之差值与增压前标定功率的比值。它表示增压后功率增加的程度。增压比的定义：πb=pk/po分类：单独增压系统、复合增压系统和涡轮复合系统只利用废气涡轮增压器来实现增压，而不增设其他辅助机械的增压系统由于完全由废气驱动涡轮旋转，无需消耗柴油机的有效功，所以该增压系统能够最有效地提高柴油机的功率，同时还能改善柴油机的经济性。单独增压系统船用四冲程柴油机：可采用等压增压和脉冲增压的单独增压系统，主要原因有：四冲程柴油机的换气质量好；活塞具有推挤废气和抽吸新气的能力，增压压力变化对进、排气的影响较小。在四冲程机上，得到广泛应用，不设其它辅助泵，就可以满足起动、低速、全速工作的需要直流扫气柴油机（排气规律易控制、换气质量好，排气管布置方便、紧凑）：需另设辅助风机在低负荷时或在增压器损坏时保证柴油机能够继续运转。特别是单独增压系统在高增压时，低负荷性能较差。MANB&W公司和Wartsla瑞士公司对此的改正方法单独增压系统MANB&W公司和WinGD公司对此的改正方法在部分负荷时可增加进气压力在低速高负荷时放掉过剩废气中冷中冷的作用：由于空气在增压器中被压缩时压力和温度同时升高，影响了空气密度的增加和增压效果。因此，在增压器后都设有中冷器。降低空气温度，提高空气密度。降低柴油机平均循环温度。降低柴油机指示耗油率。降低NOx等有害物质的排量displacement新型柴油机采用了两级冷却（高温淡水冷却第一级，低温淡水冷却第二级，能有效地利用废热，还可在低负荷或湿热航区时旁通第二级冷却以增加进气温度-防止凝水产生，保证柴油机的良好工作）复合增压既采用涡轮增压器，又采用机械驱动式增压器，称为复合增压方式采用复合增压的目的解决二冲程柴油机实现废气涡轮增压时废气涡轮与压气机之间功率不平衡问题。原因：过量空气系数大。靠新气和废气的压差进行扫气废气能量低，故使涡轮发出功率远小于压气机所需功率。解决的方法：尽可能多地利用废气能量。改善换气质量，减少新气与废气的掺混。提高增压器效率。采用复合增压。串联增压系统是将涡轮增压器与辅助扫气泵串联空气先进入涡轮增压器的压气机，经过压缩后进入曲轴传动的压气机中，再经过压缩然后进入气缸。在曲轴传动的压气机的前、后可以接入空气冷却器，以便冷却高温空气。应用与特点应用：串联增压系比较典型的是采用定压涡轮增压器与往复泵，也有采用脉冲涡轮增压器与往复泵串联特点：与单独增压系统相比：工作可靠，起动性和低负荷性能好；省去了应急电动鼓风机，当涡轮增压器损坏时，往复扫气泵仍可使柴油机在70%~80%nb下稳定运转，并且不管柴油机的废气能量是否足够，均可较简便地满足柴油机所需增压压力；有利于实现高增压；二级往复泵使结构复杂，装置重量增加。串联旁通增压系统是串联增压系统中的一个特殊情况，脉冲涡轮增压器与主机活塞泵串联。脉冲涡轮增压器作为第一级增压，主机活塞泵作为第二级增压。扫气箱分成两部分，在外侧的1是各缸共用的，内侧部分按每个气缸分隔起来并和活塞下部空间相连通组成扫气室2。扫气箱1和扫气室2之间设有单向阀3(又称口琴阀)。特点该增压系统为部分串联，扫气前期是串联，后期使串联失效，由废气涡轮增压器单独供气。工作可靠。当废气涡轮增压器损坏时，仍能维持柴油机70%nb下稳定运转。扫气前期扫气室压力较高，有利于降低排气口高度，增大柴油机的有效行程。起动和低负荷运转性能差，所以，必须增设电动鼓风机以便在低负荷和起动时使用。并联增压系统是将涡轮增压器与活塞下部辅助增压泵并联工作。一般涡轮增压器所供应的空气量为增压空气量的75%~80%，其余空气量由活塞下部辅助增压泵供给。由于辅助增压泵只供给一小部分空气，则只需将柴油机的部分气缸下部做成辅助增压泵。涡轮复合系统使用TCS动力涡轮系统可提高柴油机总效率，但系统比较复杂，并造成废气锅炉可用能下降，出现几年后不再使用2.柴油机进排气系统的主要工作参数及特点参数：废气涡轮前后温度、压气机前后温度、空冷器前后温度和压差、空气滤器压差、机舱温度、扫气温度与压力、废气锅炉前后的压差及增压器转速与效率参数特点：直接影响换气质量、反映关键部件性能、流道清洁程度影响参数、最终影响柴油机性能。增压器工作特点：转子转速高、气流流速高、工作温度高二、柴油机进排气系统的运行状态和工作性能评估1.废气涡轮前后温度直接反映废气涡轮性能通流截面积堵塞或变形------温差变大旁通阀关闭不严或漏泄------温差变小2.压气机前后温度前温度取决于机舱温度后温度取决于柴油机负荷和增压器转速性能，直接反映压气机性能柴油机工作状况相同时，后温度变小，原因：增压器性能恶化、冷却过度或扫气箱漏气；后温度变大，原因：空冷器冷却效果差或扫气箱漏泄严重3.空冷器前后温度与压差直接反映废气涡轮性能和空冷器冷却效果及脏污情况空冷器气侧脏堵------压差变大空冷器水侧脏堵或冷却水系统故障------温差变小4.压气机空气滤器压差压降超过0.98kpa，表明压气机进气道或滤网脏污，需清洗5.扫气温度与压力扫气温度取决于柴油机负荷、空冷器冷却性能40-45℃扫气压力取决于柴油机负荷、空冷器冷却性能和扫气箱密封效果6.废气锅炉压差直接反映废气侧脏污情况压差过大影响锅炉和柴油机换气质量7.增压器转速和效率转速和柴油机负荷及增压器工作性能有关效率影响因素：转速、压气机排出压力、扫气压力和温度。8.扫气空气含湿量扫气箱设置气液分离器和放残管系，保证含湿量，且有高液位报警装置监测水量。三、柴油机进排气系统主要部件的工作性能和状态分析在柴油机中，从排气、扫气到进气终止的整个气体更换过程称为换气过程。它的作用是更换工质，为下一个循环的工作提供必要条件。换气质量的好坏，直接影响柴油机的动力性、经济性、可靠性及排放性，是柴油机工作优劣的先决条件。换气机构的功能是实现对柴油机换气过程的控制。2024/3/11241.柴油机换气过程（1）四冲程柴油机换气过程

1)自由排气阶段从排气阀开启到缸内压力接近排气管内压力。初期,排气管压力与气缸压力之比小于临界值则为超临界状态，废气以当地音速排出气缸。当排气管压力与气缸压力之比大于临界值时--亚临界流动(废气以亚音速排出气缸)。自由排气阶段在下止点后10°～30°结束。2024/3/1125

2)强制排气阶段从自由排气结束到排气阀关闭，废气是被上行的活塞强制推出的。由于要克服排气阀及通道处的流动阻力，气缸内的平均压力略高于排气管内的平均压力。排气阀在上止点后关闭，可利用废气流动惯性，实现过后排气。滞后角过大会导致废气倒灌入气缸，一般为10～70°CA。四冲程柴油机的换气过程曲线2024/3/1126

3)进气阶段从进气阀开启至关闭的全过程。

为减少进气过程的阻力，进气阀在上止点前10～40°CA开启。

进气阀刚打开瞬间，气缸压力略高于进气压力。且进气阀开度很小，排气有流动惯性，不会使废气倒灌入进气管。

进气阀在下止点后20～60°CA关闭。

过大的进气迟闭角可能会发生新鲜空气倒流入进气管，减小有效压缩比。

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4）气阀重叠和燃烧室扫气定义：上止点前后，从进气阀开启到排气阀关闭这段期间进气阀和排气阀同时开启着，它所对应的曲轴转角称为气阀重叠角(进气提前角+排气迟闭角)。作用：一方面

新鲜空气将燃烧室中残存的废气清扫到排气管，另一方面

新鲜冷空气对燃烧室壁面进行了冷却。换气特点：四冲程柴油机的进、排气过程分别在两个行程中完成，新气和废气互不掺混，因而其换气质量较高。2024/3/1128

应该指出的是，进、排气重叠角并不是越大越好。

进气阀开启过早，会造成废气倒灌入进气管。排气阀关闭过迟，产生新气流失，同时会降低涡轮前的排气温度，减少增压器涡轮获得的可用能。一般非增压柴油机气阀重叠角为25°～50°，增压柴油机气阀重叠角为80°～140°。2024/3/1129

（2）二冲程柴油机的换气过程(分为三个阶段)

第一阶段－自由排气阶段(B-R)从排气口(阀)的开启点B到开始进气的点R(缸内压力等于扫气压力)为止的阶段叫自由排气阶段。

特点：废气主要借缸内与排气管中的压差经排出。

D为扫气口开，此时缸内压力略高于扫气压力，但因扫气口节流及排气的流动惯性，不会发生废气倒灌入扫气箱的情况。2024/3/1130

第二阶段－强制排气和扫气阶段(R-C)

从进气开始(R点)到扫气口关闭(C点)为止。此阶段主要靠新气与缸内废气的压力差，利用新气清扫废气把废气从气缸中强制排出。

此阶段新气与废气发生掺混，并有部分新气经排气口排出(P点前，排气速度大于扫气速度，故压力下降)。2024/3/1131第三阶段－过后排气或过后充气阶段(C-E)

从扫气口关闭(点C)到排气口(或阀)关闭(点E)为止。此阶段缸内部分新鲜空气将经仍开启着的排气口排至排气管，是一个新气损失阶段，希望此阶段越短越好。点E后，其缸内开始压缩行程。对照此图，指出什么是有效压缩比？如果在C点时先关闭扫气口而到E点时再关闭排气口称之为过后排气。

如果在C点时先关闭排气口(阀)而到E点时再关闭扫气口称之为过后充气。

弯流扫气柴油机必先关扫气口，再关排气口，存在新气损失阶段，越短越好。

直流扫气柴油机排气阀可与进气口同时关闭或早于进气口关闭，可避免过后排气或实现过后充气。

二冲程柴油机的换气特点⑴换气时间短。二冲程机整个换气过程为120°～150°CA，而四冲程机则在450°CA以上，因此二冲程机换气结束后缸内残余废气较多。⑵换气质量差。二冲程机主要靠压差清扫废气，进气和排气过程同时进行，必然产生空气掺混，存在扫气死角和空气的短路流动，故换气质量差。⑶耗气量大

扫气消耗大量的新鲜空气；同时为控制热负荷，需要大量的新鲜空气冷却燃烧室。二冲程机耗气量大约为8.5kg/(kw.h)，四冲程机为6.5kg/(kw.h)。⑷气缸工作容积不能充分利用

气缸下端开有扫气口，降低了有效压缩比。

活塞行程中气口高度所占的部分成为失效行程。常以行程失效系数(活塞在下止点时活塞上平面到气口上边沿的距离与活塞行程之比)表示。

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2.气阀气口的角面值和时面值四冲程柴油机均采用气阀换气。气阀的开度是由配气凸轮形线控制而变化的，不可能在瞬时全开或全闭，故其流通面积是随着时间而变化的。二冲程柴油机的气缸均有气口。在换气过程中，气口的流通面积由活塞的运动决定，故其流通面积也是随时间变化的。2024/3/1136

图4－2(a)给出了四冲程柴油机的排气阀和进气阀流通面积随曲轴转角变化的曲线。图4－2(b)给出了直流阀式二冲程柴油机排气阀、进气口的流通面积随曲轴转角变化的曲线。排气阀问题：从上图你能看出而二四冲程柴油机的气阀(口)启闭有什么特点？2024/3/1137

角面值：气阀、气口流通面积随曲轴转角而变化的曲线与横坐标所包围的面积称角面值。

对于给定的柴油机它是一个定值。当转速不变时，由于

,则

时面值：

称时面值。

由上式可知，转速升高，时面值减小。2024/3/1138

时面值表示了气阀与气口的流通能力。在柴油机工作过程中，气口、气阀结炭，脏污，开度不足及转速增高时都会引起时面值减小，导致气阀、气口流通能力不足，气缸换气不良，使柴油机工作性能变差。

（1）气阀阀面与阀座配合阀面锥角座面锥角3.气阀机构的检查与评估全接触式：多用于小型高速机；阀线宽度一般为1.5～2.5ｍｍ。接触面大、耐磨、传热好，但易结炭和敲击产生麻点。外接触式：多用于强载中速机；阀面锥角比座面锥角小0.5～10；密封性好，拱腰变形后减小接触应力增加散热。内接触式：用于低速机；阀面锥角比座面锥角大0.2～0.50；钒钠腐蚀小，阀盘在高温高压燃气作用下会发生热变形与机械变形(周边翘曲)，使其与阀面接触变为外接触式，减小接触应力增加散热。阀面锥角增大，则气阀对中性好，密封性好，但磨损较大。通常为300(进气阀)或450(排气阀)。广泛应用的阀盘形状为平底。非增压四冲程机通常进气阀大于排气阀以提高充量系数。

（2）气阀导管1）作用（1）承受侧推力（2）气阀散热(占25%左右)

2）材料：常为铸铁或青铜3）润滑条件较差，常用滑油和柴油的混合油。

间隙大，散热不良，横向振动及漏气加剧。

间隙小，气阀容易咬死。

（3）旋阀器1）作用与类型作用：减少阀面与阀座的积炭，减小磨损；使阀盘均匀受热；消除阀杆导管间的积炭类型：棘轮式；杠杆式；旋转帽式－强载燃用劣质燃油柴油机排气阀；推进器式－用于大型低速机。2）原理：气阀开启过程中旋转。阀关闭时，钢球在下方，阀打开时，钢球在上方3）气阀旋转装置的工作性能检查MC柴油机：气阀旋转指示杆，和空气弹簧活塞上端面的凹槽配合作用：检查气阀开关状态和判断气阀是否旋转RTA柴油机：通过观察孔检查空气弹簧活塞螺栓的动作判断气阀是否旋转旋转帽式旋阀器：打开缸盖罩检查4.气阀间隙、气阀定时检查和调整（1）气阀间隙测量和调整定义：气阀的热胀间隙或冷态下气阀阀杆顶端与摇臂头部之间的间隙目的：留有受热后膨胀的余地，以防止运转中气阀关闭不严而漏气影响：过小，气阀受热后关闭不严；过大，气阀晚开早关，使阀杆与摇臂撞击严重，噪声大，磨损大

具体数值见柴油机说明书，一般排气阀大于进气阀、增压机大于非增压机、大型机大于小型机检查与调整冷车时，正车盘车使气阀顶杆的滚轮落在凸轮基圆上。在摇臂顶杆端略加力将摇臂压下，用塞尺测量摇臂与阀杆顶端间隙值(拖动塞尺感到稍有阻力为宜)并与给定值比较，如不符合要求，可通过摇臂上的调节螺栓进行调节直至符合要求，最后锁紧螺母锁紧并再次用塞尺检查。塞尺测量调整（2）气阀定时的检查与调整（气阀间隙必须符合要求）千分表触头压在进（排）气阀弹簧盘上然后缓慢盘车，直至表针稍有移动或回到原位，此时对应的即为进（排）气阀定时角。定时调整：转动凸轮法，气阀凸轮沿正车方向转动定时提前，反之滞后以下情况需要调整气阀正时：凸轮、滚轮等传动件磨损，链轮、链条再度张紧，凸轮轴安装不正确，气阀间隙太大或太小机械式气阀传动机构液压式气阀传动机构

5.换气过程质量评定参数1.残余废气系数(小于1，越小越好)定义：换气过程结束时，缸内残存的废气量Gr与充入气缸的新鲜空气量G0之比，即γr＝Ｇr／Ｇ０影响因素：燃烧室扫气、扫气形式和扫气的完善程度等2.充量系数（充气效率）(小于1，