船舶柴油机特性
柴油机特性
重点：柴油机特性的分类，速度特性和负荷特性。
难点：推进特性和限制特性。
单元一概述
一、柴油机的工况
1．发电机工况转速恒定
2．螺旋桨工况N=C n3
3．其它工况转速和扭矩之间没有一定的关系。
二、柴油机特性的分类
1．柴油机特性
柴油机的主要性能指标和工作参数（如排气温度T r、最高爆发压力p z、增压压力p k等）随运转工况变化的规律称为柴油机的特性。把这种变化规律在坐标上用曲线的形式表示出来，这种曲线称为柴油机的特性曲线。
2．目的
（1）评价柴油机的性能
（2）确定柴油机工况
（3）分析影响特性的因素
（4）检测柴油机的状态
三、柴油机特性的分类
N e=Cp e ni
1)速度特性p e不变，n改变
2)负荷特性n不变，p e改
3)推进特性n和p e均改变化
单元二速度特性
1．概念：将喷油泵油量调节杆固定在某一位置，改变柴油机外负荷以改变其转速，测量各转速下的功率N e、扭矩M e（或平均有效压力p e）、有效耗油率g e和排气温度T r等随转速的变化规律。
根据喷油泵油量调节机构固定的位置不同，有全负荷速度特性（亦称外特性）。
部分负荷速度特性和超负荷速度特性。
2．全负荷速度特性
（1）概念：将喷油泵油量调节杆固定在标定供油量位置，改变柴油机外负荷以改变其转速，测量各转速下的功率N e、扭矩M e（或平均有效压力p e）、有效耗油率g e和排气温度T r等随转速的变化规律。
（2）标准环境状况：
（3）柴油机功率的标定：我国国家标准规定了内燃机标定功率分为15分钟功率、1小时功率、12小时功率、持续功率四级。
15分钟功率：柴油机允许连续运行15分钟的最大有效功率。商船不允许使用这么大的功率。可作为军用车辆和舰艇的追击功率。
1小时功率：柴油机允许连续运行1小时的最大有效功率。可作为商船的超负荷功率。是最大持续功率的110％。1小时功率还可作为拖拉机、工程机械的最大使用功率。
12小时功率：柴油机允许连续运行12小时的最大有效功率。可以作为拖拉机、工程机械的正常使用功率。
持续功率：柴油机允许长期连期运行的最大有效功率。船舶柴油机就用它来标定功率，并同时标定其相应转速。我们通常所说的标定功率就是指这种功率，标定工况就是指这种功率及其相应转速。
国外船用柴油机常用的几种功率（工况）名称
MCR：最大持续功率，同时标有相应的转速。原含义相当于国家标准的持续功率标定工况，是设计选配螺旋桨的依据。
OR：超负荷功率工况。其功率为MCR功率的110％。
CSR：持续使用功率工况。船舶正常持久使用的功率工况。CSR负荷定得比MCR小，留有一定的功率储备。CSR 是船舶计划船期，油耗的主要依据。
ERP：按推进特性的经济功率工况。
ERG：按负荷特性的经济功率工况。
（4）全负荷速度特性曲线的制取
①起动柴油机，逐步将转速升高到标定转速，热车再逐步增加负荷至标定功率并使之在标定工况下稳定运转。
②将供油拉杆（或齿条）固定，使供油拉杆保持在标定工况供油量位置上。
③以转速为测量点，调节水力测功器以增加负荷，使柴油机在标定转速和最低稳定转速之间的各个不同测量点上稳定运转。同时测量并记录柴油机在各转速下的性能参数（Me、Pe、g e、Tr等），每个点测两次。
④将记录的性能参数作为纵坐标，以转速为横坐标绘制成曲线。
图9-2 6ESDZ75/160B型柴油机的全负荷速度特性
3．超负荷速度特性
我国船舶建造规范规定，柴油机的超负荷功率为标定功率的110％（作为船舶主机此时的转速是103％标定转速）。并且在12h运转期内允许超负荷运转１小时。
4．部分负荷速度特性
三、速度特性的参数分析
柴油机按速度特性工作时，喷油泵供油量调节结构固定在相应位置上，此时可认为喷油泵供油系数变化不大，即循环供油量基本不变。此时有关参数的变化规律如下：
（1）n增加，充量系数φC降低。
（2）n增加，非增压机过量系数α降低（φC降低），而增压机α增加（进气密度增加）。
（3）n增加，非增压机指示热效率ηi降低（与α成正比），而增压机ηi增加。
（4）n增加，非增压机平均指示压力P i降低（与ηi成正比），而增压机P i增加。
（5）n增加，非增压机和低增压机机械效率ηm降低（ηm=1-P m/P i，n增加，P m增大，而P i降低），而高增压机ηm 增加。
（6）n增加，非增压机平均有效压力P e（M e）降低，增压机P e（M e）增加。
（7）n增加，非增压机和低增压机ηe降低，而高增压机ηe增加。通常最大ηe（b e）发生在低于nb的某一转速。
单元三柴油机的负荷特性
1．概念：当转速保持不变时，柴油机的各性能指标和工作参数（如排气温度T r、最高爆发压力p z、增压压力p k等）随负荷的变化而变化的规律称为柴油机的负荷特性。
2．负荷特性曲线的制取
①起动柴油机，逐步将转速升高到标定转速，并使之稳定运转一段时间。
②逐步增大外负荷至选定的不同负荷（25％、50％、75％、90％、100％、110％Nb），并分别在选定的不同负荷时稳定运转，待有关参数稳定后，测取并记录有关性能参数和运转参数。试验中，每调节一次负荷，应同时改变调速手柄，使转速保持不变。
③将记录的性能参数和运转参数作为纵坐标，以Ne为横坐标绘制成曲线。
3．各性能参数随负荷变化的规律
（1）有效功率Ne和指示功率N i为过原点的直线。
（2）Ne增加，ηm增大，空车时ηm=0
（3）Ne增加，ηi和α均降低。
（4）Ne增加，ηe先期增加，后期降低。所以必在运转范围内出现最大ηe（b e）。
单元四推进特性
一、螺旋桨特性简介
1．螺旋桨水动力特性
根据螺旋桨理论，螺旋桨的推力F P和扭矩M P的公式为：
F P=K1ρn P2D4（9-1）
M P=K2ρn P2D5（9-2）
式中：ρ——流体的密度，千克/米3；
n P——螺旋桨转速，转/秒;
D——螺旋桨直径，米；
K1——推力系数；
K2——扭矩系数。
由试验可知，推力系数K1和扭矩系数K均与螺旋桨的进程比λP有关。λP表示螺旋桨每转一转实际产生的位移V P/n P与直径D之比，即λP=V P/（n P D）。在船舶稳定航行时，λP=常数，K1、K2均为定值，使螺旋桨吸收功率N P=Cn P3，相应推力为F P=C1n P2，扭矩为
M P=C2n P2。当转速n不变而V P降低时（如航行阻力增加），λP减小，K1、K2增加，即推力和扭矩都增加，相应的特性曲线均变陡（左移）。当λP=0时，即n=0，V P=0，称系泊工况，此时K1、K2最大，F P和M P也达到最大值。
2．不同λP 时的螺旋桨特性
3．不同H/D 时的螺旋桨特性
二、推进特性
1．概念：当柴油机作为船舶动力驱动螺旋桨工作时，在N e=Cn3变化的情况下，各性能参数随转速变化而变化的关系。
2．推进特性曲线的制取方法
（1）试验工况的确定
①确定N e =Cn3中的常数C。C=N e/ n3，按标定点确定。
②在柴油机工作的转速范围内，预先选定一组（6-7）转速n1、n2、n3、n4、n5、n6、n7作为试验中转速参数。
③由N e =Cn3，通过计算求出一组N e1、N e2、N e3、N e4、N e5、N e6、N e7作为试验中负荷参数。
表9-1
（2）试验方法和步骤
①起动柴油机，使之在接近n1的转速下运转。
②调节柴油机的调速手柄和测功器负荷（水力测功器的进水量），使转速为n1、负荷为N e1，待稳定运转后，测量并记录有关性能参数和运转参数。
③同理调节柴油机的另一个工况（n2、N e2）稳定工作，测量并记录有关参数。④⑤⑥⑦因
④以此类推可得其它选定工况点（n3、N e3）．．．．．．（n7、N e7）的有关参数值。
⑤以转速n为横横坐标，以记录的性能参数和运转参数作为纵坐标，绘制成曲线。
三、各性能参数随转速变化的规律
1．n增加，充量系数φC降低。
2．n增加，过量空气系数α降低。
3．n增加，指示热效率ηi降低（与α成正比）。
4．n增加，机械效率ηm增大（ηm=1-P m/P i，n增加，P i的增大量超过P m）。
5．n增加，初期ηe增加，b e降低（ηm的增大量大于ηi的降低量）；后期ηe降低，b e增加。通常增压机在80-90%nb 时ηe最大。
单元五调速特性
1．概念：当调速手柄固定在某一工况位置时，使负荷从零逐渐增加到最大值，在调速器的作用下，柴油机的的功率、扭矩等随转速的变化规律。
2．作用：考核调速器是否满足使用要求。
3．调速特性曲线的制取方法
一般在制取调速特性曲线时应同时完成突变负荷试验。
（1）突变负荷试验
①起动柴油机，逐步增加转速至标定转速，调节测功器，增加负荷，使柴油机在标定工况下稳定运转，然后将调速手柄固定。
②突然卸去全部负荷，柴油机在调速器的作用下，经历短暂时间后将在比最高瞬时转速稍低的最高空载稳定转速下运
转。
（2）调速特性试验（标定工况）
①从调速器控制的最高空载稳定转速起，以标定功率的25%、50%、75%、90%、100%或测功器读数的整数值为测量点，调节测功器以增加负荷，每调节一次负荷，待柴油机稳定运转后，测量一次M e、Ne、g e、T r等参数，直到转速下降到突变负荷前转速为止。
②以转速为横座标，以M e、Ne、g e、T r等参数为纵座标绘出曲线。
下图为装有全制式调速器柴油机的调速特性。图中斜线2～6相当于转速设定机构固定于不同位置时的调速特性。上包络线1是全负荷速度特性。斜线5为标定位置时的调速特性。
单元六限制特性和柴油机的使用范围
一、柴油机的限制特性
1．限制特性的概念：是指柴油机在各种转速下的最大有效功率，使柴油机的机械负荷和热负荷不超过为保证它可靠工作而规定的允许范围。
按柴油机的种类不同，在确定其运转功率的限制范围时，可把P Z、Pe、M e、α和T r作为限制因素，通常是M e、α和T r。
2．限制特性的作用：防止超扭矩和超温度。
3．等转矩限制特性（限制机械负荷）
船用柴油机在各种转速下保持标定功率Nb和标定转速n b下的标定扭矩M b不变时，功率和转速的变化关系称为等转矩限制特性。
建立等转矩限制特性的条件是：各转速下的M e都等于标定工况点的M b。
由Ne=M e n/9550 Ne=M b n/9550=An （A=M b/9550）可知：
等转矩限制特性曲线是一条通过坐标原点和标定工况点的直线，当柴油机在这条直线以下工作时，可保证轴系的机械负荷都不超过允许值。
4．等排温限制特性（限制热负荷）
柴油机在各种转速下保持标定工况点过量空气系数α不变时，功率和转速的变化关系称为等过量空气系数限制特性。
建立等过量空气系数限制特性的条件是：各转速下的α都等于标定工况点的αb。若柴油机在各种转速下都保持不小于αb，则热负荷不超过标定工况点水平。
但柴油机在实际运转中的α值难于测量，同时保持α值不变是困难的，而排气温度是可测量的并能在一定条件下反映出柴油机的热负荷，因此常用排气温度作为限制热负荷的一个参数。
建立等排气温度限制特性的条件是：各转速下保持标定工况点的排气温度不变时，功率和转速的变化关系称为等排温限制特性。
上图为某一柴油机限制特性，从图中可知，在转速下降初期，是以转矩作为主要限制参数，而转速下降后期，则以排温作为限制特性。
二、柴油机的允许工作范围
船用柴油机允许工作范围是由最大功率、最小功率、最高转速和最低转速四个方面来限制。
1．柴油机在各种转速下允许达到的最大功率（负荷），是由等转矩限制特性曲线3和等排温限制特性曲线1来限制。2．柴油机在各种转速下允许达到的最小功率（负荷），是由最小负荷速度特性曲线8来限制。
3．柴油机在各种负荷下允许达到的最高转速是由标定工况点的调速特性曲线5来限制。
4．柴油机在各种负荷下允许达到的最低转速是由按推进特性曲线工作的最低稳定转速曲线10来限制的。
第七节柴油机与螺旋桨的配合
1．机桨匹配的基本原则
既使柴油机的功率得到充分利用，又使柴油机的功率在全部运转速范围内都不超出允许的范围。
（1）以主机标定功率配桨
原则上是在柴油机标定转速下使设计选配的螺旋桨吸收的功率恰好等于柴油机的标定功率N eH(螺旋桨曲线过MCR点)如图9-19所示。螺旋桨与柴油机的匹配点在柴油机的标定工况(MCR)点a。曲线1即为柴油机的全负荷速度特性线。当要柴油机在低于标定转速n H的某一转速n2下运转时，就减小油门，减少每循环供油量。曲线2即为相应的部分负荷速度特性线。交点b就是这时柴油机、螺旋桨的工况点。从图上看出，这时柴油机的功率不仅小于标定功率N eH，而且小于这个转速下由全负荷速度特性曲线所限定的功率（对应于d点的的功率。这里为了分析简便，以全
负荷速度特性作为限制特性。）可见，在转速n H到n min的全部变化范围内，柴油机的功率都不会超出允许的范围。在运转中还允许柴油机在高于n H的最大转速n max下工作。这时需要增加供油量，相应于这个供油量的超负荷速度特性曲线3 与螺旋桨特性曲线相交于C点。这时柴油机处于超负荷状态，因此只允许柴油机短时间在这个转速下工作。
（2）螺旋桨结构参数对机桨配合的影响
图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、是三个螺旋桨的特性曲线。螺旋桨Ⅱ配得过重、螺旋桨Ⅲ配得过轻。螺旋桨Ⅰ则匹配正确，其特性曲线正好过标定工况点a。曲线1为柴油机全负荷速度特性曲线，旋桨吸收的功率恰好等于柴油机的标定功率。
当螺旋桨配得过重时，这时螺旋桨特性曲线Ⅱ与柴油机全负荷速度特性曲线相交于b点，此时尽管油门加大到标定位置，但柴油机的功率和转速均达不到标定值，而负荷(p e) 却已达到持续运转的限制值（全负荷速度特性作为限制特性）。如要让柴油机发出标定功率N eH，就需要进一步增大供油量，如f点所示。这时负荷(p e)已超过标定值了。如要使柴油机在标定转速n H下工作，如e点所示，就更是超负荷了。可见，当螺旋桨配得过重时，要么造成柴油机超负荷（这是不允许的），要么柴油机功率发不足。柴油机的能力无法得到充分利用。
当螺旋桨配得过轻时，这时螺旋桨的特性曲线Ⅲ与柴油机全负荷速度特性曲线相交于d点，即柴油机油门推到标定位置时就超速了。为了使柴油机在标定的转速n H下工作，只得减少油门，让它在部分负荷速度特性曲线4上工作。这时工作点为C点，柴油机的功率小于标定功率N eH，也不能发足。可见，当螺旋桨配得过轻时，要么造成柴油机超转速（这是不允许的），要么柴油机功率发不足。柴油机的能力也无法得到充分利用。
二、外界状况（船舶阻力）对对机桨配合的影响
三、选配螺旋桨时的功率储备
四、系泊工况及航行中的过渡工况
1．系泊工况
船舶在建成或修理后，为了检验主机的运转情况和操纵性能，需要在码头上进行系泊试验。在船舶系泊不动的情况下主机带着螺旋桨运转的工况称为系泊工况。这时船速为零，进程比λP为零，图9-4中的扭矩系数K2达到最大值，螺旋桨特性曲线明显比正常稳定航行时陡，如补图9-3所示。图中曲线1和2分别为正常稳定航行和系泊试验时的螺旋桨特性曲线。线3为主机的全负荷速度特性曲线。船舶正常稳定航行时，主机与螺旋桨配合工作于a点，即在标定转速n H下发出标定功率N eH。系泊试验时，主机与螺旋桨配合工作于b点，其相应的转速n b和功率N eb均比n H和N eH 明显减小。如系泊试验时主机转速大于n b，由补图9-3中可以看出，主机就会超负荷。因此为了保证主机不致超负荷，应使系泊试验时的转速不大于n b，若由于缺乏技术资料而无法确定n b值，则可取0.80～0.85n H作为试验时的最高转速。系泊试验时还应特别注意排气温度。当排气温度达到船舶在全速航行时的正常排气温度时，就应进一步降低试验转速。
2．起航工况
船舶起航时，由于质量很大，船速从零缓慢增加。起航瞬时λP为零，然后逐渐增加到正常航行时的值a，因此螺旋桨特性曲线在起航瞬时相当陡，如补图9-4中曲线λP＝0所示，然后随着航速的逐渐增加而逐渐变缓，直到正常航行时图中曲线λP＝a的位置。
起航时，如驾驶台要求的转速为n a以上某一转速，由于这时螺旋桨按λP=0工作，如将加油手柄推到相当于全负荷速度特性曲线Ⅰ的油门格数，主机转速达到n a。这时工作点a一般位于等转矩限制线01的上方，使主机的负荷超过了限制。怎么避免这种情况呢？由补图9-4可见，λP=0的螺旋桨特性曲线与转矩限制特性线01相交于b点，只要起航时主机转速不超过b点对应的转速n b，即可保证主机的转矩在允许的范围内。正确的操作应是，推动油门手柄使主机的起动转速小于或等于n b，待船速增加，螺旋桨特性曲线逐渐变缓，向曲线λP=a靠近，才逐渐加大油门格数，使转速达到所要求的值。起动时推动油门手柄过急除了会造成柴油机机械负荷超过限制外，还会使受热零部件由于温度突然升高，受到过大的热应力而引起裂纹等故障。此外，如果推动油门手柄过急，每循环供油量很快就加大，而这时螺旋桨特性线仍较陡，主机转速较低，涡轮在单位时间内获能次数较少。再加上增压器转子有一定惯性，在加速过程中就会出现油多气少（过量空气系数α太小）的情况。致使燃烧不良，热负荷过高，出现排气冒黑烟的现象。
3．加速工况
船舶起航驶离港口后，需要逐渐加速以达到全速航行。此时，如轮机员操纵不当也会使主机超负荷。船舶在较低航速下稳定航行时，主机按部分负荷速度特性线Ⅰ工作，螺旋桨特性曲线a，配合工作点为1，对应的转速为n1。当驾驶台命令全速前进时，如果加速过快，立即将油门手柄推至标定位置。主机的工作曲线就由Ⅰ转到全负荷速度特性曲线Ⅱ。主机发出功率增加，螺旋桨转速迅速增加，但由于船的质量很大，船速还没迅速提高，因而λP=V P/(n P D)迅速变小，螺旋桨特性曲线迅速从曲线a变为曲线b，工作点迅速从1移到2′。此后由于推力大于阻力，船速逐渐提高，螺旋桨特性曲线随着λP的逐渐加大从曲线b逐渐移向曲线a，工作点则沿着线Ⅱ从2′逐渐移至2，达到新的平衡。在加速过程中，工作点是沿1-2′-2变化的，其中1-2′过程的时间很短，而2′-2过程是船速逐渐提高的过程，时间相对较长，且位于等转矩线之上。也就是说，在这过程中柴油机大部分时间是在超机械负荷情况下运行的。在这种情况下正确的操作是：缓慢加大油门，使主机的转速差不多与船速成比例地增大，这样船舶加速过程中工作点就接近于沿曲线1～2变化，柴油机就不会超负荷了。
4．转弯工况
船舶转弯时，舵要偏转一个角度，船体在斜水流中前进，船舶阻力有所增加。在相同螺旋桨转速下，船速会降低，进程比λP减小，螺旋桨特性曲线变陡。当主机油门固定不变时，船舶在转弯中常发现主机转速自动降低，当转弯过程结束时，转速又恢复原来数值。所以在转弯时，若发现主机转速降低，不应去加大油门。如果主机装全制式调速器，在此情况下可能自动加油，这时要注意限制喷油量以防止超负荷。
当船舶采用双螺旋桨推进，转弯时，由于船舶横移和转向，两个螺旋桨都在斜水流中工作，且水流速度和方向均不相同，从而使两桨之间的负荷分配不均，靠近转弯中心的内桨负荷增加要比外桨大，内桨的转速因而下降很多。而外桨在转变开始时负荷变轻，之后又逐渐增加，所以外桨转速开始升高，而后又下降。由此可见，采用双桨推进，当船舶转弯时，带动内桨的主机容易超负荷。考虑到这种情况，转弯时应该把主机的转速适当降低些，即应在低航速和较小舵角条件下进行转弯操纵。
5．倒车工况
船舶在港内航行，靠离码头或者遇到避碰等紧急情况时，常需改变主机的回转方向，使前进的船舶迅速停止下来，或改为倒航。补图9-6所示为主机倒车换向过程工况的曲线。图中横座标为转速的百分数。纵座标为转矩的百分数。曲线A、B和C分别为船在全速、半速和系泊情况下根据船模试验画出的螺旋桨倒转工况变化曲线。在主机的全部换向过程中，假定船速没有变化。
现在来研究船舶全速前进时，主机从正车改为倒车的运转情况（图中曲线A）。原先，主机和螺旋桨配合工作于标定工况点a，在接到倒车命令后，首先停止向主机供油，主机转速迅速下降，因螺旋桨的进程比λP迅速增加，因此转矩迅速下降。当转速下降到b点（60～70％n H）时，螺旋桨的转矩为零。a-b为螺旋桨倒转的第一阶段。
在b点以后，由于船仍旧全速前进，螺旋桨被水冲击产生负转矩，象水涡轮一样带动主机仍按正车方向回转。此负转矩为主机运动部件和轴系磨擦损失所消耗，所以转速迅速下降。当螺旋桨转速降为30～40％n H时，负转矩达到最大值（点c）。在点c之后，转速再降低时，由于作用在螺旋桨上的水流偏离了产生最大负转矩的最佳方向，负转矩开始逐渐减小。当负转矩下降到与主机运动部件和轴系的磨擦阻力矩相平衡时，螺旋桨就停止转动（点d）。b-c-d 为螺旋桨倒转的第二阶段，即水涡轮阶段。
在d点之后，倒车起动主机开始倒转（起动力矩必须大于此时螺旋桨的负转矩）。此后主机带动螺旋桨倒车转动，产生负的推力，对船舶起着制动作用。但此时船舶仍在全速前进，所以当倒车转速达40～60％n H时，轴系承受的转矩已达极限值M eH。
当船半速前进而主机开倒车时，螺旋桨转矩与转速的变化关系（曲线B）与全速时相似，只是负转矩值要小。当船舶在系泊情况下主机开倒车时，螺旋桨没有水涡轮工作阶段，因此不出现负转矩（曲线C）。图中D线为船全速前进时实际的螺旋桨倒转工况变化曲线，它已经考虑了主机在制动和换向过程中船速逐渐降低的情况。
必须指出，在主机换向过程中，一般都存在着螺旋桨的水涡轮工作阶段，特别是由“前进三”紧急开倒车时，螺旋桨的负转矩（点c′）较大，如不进行倒车制动，只依靠主机运动部件和轴系的磨擦阻力矩来消耗螺旋桨的负转矩，则必须等船速下降很多之后，桨的负转矩已较小，并且与磨擦阻力矩相平衡时，轴系才能停转（n=0）。也就是说，图中曲线D上c′-d′段所需的过渡时间很长，船舶在此期间由于惯性而滑行的距离可能为船长的5～6倍。这么大的滑行距离，对于避碰的紧急情况是危险的。为了使主机尽快开出倒车，阻止船舶前进，必须在转速降至30～40％n H（即出现较大的负转矩）时，将压缩空气送入主机气缸进行强迫制动，使主机停转、倒转进而实现倒车起动。为此，在操纵主机时，在点a停止向主机供油后，应不失时机地进行主机的换向。当转速降至30～40％n H时，在轴系仍按正车回转的情况下，提前进行倒车起动，即强迫制动。在空气制动过程中，由于点c′的转矩（绝对值）小于主机的标定转矩M eH，因此轴系不会超负荷。有时船速太高，利用空气瓶中现存的压力不能一次制动成功，为了节约压缩空气，应耐心稍等几秒钟，待转速进一步下降再做第二次制动。关于各种操纵系统的机动操纵，详见后述。
必须注意，在进行紧急制动时，船舶仍在前进、主机开出倒车后，当转速为40～60％n H时，转矩已达标定值，若转速过高，主机和轴系就会发生超负荷。而且由于船舶伴流方向和柴油机转向相反，船体可能产生强烈振动。因此，在开出倒车后，应让柴油机转速逐步提高，且不能过高。
船舶倒航时，由于船舶阻力较正航时为大，而且螺旋桨效率也较低，因此螺旋桨特性曲线较陡。为了保证倒航时主机不致超负荷，必须使倒车的最大转速不超过标定转速的70～80％。具体转速应根据排烟温度来确定。
在一般情况下，当船舶全速前进时，是不准紧急倒车的，但在特殊的紧急情况下，船长决意采取紧急倒车措施时，应意识到为了船舶安全而可能损伤主机和轴系，并尽量避免在船速较高时进行倒航操作。
补图9-7为某货船（32000dwt，8160kW，船长195.8m）实测的倒车工况曲线，该图表示了在不同船速下，船速、主机转速和船舶滑行距离的变化情况。当船舶在全速航行时，不进行倒车制动，只进行全速正车－停车操作，从主机停止供油开始主机转速n1由125r/min降至0，需时5.1min；船速V1由15kn降至0，需时20min，则船舶滑行距离S1为3150m，约为船长的16倍。如进行倒车制动，进行全速正车－全速倒车操作，从主机停止供油开始，船速V2由14kn降为0，需时5.33min，S2为1200m（6倍船长）。滑行的距离和时间明显下降，如在较低船速下倒航，进行半速正车－全速倒车的操作，船舶滑行距离只有700m（3.5倍船长）。
船舶柴油机复习资料(全)
1．柴油机特性曲线：用曲线形式表现的柴油机性能指标和工作参数随运转工况变化的规律。2．扫气过量空气系数：每一循环中通过扫气口的全部扫气量与进气状态下充满气缸工作容积的理论容气量之比 3．封缸运行：航行时船舶柴油机的一个或一个以上的气缸发生了一时无法排除的故障，所采取的停止有故障气缸运转的措施。 4．12小时功率：柴油机允许连续运行12小时的最大有效功率。 5.有效燃油消耗率：每一千瓦有效功率每小时所消耗的燃油数量。 6．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。 7．燃烧过量空气系数：对于1kg燃料，实际供给的空气量与理论空气需要量之比。 8．敲缸：柴油机在运行中产生有规律性的不正常异音或敲击声的现象。 9．1小时功率：柴油机允许连续运行1小时的最大有效功率。（是超负荷功率，为持续功率的110%。） 10.平均有效压力：柴油机单位气缸工作容积每循环所作的有效功。 11.热机：把热能转换成机械能的动力机械。 12.内燃机：两次能量转化（即第一次燃料的化学能转化成热能，第二次热能转化成机械能）过程在同一机械设备的内部完成的热机。 13.外燃机： 14.柴油机：以柴油或劣质燃料油为燃料，压缩发火的往复式内燃机。 15.上止点：活塞在气缸中运动的最上端位置，也是活塞离曲轴中心线最远的位置。下止点 16.行程：活塞从上止点移动到丅止点间的位移，等于曲轴曲柄半径R的两倍。 17.气缸工作容积：活塞在气缸中从上止点移动到丅止点时扫过的容积。 18.压缩比：气缸总容积与压缩室容积之比值，也称几何压缩比。 19.气阀定时：进排气阀在上.丅止点前启闭的时刻称为气阀定时，通常气阀定时用距相应止点的曲轴转角表示。 20.气阀重叠角：同一气缸在上止点前后进气阀与排气阀同时开启的曲轴转角。（进排气阀相通，依靠废气流动惯性，利用新鲜空气将燃烧室内废气扫出气缸） 21.扫气：二冲程柴油机进气和排气几乎重叠在丅止点前后120-150曲轴转角内同时进行，用新气驱赶废气的过程。 22.直流扫气：气流在缸内的流动方向是自下而上的直线运动。（空气从气缸下部扫气口，沿气缸中心线上行驱赶废气从气缸盖排气阀排出气缸） 23.弯流扫气：扫气空气由下而上，然后由上而下清扫废气。 24.横流扫气：进排气口位于气缸中心线两侧，空气从进气口一侧沿气缸中心线向上，然后再燃烧室部位回转到排气口的另一侧，再沿中心线向下，把废气从排气口清扫出气缸。 25.回流扫气：进排气口在气缸下部同一侧，排气口在进气口上方，进气流沿活塞顶面向对侧的缸壁流动并沿缸壁向上流动，到气缸盖转向下流动，把废气从排气口中清扫出气缸。 26.增压：提高气缸进气压力的方法，使进入气缸的空气密度增加，从而增加喷入气缸的燃油量，提高柴油机平均有效压力和功率。 27.指示指标：以气缸内工作循环示功图为基础确定的一些列指标。只考虑缸内燃烧不完全及传热等方面的热损失，不考虑各运动副件存在的摩擦损失，评定缸内工作循环的完善程度。 28.有效指标：以柴油机输出轴得到的有效功为基础，考虑热损失，也考虑机械损失，是评定柴油机工作性能的最终指标。 29.平均指示压力：一个工作循环中每单位气缸工作容积的指示功。 30.指示功率：柴油机气缸内的工质在单位时间所做的指示功。 31.有效功率：从柴油机曲轴飞轮端传出的功率。
船舶用柴油发动机资料
一、柴油机的概述 1．热机 热机是指把热能转换成机械能的动力机械。蒸汽机、蒸汽轮机以及柴油机、汽油机等是热机中较典型的机型。 蒸汽机与蒸汽轮机同属外燃机。在该类机械中，燃烧（燃料的化学能转变成热能）发生在汽缸外部（锅炉），热能转变成机械能发生在汽缸内部。此种机械由于热能需经某中间工质（水蒸气）传递，必然存在热损失，所以它的热效率不高，况且整个动力装置十分笨重。在能源问题十分突出的当前，它无法与内燃机竞争，因而已经在船舶动力装置中消失。 2．内燃机 汽油机、柴油机以及燃气轮机同属内燃机。虽然它们的机械运动形式（往复、回转）不同，但具有相同的工作特点──都是燃料在发动机的气缸内燃烧并直接利用燃料燃烧产生的高温高压燃气在气缸中膨胀作功。从能量转换观点，此类机械能量损失小，具有较高的热效率。另外，在尺寸和重量等方面也具有明显优势，因而在与外燃机竞争中已经取得明显的领先地位。 在内燃机中根据所用燃料不同，可大致分为汽油机、煤气机、柴油机和燃气轮机。它们都具有内燃机的共同特点，但又都具有各自的工作特点。由于这些各自不同的特点使它们在工作原理、工作经济性以及使用范围上均存在一定差异。如汽油机使用挥发性好的汽油做燃料，采用外部混合法（汽油与空气在气缸外部进气管中的汽化器进行混 1
合）形成可燃混合气。缸内燃烧为电点火式（电火花塞点火）。这种工作特点使汽油机不能采用高压缩比，因而限制了汽油机的经济性不能大幅度提高，而且也不允许作为船用发动机使用（汽油的火灾危险性大）。但它广泛应用于运输车辆。 3．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劣质燃料油做燃料。采用内部混合法（燃油与空气的混合发生在气缸内部）形成可燃混合气；缸内燃烧采用压缩式（靠缸内空气压缩形成的高温自行发火）。这种工作特点使柴油机在热机领域内具有最高的热效率（已达到 55％左右），而且允许作为船用发动机使用。因而，柴油机在工程界应用十分广泛。尤其在船用发动机中，柴油机已经取得了绝对领先地位。 根据英国劳氏船级社统计，1985年全世界制造的船舶中（2000t 以上）以柴油机作为推进装置者占99.89％，而到1987年100％为柴油机船。船用主机经济性、可靠性、寿命是第一位，尺寸、重量是第二位，低速机适用作船用主机，大功率四冲程中速机适用作滚装船和集装箱船，中、高速机适用作发电机组。柴油机通常具有以下突出优点： （1）经济性好。有效热效率可达50％以上，可使用廉价的重油，燃油费用低。 （2）功率范围宽广，单机功率从0.6kW～45600kW，适用的领域广。（3）尺寸小，重量轻，有利于船舶机舱布置。
船舶柴油机主推进动力装置832 第七章 柴油机的特性91题
第七章柴油机的特性91题 第一节船舶柴油机的工况和运转特性的基本概念11题 考点1：船舶柴油机的运转工况5题 1 发电机工况 电力传动的船舶主机和发电副机按发电机工况运行。在这种工况下，为了保持电网电压稳定和一定的电流频率，由调速器控制柴油机保持恒速运转。它的功率随着航行条件的变化或船舶用电量的变化，可以从零变化到最大许用值。因此，柴油机的发电机工况是转速不变而功率随时发生变化的工况。 2 螺旋桨工况 用来直接驱动螺旋桨的船舶主机是按螺旋桨工况运行的。在此工况下，柴油机按一定的转速将其功率通过轴系传给螺旋桨，螺旋桨在水中旋转产生推力克服船舶航行阻力使船保持航速。螺旋桨的吸收功率就等于主机发出的功率（忽略轴系的传递损失情况）。在螺旋桨工况下，柴油机发出的功率和其转速都是改变的。螺旋桨在工作时其吸收功率与转速的m次方成比例（P p＝cn m）。通常在稳定运转时，螺旋桨吸收功率P p与转速n的三次方成比例，即P p∝n３。相应柴油机功率Pe 与转速的关系可写成Pe＝cn３。我们把柴油机按此关系运转的工况称为柴油机的螺旋桨工况。 3 其他工况 柴油机在此类工况下运行时，它的功率与转速之间没有一定的关系。柴油机的转速是由工作机械所需的速度决定的，而功率则由运行中所遇到的阻力决定。比如驱动调距桨的主机是根据不同的调距桨叶的角度在某一转速下要求不同的功率；驱动应急救火泵或应急空压机的柴油机分别要求符合水泵或空压机的工况；即使直接驱动螺旋桨的主机，当航行条件和运行状态发生变化时（海面状况、气象条件、航区、装载、船舶污底以及船舶转向等），船舶阻力发生改变，通过螺旋桨影响主机的功率和转速。 A1.柴油机转速不变而功率随时发生变化的工况，称为（）。 A．发电机工况 B．螺旋桨工况 C．面工况 D．应急柴油机工况 B2. 柴油机的功率随转速按三次方关系而变化的工况，称为（）。 A．发电机工况 B．螺旋桨工况 C．面工况 D．应急柴油机工况 C3. 柴油机在同一转速下可有不同输出功率，在同一功率下可有不同转速，这种工况称为（）。 A．发电机工况 B．螺旋桨工况 C．面工况 D．应急发电机工况
船舶柴油机
船舶柴油机 第一章 柴油机基本工作原理 第一节 柴油机概述 1.柴油机的优点： ①热效率最高可达到55% ②功率范围广，从0.6kw至47000kw ③机动性好，起动方便，加速性能好，便于使用和管理 2.柴油机的缺点： ①存在振动和噪音 ②工作环境恶劣，高温，高压 第二节 柴油机的基本结构和几何术语 一、柴油机的基本结构 1.固定部件 主要包括机座、机体、气缸盖、气缸套和主轴承等。 2.运动部件 主要包括活塞组件、连杆组件和曲轴飞轮组件等。 3.主要系统 主要有配气系统、燃油系统、冷却系统、润滑系统以及起动、换向和调速等系统。 二、常用几何术语 ⑴上止点：活塞在气缸中运动的最上端位置，即离曲轴中心线最远的位置。 ⑵下止点：活塞在气缸中运动的最下端位置，即离曲轴中心线最近的位置。 ⑶曲柄半径R：曲轴回转中心线到曲柄销中心线的距离。 ⑷冲程S：活塞在上、下止点之间移动的距离。冲程又称行程，它等于曲轴曲柄半径R的两倍，即S=2R。 ⑸缸径D：气缸套的内径。 ⑹压缩室容积：活塞位于上止点时，活塞顶与气缸盖底面之间的气缸容积，又称燃烧室容积。 ⑺气缸工作容积：活塞从上止点移动到下止点所扫过的气缸容积。 ⑻气缸总容积：活塞位于下止点时，活塞顶以上的全部气缸容积，是压缩室容积与气缸工作容积之和。 ⑼压缩比ε：气缸总容积与压缩室容积的比值亦称几何压缩比。 第三节 柴油机的工作原理 一、四冲程柴油机工作原理
⒈四冲程柴油机工作原理 第一冲程——进气冲程 这一冲程的任务是使气缸内充满新鲜空气。活塞由上止点下行，进气阀已打开，由于气缸容积不断增大，缸内压力下降，依靠气缸内外的气压差作用，新鲜空气通过进气阀被吸入气缸。由于受流阻等影响，在进气过程的大部分时间里，气缸内压力低于大气压力，到下止点时，缸内气压的为0.08～0.95Mpa，温度约为30～70℃。为了使柴油机作功更完善，必须在进气过程尽可能多吸入新鲜空气。进气阀开启始点至上上点的曲柄转角叫做进气提前角。下止点到进气阀关闭位置的曲柄转角叫做进气延迟角。 第二冲程——压缩冲程 这一冲程的任务是压缩第一冲程吸入的空气，提高空气的温度与压力，为柴油机燃烧及膨胀作功创造条件。活塞从下止点向上运动，自进气阀关闭开始压缩，一直到活塞到达上止点为止。活塞上行，气缸容积减少，缸内气体压力和温度随之升高，到达压缩终点时，压力增高到 3～6MPa，温度升至 600～700℃（柴油的自燃温度为270℃左右）。 第三冲程——燃烧和膨胀冲程 这一冲程的任务是完成两次能量转换。在活塞到达上止点前，燃油经喷油器以雾状喷入气缸的高温高压空气中，并与其混合，在上止点附近自燃，由于燃油强烈燃烧，使气缸内气体温度迅速上升到1400～1800℃或更高些，压力增加至5～8MPa，甚至15MPa以上。燃烧产生的最高压力称最高爆发压力，用p z表示，最高温度t z表示。高温高压燃气膨胀推动活塞下行作功。在上止点后的某一时刻燃烧基本结束，燃气继续膨胀，到排气阀下止点前开启时膨胀过程结束。 第四冲程——排气冲程 这一冲程的任务是将作功后的废气排出气缸外，为下一循环新鲜空气的进入提供条件。这一阶段，要求废气排得越干净越好，所以与进气阀启闭一样，排气阀也是提前开启，延迟关闭。排气阀开启时，活塞尚在下行，废气靠气缸内外压力差进行自由排气。从排气阀开启到下止点的曲柄转角叫做排气提前角。当活塞从下止点上行时，废气被活塞推出气缸，此时排气过程是在略高于大气压力（约1.05～1.1大气压），且在压力基本不变的情况下进行的。排气阀一直延迟到活塞到达上止点之后才关闭，这样可利用气流的惯性作用，继续排出一些废气。上止点到排气阀关闭位置的曲柄转角叫做排气延迟角。 总结：四冲程柴油机每完成一个工作循环，曲轴要转两转，每个
船舶柴油机的分类
基础知识No Responses ? 二 122011 柴油机自1897年问世以来，经过一个世纪的发展，其技术已经取得了很大进步并更趋完善，在动力机械中已占据极为重要的地位。在船舶动力中也占统治地位。目前，在所有的内河及沿海中、小型船舶中，都采用柴油机作为主机和辅机；在远洋民用船舶中，在2000t以上的船舶中，以柴油机作为主机的船舶占总艘数的98%以上，占总功率的96%以上。 一、柴油机的优点 柴油机能在动力机械以及船舶动力装置中占据极为重要的地位，是因为它具有许多优越的条件。与其它热机相比，它具有如下优点： （1）热效率高。大型低速柴油机的有效效率已达到50％～53％，远远高于其他热机；而且柴油机在全工况范围内的热效率都较其它热机高。热效率高，也就是燃料消耗量小；柴油机又能燃用重油，甚至劣质重油；而且柴油机在停车状态时不需要消耗燃料。故燃料费用低，船舶的续航力大。 （2）功率范围大。柴油机的单机功率自1至80080kW，因此其适应的领域宽广。 （3）机动性好。正常起动只需3～5s，并能很快达到全负荷。有宽广的转速和负荷范围，能适应船舶航行的各种要求，而且操作简便。 （4）尺寸小，重量轻。柴油机不需要锅炉等大型附属设备，使柴油机动力装置的尺寸小、重量轻，特别适合于在交通运输等动力装置中应用。 （5）可直接反转。柴油机可设计成直接反转的换向柴油机，而且倒车性能好，使装置结构简单。 二、柴油机的类型 由于柴油机的应用广泛，因此，为满足各种不同的使用要求，柴油机的类型也就多种多样。根据柴油机的各种不同特点以及不同的分类方法，船舶柴油机大体上有以下类型： （1）按工作循环分类。有四冲程柴油机和二冲程柴油机。 （2）按进气方式分类。有增压柴油机和非增压柴油机。 （3）按曲轴转速分类。有高速、中速和低速柴油机。 高速柴油机：n>1000r/min；中速柴油机：n=300～1000r/min；低速柴油机：n<300r/min。
船用柴油机
上海国际海事信息与文献网发布时间:2007-03-20 浏览:3123 【摘要】从船用柴油机的市场、产品、技术等方面介绍了柴油机的现状及发展动向。论述当前国外气缸直径160 mm以上，单机功率大于1000 kW的大功率低速、中速、高速柴油机的总体技术水平、技术发展概况，特别是在提高可靠性、改善其低工况特性、降低其排放和智能柴油机等方面进行阐述，并预测今后的发展趋势。 0 引言 柴油机因其功率范围大、效率高、能耗低、使用维修方便而优于蒸汽机、燃气轮机等，在民用船舶和中小型舰艇推进装置中确立了主导地位。船用柴油机的整体结构及其零部件结构不断改进，特别是电子技术、自动控制技术在柴油机上的应用，使其各项技术指标不断创新，市场上已有一批性能好、油耗低、功率范围大、废气排放符合法定标准、可靠性高的产品。 柴油机相对汽油机的最大优点在于高压缩比。这使最大功率、热效率提高，油耗降低；发动机坚固、耐用，寿命变长。但柴油机缺点在于比功率低于汽油机，对空气利用率低，摩擦损失大。 1 低速柴油机 低速柴油机由于性能优良、可靠性好、使用维护方便、能燃用劣质燃油等优点，已成为大型油船、大型干散货船、大型集装箱船的主要动力。最新型低速柴油机在许多方面趋于一致。即结构方面，采用非冷却式喷油器、可变喷油定时油泵、长尺寸连杆、液压驱动式排气门、单气门直流扫气、定压增压、高效涡轮增压器；性能方面，平均有效压力不断提高，增加活塞平均速度，改进零部件结构，增加强度，保持原有的低燃油消耗水平，使单缸功率不断增大，使用寿命延长。电子液压控制系统取代传统的机械式的凸轮驱动机构，简化柴油机设计，降低成本，优化运行控制。近年来，其爆发压力从8 MPa上升到16 MPa，燃油消耗率从208g/(kw·h)降至155g/(kw·h)左右。 目前世界船用低速柴油机市场仍被MAN B&W、Wartsila-New Sulzer和日本三菱重工三大公司垄断，以生产总功率来说，分别约占57％、33％和10％。 MAN B&W公司通过提高气缸平均有效压力和活塞平均速度来提高单缸功率。为使MC系列柴油机的NOx排放量降低，采用提高压缩比和可导致平稳燃烧的喷射系统等措施。 为了在减少NOx排放时不影响燃油消耗率，在设计时应考虑采用增加喷射压力、压缩比、燃烧压力、增压器效率等措施。MAN B&W 6L60MC型柴油机是世界上第一台正式投入使用的“智能化”主机，其燃油喷射和排气阀控制均通过电子计算机完成，达到了低油耗、NOx低排放的目标。 Wartsila-New Sulzer公司通过重组后，在开发、设计和制造能力方面骤然大增。RTA系列低速柴油机为该公司20世纪80年代开发，至今近20年来该公司通过提高平均有效压力、增加活塞平均速度，探索达到更大功率的可能性。 通过增大行程／缸径比，探索提高推进效率的方法；通过提高最大燃烧压力和可变燃油正
船舶柴油机知识点梳理
上止点（T.D.C）是活塞在气缸中运动的最上端位置。 下止点（B.D.C）同上理。 行程（S）指活塞上止点到下止点的直线距离，是曲轴曲柄半径的两倍。 缸径（D）气缸内径。 气缸余隙容积（Vc）、气缸工作容积（Vs），气缸总容积（Va）、余隙高度（顶隙）。 柴油机理论循环（混合加热循环）：绝热压缩、定容加热、定压加热、绝热膨胀、定容放热。混合加热循环理论热效率的相关因素：压缩比ε、压力升高比λ、绝热指数k（正相关）、初期膨胀比ρ（负相关）。 实际循环的差异：工质的影响（成分、比热、分子数变化，高温分解）、汽缸壁的传热损失、换气损失（膨胀损失功、泵气功）、燃烧损失（后燃和不完全燃烧）、泄漏损失（0.2%，气阀处可以防止，活塞环处无法避免）、其他损失。 活塞的四个行程：进气行程、压缩行程、膨胀行程和排气行程。 柴油机工作过程：进气、压缩、混合气形成、着火、燃烧与放热、膨胀做功和排气等。 四冲程柴油机的进、排气阀的启闭都不正好在上下止点，开启持续角均大于180°CA（曲轴转角）。气阀定时：进、排气阀在上下止点前后启闭的时刻。 进气提前角、进气滞后角、排气提前角、排气滞后角。 气阀重叠角：同一气缸的进、排气阀在上止点前后同时开启的曲轴转角。（四冲程一定有，增压大于非增压） 机械增压：压气泵由柴油机带动。 废气涡轮增压：废气送入涡轮机中，使涡轮机带动离心式压气机工作。 二冲程柴油机的换气形式：弯流（下到上，再上到下）、直流（直线下而上）。 弯流可分：横流、回流、半回流。直流：排气阀、排气口。 横流：进排气口两侧分布。回流：进排气口同侧，排气口在进气口上面。 半回流：进排气的分布没变，排气管中装有回转控制阀。 排气阀——直流扫气：排气阀的启闭不受活塞运动限制，扫气效果较好。 弯流扫气的气流在缸内的流动路线长（通常大于2S），新废气掺混且存在死角和气流短路现象，因而换气质量较差。横流扫气中，进排气口两侧受热不同，容易变形。但弯流扫气结构简单，方便维修。直流扫气质量好，但是结构复杂，维修较困难。 柴油机类型： 低速柴油机n≤300r/min Vm＜6m/s 中速柴油机300
第一章_船舶动力装置系统_第一节_燃油系统
第一章船舶动力装置系统 现代船舶动力装置，按推进装置的形式，可分为5大类： （1）·柴油机推进动力装置；（2）·汽油机推进动力装置；（3）·燃气轮机推进动力装置；（4）·核动力推进动力装置；（5）·联合动力推进装置。 现代民用船舶中，所采用的动力装置系统绝大多数是柴油机动力装置，因此，本书主要介绍以柴油机为动力装置的船舶，图1－1为船舶柴油机动力装置系统燃油供应系统原理图。 图1－1 柴油机动力装置系统燃油供应系统原理图 柴油机燃油系统包括三大功能系统，分别是输送、日用和净化。 1）油输送系统 燃油输送系统是为了实现船上各燃油舱柜间驳运及注入排出而设计的，所以，系统应包括燃油舱柜、输送泵、通岸接头和相应的管子和阀件。通过管路的正确连接和阀件的正确设置，实现规格书所要求的注入、调拨和溢流等功能。 设计前，要认真阅读规格书和规范的有关章节，落实本系统所涉及的舱柜和设备所要求的输送功能。 设计时，应注意如下几个方面： a.规格书无特殊要求，注入管应直接注入至各储油舱，再通过输送泵送至各日用柜和沉淀柜，各种油类的注入总管应设有安全阀，泄油至溢流舱，泄油管配液流视察器； b.所有用泵注入的燃油舱柜都要有不小于注入管直径的溢流管，溢流至相应的溢流舱或储油舱，具体规定见各船级社规范，溢流管要配液流视察器； c.从日用柜至沉淀柜的溢流，在日用柜哪的管子上都要开透气孔以防止虹吸作用，两柜的连接管处要有液流视察器。 d.装在日用柜和沉淀壁上低于液面的阀，有的船级社规范对其材料有具体的规定，选阀时应予以注意。 e.一般情况下输送系统的介质，温度和压力都是较低的，所以系统的管材选用III级管即可。
船舶柴油机的分类
基础知识No Responses ? 二122011 柴油机自1897年问世以来，经过一个世纪的发展，其技术已经取得了很大进步并更趋完善，在动力机械中已占据极为重要的地位。在船舶动力中也占统治地位。目前，在所有的内河及沿海中、小型船舶中，都采用柴油机作为主机和辅机；在远洋民用船舶中，在2000t以上的船舶中，以柴油机作为主机的船舶占总艘数的98%以上，占总功率的96%以上。 一、柴油机的优点 柴油机能在动力机械以及船舶动力装置中占据极为重要的地位，是因为它具有许多优越的条件。与其它热机相比，它具有如下优点： （1）热效率高。大型低速柴油机的有效效率已达到50％～53％，远远高于其他热机；而且柴油机在全工况范围内的热效率都较其它热机高。热效率高，也就是燃料消耗量小；柴油机又能燃用重油，甚至劣质重油；而且柴油机在停车状态时不需要消耗燃料。故燃料费用低，船舶的续航力大。 （2）功率范围大。柴油机的单机功率自1至80080kW，因此其适应的领域宽广。 （3）机动性好。正常起动只需3～5s，并能很快达到全负荷。有宽广的转速和负荷范围，能适应船舶航行的各种要求，而且操作简便。 （4）尺寸小，重量轻。柴油机不需要锅炉等大型附属设备，使柴油机动力装置的尺寸小、重量轻，特别适合于在交通运输等动力装置中应用。 （5）可直接反转。柴油机可设计成直接反转的换向柴油机，而且倒车性能好，使装置结构简单。 二、柴油机的类型 由于柴油机的应用广泛，因此，为满足各种不同的使用要求，柴油机的类型也就多种多样。根据柴油机的各种不同特点以及不同的分类方法，船舶柴油机大体上有以下类型： （1）按工作循环分类。有四冲程柴油机和二冲程柴油机。 （2）按进气方式分类。有增压柴油机和非增压柴油机。 （3）按曲轴转速分类。有高速、中速和低速柴油机。 高速柴油机：n>1000r/min；中速柴油机：n=300～1000r/min；低速柴油机：n<300r/min。
柴油机特性实验
柴油机特性实验 一、实验内容与要求 柴油机特性是指柴油机性能指标和工作参数随运转工况变化的规律称为柴油机特性。这种变化规律曲线形式称为柴油机特性曲线。 柴油机的最基本特性有速度特性、负荷特性和螺旋桨推进特性。其中，后两者为船用柴油机所用：即发电柴油机（n=常数）工况和船舶主机（螺旋桨）工况（P=cn3）。实验内容 ⒈柴油机负荷特性测定及负荷特性曲线绘制。 ⒉柴油机推进特性测定及推进特性曲线绘制。 实验要求： ⒈掌握柴油机负荷特性与推进特性的测定方法。 ⒉了解柴油机按负荷特性和推进特性工作时各参数间的变化规律。 二、实验目的、意义 柴油机的特性实验是柴油机的基本实验。此种特性测定不但为设计制造部 门所重视（柴油机的工作特性指标是否达到原设计指标），也为使用部门所关 注（运行管理中的依据）。尤其是船用柴油机的运转环境，运转工况变化很大， 如何在复杂的运转环境中正确管理柴油机，必须详细了解柴油机在不同运转工 况下的工作特性。通过本实验可使学生了解柴油机负荷特性与推进特性的测定 方法；了解柴油机按发电机工况和螺旋桨工况工作时各参数间的变化规律，从 而为正确管理船用柴油机做好必要的理论准备。 三、实验仪器、设备及测量精度 1.试验用主要仪器、设备如下: 4135Ca型船用柴油机（标定转速1500r/min、持续功率53kW） GWD－100型电涡流测功机 FC2210Z型智能油耗仪 FC2000型发动机自动测控系统 2. 仪器测量精度 （1） FC2000发动机自动测控系统 转速测量精度: ±1r/min 扭矩测量精度: ±0.4%F.S 扭矩控制精度: ±0.5%F.S 低温测量精度: ±0.5%F.S 高温测量精度: ±0.5%F.S （2） FC2210Z智能油耗仪
船舶柴油机考试题21
第二十一套 1.活塞在气缸内从上止点到下止点所扫过的容积称为（C ）。 A．燃烧室容积 B．气缸总容积 C．气缸工作容积 D．存气容积 2.柴油机的有效压缩比总是小于几何压缩比，其原因是（D ）。 A．进气阀在下止点后关闭，使压缩始点滞后 B．缸套下部设气口，使有效压缩行程减少 C．气缸盖、活塞顶的烧蚀及轴承磨损影响 D．A＋B＋C 3.四冲程柴油机在进行燃烧室扫气时，它的（C ）。A．气缸与进气管是相通的 B．气缸与排气管是相通的 C．气缸与进、排气管是相通的 D．气缸与启动空气管相通 4.对于二冲程横流扫气式柴油机的进、排气口定时有（D ）。 A．扫气口先开，排气口后开，扫气口先关，排气口后关 B．扫、排气口同时启闭 C．排气口先开，扫气口后开，排气口先关，扫气口后关 D．排气口先开，扫气口后开，扫气口先关，排气口后关 5.按增压压力的高低，中增压的增压力为（绝对压力）（A ）。 A．～MPa B．～MPa C．～MPa D．～MPa 6.现代船用柴油机的结构特点有（ D ）。 Ⅰ.活塞环数量减少Ⅱ.燃烧室部件采用“薄壁强背”结构Ⅲ.低速机采用焊接式整体曲轴Ⅳ.中速机采用锻造整体曲轴Ⅴ.中速机普遍采用倒挂式主轴承Ⅵ.低速机气缸盖采用锻造结构 A．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅳ＋Ⅵ B．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅴ C．Ⅲ＋Ⅳ＋Ⅴ＋Ⅵ D．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅳ＋Ⅴ＋Ⅵ 7.关于现代筒形活塞式船用柴油机结构说法不正确的是（ C ）。 A．柴油机无机座 B．气缸体与机架铸成一体C．气缸套与气缸体铸成一体 D．主轴承采用倒挂式结构 8.十字头式柴油机采用中隔板将（C ）隔开。 A．曲轴箱与油底壳 B．气缸与油底壳 C．气缸与曲轴箱 D．气缸与扫气箱 9.关于活塞的材料下列各项正确的是（B ）。 Ⅰ.组合式活塞的头和裙用不同的材料制造Ⅱ.组合式活塞的活塞头用耐热合金钢Ⅲ.组合式活塞的活塞裙用锻钢Ⅳ.小型柴油机多用铝合金活塞 Ⅴ.铝活塞与气缸间的安装间隙大 A．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅳ＋Ⅴ B．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅳ＋Ⅴ C．Ⅰ＋Ⅲ＋Ⅳ D．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅳ 10 关于活塞冷却下列正确的说法是（B ）。 A．强制冷却式活塞冷却主要是径向散热 B．强制冷却式活塞冷却主要是轴向散热 C．径向散热活塞用于高增压中小型柴油机 D．径向散热的活塞顶很薄 11 刮油环的作用是（C ）。 A．散热 B．气密 C．刮油、布油 D．磨合 12 筒形活塞的裙部在工作中产生的变形是（ D ）。A．在侧推力作用下使裙部直径沿活塞销轴线方向伸长B．裙带销座附近金属堆积多，受热后沿销轴方向有较大的热胀变形 C．作用在活塞顶上的气体力使裙部直径沿销轴线方向伸长 D．A＋B＋C 13 大型二冲程弯流扫气柴油机的活塞均具有长裙，其作用是（C ）。 A．导向 B．承担侧推力 C．防止新气经排气口流失 D．散热 14 中、高速柴油机采用浮动式活塞销的主要目的是（D ）。 A．提高结构刚度 B．加大承压面，减小比压力 C．利于减小间隙，缩小变形 D．降低销与衬套之间相对速度，减小磨损 15 关于柴油机气缸套的工作条件论述不正确的是 8
船舶动力装置的基本类型及其特点
船舶动力装置的基本类型及其特点近代舰船上动力装置的型式按主推进装置发动机的类型来分，有柴油机装置、蒸汽轮机装置、燃气轮机装置、联合装置和原子能装置。 一、柴油机动力装置 柴油机动力装置常根据主机功率传递方式的不同，分为直接传动螺旋桨、通过离合器- 减速齿轮机组驱动桨的间接传动和通过发动机、电动机-驱动桨的电力传动，以及不采用桨的喷水推进装置等几种型式。 柴油机的动力装置有如下几个方面的优点: (1)有较高的经济性。它的油耗率(kg/(Kw*H))比蒸汽、燃气动力装置低得多，高速柴油机油耗率为0.21~0.245，中速(300~800r/min)机为0.166~0.190;低速(300r/min以下)机为0.160～0.176，一般蒸汽轮机装置油耗率要0.245~0.47。燃气轮机装置油耗率则更大，为0.27~0.47(kg/(Kw*H))。 这一优点使柴油机的续航力大大提高，换句话说，一定续航力所需之燃油储带量较少，从而使营运排水量相应增加。 (2)质量轻。柴油机动力装置中除主机和传动组外，不需要主锅炉、燃烧器以及工质输送管道，所以辅助机械和设备相应较少，布置简单，因此单位质量指标较小。
(3)有良好的机动性，操作简单，启动方便，正倒车迅速。一般正常启动到全负荷只需10~30 min，紧急时仅需3~10 min。虽然比燃气轮机差些，但它不需像燃气轮机装置那样一套复杂的启动和倒车设备。柴油机装置停车只需2~5 min，主机本身停车只要几秒钟即可。 柴油机装置存在如下几个缺点: (1)由于柴油机的尺寸和质量按功率比例增长快，因此单机组功率受到限制，低速柴 443油机也达6* Kw左右，中速机2*Kw左右，而高速机仅在8* K或更小，这101010 45就限制了它在大功率船上使用的可能性，大功率舰艇常希望有3* ~3* Kw，故其无1010法胜任。 (2)柴油机工作中的噪声、振动较大。 (3)中高速柴油机的运动部件磨损较厉害，高速强载柴油机的整机寿命仅1~5 kh。 (4)柴油机在低转速时稳定性差，因此不能有较小的最低稳定转速，影响船舶的低速航行性能，另外，柴油机的过载能力也差，在超负荷10%时，一般仅能运行1h。 二、蒸汽轮机动力装置 蒸汽轮机以锅炉产生的蒸汽为工质通过齿轮箱减速机组传递功率到螺旋桨，也有采用蒸汽轮机发电，使用电力推进方式。 蒸汽轮机动力装置有如下几个主要的优点: (1)由于汽轮机工作过程的连续性，有利于采用高速工质和高转速工作轮，因此单机
船舶柴油机习题及答案
柴油机的基本知识 （1）柴油机的基本概念 1．( ) 柴油机是热机的一种，它是： A. 在气缸内进行一次能量转换的热机 B. 在气缸内进行二次能量转换的点火式内燃机 C. 在气缸内进行二次能量转换的往复式压缩发火的内燃机 D. 在气缸内进行二次能量转换的回转式内燃机 2．( ) 内燃机是热机的一种，它是： A. 在气缸内燃烧并利用某中间工质对外作功的动力机械 B. 在气缸内进行二次能量转换并利用某中间工质对外作功的动力机械 C. 在气缸内燃烧并利用燃烧产物对外作功的动力机械 D. 在气缸内燃烧并利用燃烧产物对外作功的往复式动力机械3．( ) 在柴油机中对外作功的工质是： A．燃油 B. 空气 C. 燃烧产物 D. 可燃混合气 4．( ) 在内燃机中柴油机的本质特征是： A. 内部燃烧 B. 压缩发火 C. 使用柴油做燃料 D. 用途不同 5. ( ) 柴油机与汽油机同属内燃机，它们在结构上的主要差异是： A. 燃烧工质不同 B. 压缩比不同 C. 燃烧室形状不同 D. 供油系统不同 6．( ) 在柴油机实际工作循环中缸内的工质是： A. 可燃混合气 B. 燃气 C. 空气 D. B+C 7．( ) 根据柴油机的基本工作原理，下列哪一种定义最准确： A. 柴油机是一种往复式内燃机 B. 柴油机是一种在气缸中进行二次能量转换的内燃机 C. 柴油机是一种压缩发火的往复式内燃机 D.柴油机是一种压缩发火的回转式内燃机 8．( ) 柴油机活塞行程的定义是指： A.气缸空间的总长度 B.活塞上止点至气缸底面的长度 C.活塞下止点至气缸底面的长度 D.活塞位移或曲柄半径R的两倍 9．( ) 柴油机压缩后的温度至少应达到： A. 110~150℃ B. 300~450℃ C. 600~700℃ D. 750~850℃ 10．( ) 影响柴油机压缩终点温度T c 和压力P c 的因素主要是： A. 进气密度 B. 压缩比 C. 进气量 D. 缸径大小11．( ) 柴油机采用压缩比这个参数是为了表示：
船用智能柴油机的最新技术特点和管理
第30卷 第4期世界海运Vol.30 No.4 2007年8月World Shipping Aug. 2007船用智能柴油机的最新技术特点和管理 高勇军Ξ1,黄连忠2 (1.中国远洋运输(集团)公司,北京 100031; 2.大连海事大学,辽宁大连 116026) 【关键词】船用智能柴油机;共轨喷射;技术特点;管理措施 【摘 要】阐述船用智能柴油机的工作过程和特点,着重分析比较两大主流机型(Sulzer RT-flex和MAN B&W MEΠME-C)。通过与传统型柴油机在性能和结构上的比较,介绍船用智能柴油机的优点。 指出在实际运行中船用智能柴油机常见的故障,总结出相应的管理措施。 中图分类号:U664.121 文献标识码:B 文章编号:100627728(2007)0420039202 过去的一个世纪里,船用二冲程低速柴油机的发展已迈出了关键的几步,如焊接式结构、涡轮增压、等压增压、重质燃油的使用以及超长冲程等。可以发现,每隔二三十年船用柴油机就会产生一次技术上的跃进,从20世纪80年代超长冲程船用二冲程低速大功率柴油机开发以来,现在已又面临一次新的技术飞跃。为了提高燃油经济性,降低排放要求,提高可靠性和操作的灵活性,实现适时调节,船用智能柴油机已成为发展的必然趋势。1 船用智能柴油机的结构和性能 为了满足运行灵活性的要求,至少要能灵活控制喷油和排气阀。若采用凸轮轴的办法达到该目的,将需要十分复杂的机械结构,这种设计对柴油机的可靠性是不利的。为了满足可靠性的要求,有必要对柴油机设置保护系统,防止由于过载、缺乏维护和调整不当而损害柴油机。必须采用工况监测系统,以估计柴油机的工况,保持柴油机的性能,并使柴油机在寿命期中保持工作参数在规定范围内。因此,必须采用新型的喷油和排气阀、电子控制和监测系统。智能柴油机应运而生。 与传统型船用柴油机相比,船用智能柴油机有如下结构特点:一是取消了传统的凸轮轴系统,利用计算机控制各缸的喷油定时和喷油量、排气阀定时、起动空气定时等。二是采用共轨燃油喷射系统,高压油泵向一共用的高压管路(共轨)中提供高压燃油,通过计算机控制系统进行控制。三是采用液压伺服油系统,使用柴油机的系统滑油作为工作介质,驱动高压油泵(或容积喷射控制单元)、排气阀等机构。四是采用气缸压力在线检测系统,将各缸的压力及时输入计算机,确保各缸负荷均匀,同时不超负荷。 相应的,在性能上,船用智能柴油机有如下优点: (1)减少燃油消耗,使在整个负荷范围内油耗最低。 ①喷油器特性在各种不同的负荷条件下都能处于最佳状态。②在较高负荷范围内通过改变燃油喷射定时和压缩比相配合的方式,使p max 保持恒定(压缩比的变化可通过改变排气阀的关闭时间来实现),从而使最高爆发压力在较大负荷范围内保持不变,在部分负荷工况下有效地降低燃油消耗量。③气缸工作过程的实时监控能够确保各缸负荷分配均匀,使主机的性能始终保持在最佳状态。 (2)操作的安全性和灵活性。①在主机紧急停车和倒车工况时,喷油定时和排气阀定时能保持在最优的状态。②可以实现“发动机制动”(改变排气阀的开、关定时),减少船舶的滑行距离。③通过在加速过程中提前打开排气阀,使扫气压力的增加比普通机型更快,因而加速性能更好。④微速运转性能有显著提高,最低稳定转速较常规机型有显著降低(11rΠmin),微速运行更稳定。 ⑤主机的电子监控系统能够随时监测主机的运转状态。燃油喷射控制系统可以使柴油机使用发火性能低劣的燃油。⑥过载保护系统能确保主机按照负载特性曲线运行而不过载。⑦维护简单,维修成本降低。主机诊断系统能够对故障进行早期报警,使故障能够及时得到解决。 ⑧取消了凸轮等大部件,减轻了主机的重量和体积,从而增加了柴油机的可靠性,降低制造成本,加大大修间隔,降低维修成本,并可延长寿命。 (3)废气排放的灵活性。①针对世界各地对排放的 不同要求,主机可以转换为“低排放模式”,其NO x 排放可以降到低于IMO限制的水平。②通过运行模式的选择,船舶可以在某些对排放要求更高的“特殊区域”航行;在 Ξ[收稿日期]2007203218 [作者简介]高勇军(1970-),男,湖北嘉鱼人,工程师
船用柴油机主要系统介绍-燃油,滑油,冷却
第五章柴油机系统 第一节燃油系统 一、作用和组成 燃油系统是柴油机重要的动力系统之一，其作用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。该系统通常由五个基本环节组成：加装和测量、贮存、驳运、净化处理、供给。 燃油的加装是通过船上甲板两舷装设的燃油注入法兰接头进行的。这样，从两舷均可将轻、重燃油直接注入油舱。注入管应有防止超压设施。如安全阀作为防止超压设备，则该阀的溢油应排至溢油舱或其他安全处所。注入接头必须高出甲板平面，并加盖板密封，以防风浪天甲板上浪时海水灌入油舱。燃油的测量可以通过各燃油舱柜的测量孔进行，若燃油舱柜装有测深仪表的话，也可以通过测深仪表,然后对照舱容表进行。 加装的燃油贮存在燃油舱柜中。对于重油舱，一般还装设加热盘管，以加热重油，保持其流动性，便于驳油。 燃油系统中还装设有调驳阀箱和驳运泵，用于各油舱柜间驳油。 从油舱柜中驳出的燃油在进机使用前必须经过净化系统净化。燃油净化系统包括燃油的加热、沉淀、过滤和离心分离。图5-1示出了目前大多数船舶使用的重质燃油净化系统。 图5-1 重质燃油净化系统 1-调驳阀箱；2-沉淀油柜燃油进口；3-高位报警；3-低位报警；4-温度传感器；5-沉淀油柜；6、16-水位传感器；7-供油泵； 8-滤器；9-气动恒压阀；9’-流量调节器；10-温度控制器；11、12-分油机；13-连接管；14-日用柜溢油管；15-日用油柜从图可以看出，通过调驳阀箱1，燃油被驳运泵从油舱送入沉淀油柜5，每次补油量限制在液位传感器3与3之间，自动调节蒸汽流量的加温系统加速油的沉淀分离并且可使沉淀油柜提供给供油泵7的油温变化幅度很小。供油泵后设气动恒压阀9和流量控制阀9’，以确保平稳地向分油机输送燃油，有利于提高净化质量。燃油进入分油机前，通过分油机加热器加温，加热温度由温度控制器10控制，使进入分油机的燃油温度几乎保持恒定。系统设有既能与主分油机串联也能并联的备用分油机，还设有备用供油泵，提高了系统的可靠性。分油机所分的净油进入日用油柜15，日用油柜设溢流管。在船舶正常航行的情况下，分油机的分油量将比柴油机的消耗量大一些，故在吸入口接近日用油柜低部设有溢流管，可使日用油柜低部温度较低、杂质和水含量较多的燃油引回沉淀柜，既实现循环分离提高分离效果，又使分油机起停次数减少，延长分油机使用寿命。沉淀柜和日用柜都设有水位传感器6、16，以提醒及时放残。 燃油经净化后，便可通过燃油供给系统送给船舶柴油机。近年来由于高粘度劣质燃油的
船舶柴油机的基本知识讲解
课题一船舶柴油机的基本知识 目的要求： 1．了解船舶柴油机的基本概念及优缺点。 2．掌握柴油机基本结构和主要系统。 3．掌握柴油机主要结构参数。 4．掌握四、二冲程柴油机的工作原理。 5．比较四、二冲程柴油机工作原理与结构上的差别。 6．了解船舶柴油机的基本分类和型号。 重点难点： 1．柴油机与汽油机的区别。 2．进排气重叠角、定时图。 教学时数：4学时 教学方法：多媒体讲授 课外思考题： 1．柴油机与汽油机有哪些区别？ 2．柴油机主要结构组成和作用。 3．压缩比ε意义及对柴油机工作性能有什么影响？ 4．四冲程柴油机各工作过程特征及特点。 5．二、四冲程换气在工作上原理及结构上有什么差别？ 6．四冲程柴油机进、排气为什么都要提前和滞后？气阀重叠角有何作用？
课题一船舶柴油机的基本知识 第一节柴油机的概述及发展趋势 一、柴油机的概述 1．热机 热机是指把热能转换成机械能的动力机械。蒸汽机、蒸汽轮机以及柴油机、汽油机等是热机中较典型的机型。 蒸汽机与蒸汽轮机同属外燃机。在该类机械中，燃烧（燃料的化学能转变成热能）发生在汽缸外部（锅炉），热能转变成机械能发生在汽缸内部。此种机械由于热能需经某中间工质（水蒸气）传递，必然存在热损失，所以它的热效率不高，况且整个动力装置十分笨重。在能源问题十分突出的当前，它无法与内燃机竞争，因而已经在船舶动力装置中消失。 2．内燃机 汽油机、柴油机以及燃气轮机同属内燃机。虽然它们的机械运动形式（往复、回转）不同，但具有相同的工作特点──都是燃料在发动机的气缸内燃烧并直接利用燃料燃烧产生的高温高压燃气在气缸中膨胀作功。从能量转换观点，此类机械能量损失小，具有较高的热效率。另外，在尺寸和重量等方面也具有明显优势，因而在与外燃机竞争中已经取得明显的领先地位。 在内燃机中根据所用燃料不同，可大致分为汽油机、煤气机、柴油机和燃气轮机。它们都具有内燃机的共同特点，但又都具有各自的工作特点。由于这些各自不同的特点使它们在工作原理、工作经济性以及使用范围上均存在一定差异。如汽油机使用挥发性好的汽油做燃料，采用外部混合法（汽油与空气在气缸外部进气管中的汽化器进行混合）形成可燃混合气。缸内燃烧为电点火式（电火花塞点火）。这种工作特点使汽油机不能采用高压缩比，因而限制了汽油机的经济性不能大幅度提高，而且也不允许作为船用发动机使用（汽油的火灾危险性大）。但它广泛应用于运输车辆。 3．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劣质燃料油做燃料。采用内部混合法（燃油与空气的混合发生在气缸内部）形成可燃混合气；缸内燃烧采用压缩式（靠缸内空气压缩形成的高温自行发火）。这种工作特点使柴油机在热机领域内具有最高的热效率（已达到55％左右），而且允许作为船用发动机使用。因而，柴油机在工程界应用十分广泛。尤其在船用发动机中，柴油机已经取得了绝对领先地位。 根据英国劳氏船级社统计，1985年全世界制造的船舶中（2000t以上）以柴油机作为推进装置者占99.89％，而到1987年100％为柴油机船。船用主机经济性、可靠性、寿命是第一位，尺寸、重量是第二位，低速机适用作船用主机，大功率四冲程中速机适用作滚装船和集装箱船，中、高速机适用作发电机组。柴油机通常具有以下突出优点： （1）经济性好。有效热效率可达50％以上，可使用廉价的重油，燃油费用低。 （2）功率范围宽广，单机功率从0.6kW～45600kW，适用的领域广。