船舶柴油机使用及维护重点(船舶动力专业)

模块一柴油机的基本知识1.柴油机的定义；柴油机是一种压缩发火的往复式内燃机。柴油机使用挥发性较差的柴油或劣质燃油作燃料，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，缸内燃烧靠缸内空气被压缩后形成的高温燃气自行发火。通常柴油机具有一下突出优点：①具有较高的压缩比，因此热效率最高，可达55%，可燃用廉价的重油，经济性好；②功率范围广，从0.6kw至47000kw，可以适应不同动力设备的需要；③尺寸小，比质量（kg/kw）轻，便于机舱布置；④机动性好，启动方便，加速性能好，能直接反转，便于使用和管理；同时，柴油机也存在某些缺点：①存在着较强的机身振动、轴系扭转振动及噪声；②某些零部件的工作条件恶劣，高温、高压并有冲击性载荷。2.压缩比的定义及意义，压缩比的计算；气缸总容积与压缩室容积的比值，也叫做几何压缩比。其计算式为chchccaVVVVVVV1。压缩比是柴油机的主要性能参数之一，他表明压缩过程中进入缸内的空气被压缩的程度。压缩比ε越大压缩终点的温度和压力就越高，对燃油的发火、柴油机的启动有利，而且热效率越高。但压缩比过高会使柴油机工作粗暴，机件机械负荷增加，磨损加剧，因此柴油机要有合适的压缩比。3.四冲程的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？答：原因：四冲程柴油机进排气气阀提前开启与滞后关闭是为了将废气排出得干净并增加空气的吸入量，以利于燃油的充分燃烧，另外还可减少强制排气时活塞的背压。作用：当气阀重叠开启期间，进气管、气缸、排气管连通，此时废气因流动惯性，可避免废气到流入进气管内，同时还可抽吸新鲜空气进入气缸。新鲜空气进入气缸后又将废气扫出，实现所谓燃烧室扫气，还可冷却燃烧室部件。4.二冲程柴油机的两种换气形式及特点；形式：直流扫气和弯流扫气。特点：直流扫气，扫气效果较好，而且排气阀与进气口可以同时关闭，也可提前关闭；应用广泛。弯流扫气，根据气口的布置和结构特点主要分为横流、回流和半回流。简单横流：空气从进气口一侧沿气缸中心线向上，在靠近燃烧室部位回转到排气口的另一侧，再沿气缸中心线向下，排废气从排气口清扫出气缸；回流：进气流沿活塞顶面向对侧的缸璧并沿缸璧向上流动，到气缸盖向下流动，把废气清扫出气缸；半回流：气流在气缸内的流动特征兼有横流与回流的特点，某些半回流扫气形式，在排气管中装有回转控制阀。5.柴油机的有效指标表征的意义。有效指标是以柴油机输出轴上所得到的有效功为基础上，它既考虑了气缸内的热损失也考虑了一系列的机械损失，它是评定柴油机工作性能的最终指标。模块二柴油机的主要机件1.薄壁强背的结构与优点；采用较薄的底板以减少其壁面温差和热应力，采用较厚的中隔板和较高的气缸盖高度构成了刚度很强的“背部”。优点：①通过气道壁对底板的支撑，减小底板所承受的机械应力；②使热负荷和机械负荷都保持在比较低的水平上，提高了可靠性。2.气缸套的功用、要求、种类；主要功用：①与活塞组件、气缸盖共同构成气缸的工作空间；②引导活塞做往复运动，筒形活塞柴油机的气缸套还承受活塞的侧推力；③通过缸套将部分热量传给冷却水，以保证活塞组件和缸套本身在高温、高压条件下正常工作；④二冲程柴油机的气缸套上设有气口，通过活塞控制气口启闭，实现配气。工作条件：工作条件十分恶劣，内表面直接与燃气接触，受到高温、高压燃气作用，湿式气缸套外部直接与冷却水接触，内外温差大。要求：①气缸套应具有足够的强度和刚度，以承受热负荷和机械负荷的作用；②气缸套工作表面应具有较高的精度，良好的耐磨性和抗腐蚀性能，还要有良好的润滑条件和可靠的冷却条件；③保证对气缸工作容积及冷却水空间应有可靠的气密和水密作用；④对二冲程柴油机气缸套要有合理的气口形状和截面尺寸。种类：湿式、干式、带冷却水水套等三种形式3.活塞组件的功用、要求，活塞环的分类与密封；答：活塞组件功用：与气缸、气缸盖等组成密封的燃烧室空间，承受气缸内气体的压力，并将其传递给连杆；②在筒形式柴油机中，还要承受连杆倾斜时产生的侧推力，起往复运动的导向作用；③在二冲程柴油机中，还要起开启、关闭气口的“滑阀”作用。要求：强度高、刚度大，密封可靠，散热性好，冷却效果好，摩擦损失小，耐磨损。活塞环的分类与密封：①密封环（气环）②刮油环（油环）③承磨环专为活塞与气缸的磨合而设置的。4.活塞的冷却方式与冷却机构；答：筒形活塞组件，组成：活塞、活塞环、活塞销等。冷却方式：①喷射式②腔空式③振荡式④蛇管式十字头活塞组件，组成：活塞头、活塞裙、活塞环、活塞杆等。冷却方式：采用滑油冷却。5.连杆组件的构成，连杆大端基本定位形式与作用；答：连杆组件主要由连杆本体、连杆盖、连杆螺栓和大、小端轴承等组成。连杆大端的基本定位形式与作用：①船用连杆大端，连杆大端与杆身分开，由凸肩定位，用连杆螺栓紧固于连杆杆身下端凸缘上。这种结构可以通过改变杆身大端之间的垫片厚度δ1调节连杆长度（大、小端中心距），以保证各缸压缩比相同。②平切口连杆大端（车用式大端），在保证平切口连杆大端宽度小于气缸直径的前提下，用增加连杆螺栓数目，缩小螺栓直径来增大曲柄销直径的相对尺寸（有限度的）。③斜切口连杆大端，为了使连杆螺栓不受剪切，连杆大端必须采用能够承受切向力的定位方式。（a）止口定位，简单但可靠性差；（b）销套定位，钢制销套与连杆盖过盈配合，其结构简单，承受剪切力有限；（c）锯齿定位，是目前应用最多的一种定位形式，它具有较多的抗剪切断面，抗剪切能力强，其定位可靠，尺寸紧凑，但必须保证有足够高的齿形精度和贴合度。加工精度高，应用较为广泛。（d）舌榫定位，具有较强的抗剪切能力，但它要求接合面有较高的贴合度。6.曲轴的基本组成、工作条件；答：曲轴的基本组成：主轴颈，曲柄臂，曲柄销。曲轴功用：将活塞往复运动通过连杆变成回转运动；汇集各缸所做的功，并以转矩形式向外输出；带动柴油机附属设备。此外，中小型柴油机的曲轴还带动自身所需的辅助设备。工作条件复杂：①受力复杂②应力集中严重③附加应力很大④轴颈遭受磨损形式及特点：①整体式曲轴：整根曲轴由整体锻造或铸造而成，在中小型柴油机中广泛应用。②套合式曲轴：有半套合式和全套合式两种，常用于大型低速柴油机中。半套合式，曲柄销和曲柄臂制成一体，主轴颈单独制造，再用“红套”法将其结合成整根曲轴。全套合式，主颈轴、曲柄销以及曲柄臂都是单独制造，然后用“红套”法结合成整根曲轴。③焊接式曲轴：各单位曲轴柄在主轴颈中央部位通过窄缝埋弧焊，连成一整体。④组合式曲轴：有分段式和圆盘式两种。分段式曲轴是将缸数较多、曲轴长度较大的大型柴油机曲柄分成两段制造，用法兰连接成整根曲轴。圆盘式曲轴是将主颈轴与曲柄销制成一体构成一个单位曲柄。模块三换气与增压1.换气机构有何功用？它由哪些部分组成？、答：功用：保证柴油机工作过程中按时开启或关闭各气缸进气和排气阀，使尽可能多的新鲜空气进入气缸，使膨胀废气排出，以保证柴油机的正常运行。组成：主要由气阀机构，气阀传动机构，凸轮轴和凸轮传动机构组成。2.四冲程柴油机和二冲程柴油机的换气过程；答：对换气过程的要求：废气排得越干净，充入的新鲜空气越多越好，消耗的功及流失的空气量要少。四冲程柴油机的实际换气过程是从排气阀在下止点前开启，经过排气冲程和进气冲程至进气阀在下止点后关闭为止的过程。根据气体流动的特点，换气过程可分为三个阶段：①自由排气阶段，②强制排气阶段，③进气阶段。二冲程柴油机的换气过程是从排气口（或排气阀）打开时至排气口（或排气阀）完全关闭为止的过程。根据换气过程中气缸内压力变化特点，可以把整个换气过程分为三个主要阶段：自由排气阶段，②强制排气和扫气阶段，③过后排气阶段。3.气阀式配气机构的基本组成；答：气阀式配气机构的基本组成：气阀，气阀导管，气阀弹簧，凸轮轴，顶头，推杆，摇臂，摇臂座。4.简述当代长（超长）行程低速柴油机使用液压式气阀传动机构的原理有何特点？答：（原理：液压式气阀传动机构是在顶头和气阀上各设一个液压油缸，并以以高压油管连通。开阀时，液压缸受顶杆向上推动，上行压缩，液压油经导管流至气阀上面液压缸，压力达到一定程度时气阀被液压缸向下推力打开。当关阀时，液压缸中油压由于提供液压，液压缸下行而减小，气阀端则因汽缸向上行，气缸充气而上行使排气阀快速关闭。）特点：尺寸小，质量轻，气阀不受侧推力，工作噪声小，便于布置，拆装方便，但是存在调试和密封困难等缺点。5.四冲程六缸柴油机各缸如何进行气阀间隙的检查与调整；答：检查调整气阀间隙要在柴油机冷态下进行。首先盘车滚轮与凸轮基圆相接触，使准备检查调整的进、排气阀处于关闭状态，此时这些气阀对应的顶杆用手指捻转得动，然后在摇臂的顶杆端略加力把摇臂压向下，于是在摇臂的气阀端与气阀顶杆端之间就出现了间隙。用厚度适当的塞尺测量此间隙的大小，当塞尺在其间既能通过又有阻滞感时，说明实际间隙就是塞尺的厚度。若实际间隙值与规定值不相符时，应松开调节螺钉的锁紧螺母，转动螺钉直至间隙符合规定为止，然后紧固好锁紧螺母。6.当代新型船用柴油机为什么均采用定压涡轮增压，为什么设电动辅助鼓风机？答：因为废气以基本不变的速度和压力进入涡轮，这种增压方式的涡轮工作稳定，效率高。故当代新型船用柴油机均采用定压涡轮增压的方式。由于定压涡轮增压所利用的废气能量少，尤其当柴油机在低负荷时或启动时，因废气的能量少，使涡轮发出的功率满足不了气压机所需的功率，柴油机必须另设辅助风机来满足低负荷时的扫气需要，故设电动辅助鼓风机。7.轴流式涡轮、离心式压气机的结构和工作原理。答：轴流式废气涡轮机由进气箱、喷嘴环、涡轮机叶轮、隔热墙、排气箱等组成。喷嘴叶片形成的通道从进口到出口呈收缩状，其作用是将柴油机排除的废气压力能部分转变为动能，并使气流具有工作叶片所需要的方向。为了减少气流流过叶片时的能量损失，要求叶片的形状与气流参数沿叶片的变化相适应，以提高涡轮机效率。高速流动的气流进入工作轮的叶片通道，其中一部分能量转变为机械功，最后经排气箱排往大气。离心式增压器的增压机组要由进气消音器、进气箱、压气机叶轮、扩压器、排气蜗壳等组成。压气机排气箱的主体是一个蜗壳状的管道，其流通截面由小到大。它一方面收集从叶片扩压器流出的空气，另一方面继续起着扩压作用。模块四燃油喷射与燃烧1.喷射系统的三对偶件，出油阀的作用与分类；答：三对偶件：柱塞、针阀、排油阀（出油阀）偶件排油阀偶件有蓄压、止回和卸载（减压）的作用。排油阀按其卸载方式不同，可分为等容卸载和等压卸载两种类型。2.在回油孔式喷油泵中三种油量调解方式；答：终点调节式始点调节式始终点调节式3.VIT机构原理和优势；答：可变喷油定时机构称VIT。作用：保证负荷改变时，随着喷油泵油量的改变能自动调整其供油提前角，使得柴油机在部分负荷运动时仍具有较高的最高爆发压力。调节原理，泵体的方形底部有两根调节齿条，下方一根是油量调节齿条，油泵套筒下部有梯形螺纹相配，齿圈外部又与定时齿条相啮合。拉动齿条，齿圈通过螺旋副，使套筒上下移动，改变套筒与z柱塞的相对位置，供油定时随之改变。VIT回油阀调节式喷油泵，调节器是进油阀。4.喷油规律与供油规律，不正常喷射现象及原因；答：喷油泵的单位转角供油量ddgp/随喷油泵凸轮转角ψ（或时间t）的变化规律称为供油规律。它完全取决于柱塞的直径和凸轮型线的运动规律。单位转角喷入气缸的喷油量ddgn/随凸轮转角ψ（或时间t）的变化规律称为喷油规律。不正常喷射：①二次喷射，在喷油泵供油结束后，喷油器针阀落座后再次打开喷油的现象称为二次喷射。二次喷射产生的主要原因是当喷油泵供油终止后，隔断了高压油管与油腔之间的通路，使泵端的燃油回流速度突降为零而产生燃油堆积，压力重新升高。当上升的压力波以音速再次传递到喷油器且又大于针阀启阀压力时，则可能产生二次喷射。②断续喷射，在喷油泵的一次供油期间，喷油器针阀断续启闭的喷射过程，而且伴有针阀开启不足，喷射不力，这种现象称为断续喷射。当柴油机低转速、低负荷下运转时，柱塞的运行速度降低，喷油泵的输出压力也降低，此时喷油泵的供油量小于喷油器的喷油量，造成喷油器针阀的断续喷射。因此断续喷射多发