1、第一章 船舶動力裝置概述第一節 船舶動力裝置的組成和類型 一、船舶動力裝置的概念：“裝置”乃是為了達到某一目的所設置的所有機器、設備及系統的總稱，以具有某種特定的功能為特征?！按皠恿ρb置”這一術語已應用了幾十年，但一直沒有明確而統一的定義。實際上它是和“輪機”這一術語緊密聯系在一起的。在1807年，世界上第一艘用蒸汽機驅動推進器的“克萊蒙特”號輪，開創了船舶以動力機械推進的新紀元。當時蒸汽機帶動一個槳輪推進器，這種推進器的大部分露在水面，人們稱之為“明輪”，把裝有明輪的船稱為“輪船”，而把產生蒸汽的鍋爐和驅動明輪轉動的蒸汽機等成套設備稱為“輪機”。當時的“輪機”僅僅是推進設備的簡稱。但隨著科

2、學技術的發展和進步。不僅船舶推進設備更加復雜和完善，而且為了適應船舶營運、人員生活和安全等方面的需要，還增設了諸如船舶電站、起貨機械、飲水、供汽、壓載、艙底、消防等系統，大大豐富了輪機的內容，并且至今還在不斷擴大與完善中。因此，“輪機”是個內容相當廣泛的技術范疇?！按皠恿ρb置”的基本含義和“輪機”相同，是為了滿足船舶航行、各種作業、人員的生活和安全需要所設置的全部機械、設備和系統的總稱。它的任務是多方面的，但主要任務可概括為：為船舶提供各種形式的能量(機械能、電能、熱能)并轉換和利用這些能量。 二、船舶動力裝置的組成：根據組成船舶動力裝置的各種機械、設備和系統所起作用的不同，將整個動力裝置分

3、為以下幾個部分。 1推進裝置：推進裝置也稱主動力裝置，是船舶動力裝置中最主要的部分。它包括主機、傳動設備、軸系和推進器。主機發出動力，通過傳動設備及軸系驅動推進器產生推力，使船舶克服阻力以某一航速航行。 2輔助裝置：是產生除推進裝置所需能量以外的其它各種能量的裝置，其中包括船舶電站、輔助鍋爐裝置和壓縮空氣系統，它們分別產生電能、蒸汽和壓縮空氣供全船使用。 3管路系統：簡稱管系，用以輸送流體，是由各種容器、管路、泵、濾器、熱交換器等組成。按用途不同可分為兩類：1)動力系統：指為主機和發電副機安全運轉服務的管系，用來輸送燃油、潤滑油、海水、淡水、蒸汽和壓縮空氣，它包括燃油系統、滑油系統、冷卻系統、

4、蒸汽系統和壓縮空氣系統等。2)輔助系統： 指為船舶航行、人員生活和安全服務的系統，有時也稱為船舶系統，它包括壓載、艙底水、通風、飲水、空調和消防系統等。 4甲板機械 ：指為保證船舶航行、停泊及裝卸貨物需要所設置的機械設備，如舵機、錨機、起貨機等。5自動化設備：指為改善船員工作條件，提高裝置工作效率和操作的準確性，以及減少維護工作所設置的設備。主要由對主、副機及其它機械設備進行遙控、自動調節、監視和報警的設備組成。三、船舶動力裝置的類型：以推進裝置的類型進行分類。 1蒸汽動力裝置：在蒸汽動力裝置中，有往復式蒸汽機和汽輪機兩種。1）往復式蒸汽機最早應用于海船，由于它具有結構簡單、運轉可靠、管理方便

5、等優點，在過去很長的一段時期內占據著統治地位；但由于其經濟性差、尺寸重量大、不能適應機組功率增長的需要，現在已經被其他船用發動機所代替。2）回轉式汽輪機自從十九世紀末問世并裝船使用以來，由于受到柴油機的挑戰，一直發展比較緩慢。這種發動機運轉平穩，摩擦、磨損較少，振動、噪聲較輕。但熱效率低，要配置重量、尺寸較大的鍋爐、冷凝器、減速齒輪裝置以及其它輔助機械，因此裝置的總重量和尺寸均較大，這就限制了它在中小船舶中的應用。不少資料表明，在功率超過22000kW(30000HP)和船速超過20Kn時，汽輪機動力裝置比柴油機動力裝置更為優越。 2燃氣動力裝置：1)柴油機動力裝置： 柴油機不僅是熱效率最高的

6、一種熱機，而且還具有起動迅速、安全可靠、裝置的重量較輕、功率范圍大(從幾kW至數萬kW)等一系列優點，因此船舶主機及發電副機現在多用這種發動機。在中、大型民用船舶上所使用的柴油機有大型低速和大功率中速兩大類。這兩種柴油機在激烈競爭的同時又互相促進，都在迅速的發展著。 大型低速柴油機動力裝置自60年代起發展的特別迅速。一方面是由于當時船舶向大型化、高速化發展，需要大功率的發動機；另一方面由于廢氣渦輪增壓技術的進步，可燃用更低質燃料，降低了比油耗，為大型低速機發展提供了可能。70年代兩次能源危機的沖擊和相繼出現的航運事業不景氣，從節能需要出發，船舶已不再向大型化和高速化方向發展，除專業化船舶外，一

7、般貨船的航速降至14 kn左右。為了適應這種形勢，大型低速柴油機的尺度不但不再增加，而且缸徑也都回到1000mm以內，并出現了缸徑只有260mm的低速機(如S26MCMCE)。從70年代末至今圍繞著節能這一中心，大型低速柴油機的結構差不多年年都在改進，大體每隔兩年就推出一種新機型。可以認為，降低耗油率提高經濟性，仍然是今后發展的方向之一。大功率中速柴油機動力裝置的重量和尺寸較小，可燃用重質燃料，是低速機的有力競爭者，在中速機裝置中，可通過合理選配減速比，使螺旋槳的轉速最佳化，從而顯著提高推進裝置效率。單缸功率的提高和單機功率的擴大，以及可用多臺(24臺)發動機通過減速器驅動一個螺旋槳的可能性，

8、都給中速機的發展創造了有利的條件，特別是在機艙尺寸要求嚴格的滾裝船、集裝箱船和客船上，中速機的應用就更為廣泛。目前中速機的耗油率雖然有明顯下降，但仍然略高于低速機，運轉中噪聲也比較大。預計中速機今后還會有進一步發展。2)燃氣輪機動力裝置： 本世紀30年代燃氣輪機制造業開始興盛起來，第一批作為商船主機的是在50年代。它的優點是單位重量和尺寸小，機動性高，操縱管理簡便，便于實現自動化。但它的經濟性差、進排氣管道大、機艙布置困難、不能直接倒車、裝置較復雜、葉片及燃氣發生器均在高溫高壓狀態下工作、壽命較短。由于以上原因，這種動力裝置在商船上應用較少。 3核動力裝置：核動力裝置的優點是所用燃料的重量極輕

9、，大大增加船舶續航力。同時核燃料燃燒不用空氣助燃，不用設進排氣系統。但由于造價高，核分裂反應釋放出大量放射性物質要嚴加防護，操縱管理檢查系統復雜，因此在商船上應用甚少，隨著液體燃料資源的日趨枯竭，核動力裝置的競爭能力有可能加強。第二節 對船舶動力裝置的要求一、可靠性：船舶動力裝置的好壞，首先取決于它在各種營運條件下，能否可靠地和不間斷地進行工作。因此，對任何船舶動力裝置首先提出的要求就是工作可靠性要高。二、經濟性：民用船舶在滿足可靠性的前提下，要求盡量提高其經濟性。對于船舶動力裝置的經濟性不能只從主機耗油率一項指標去衡量，還要考慮造船初投資費、燃潤油價格、管理維修費、折舊費、船員工資、保險和港

10、口各項費用。所以對動力裝置的經濟性要全面考慮，綜合分析。三、機動性：船舶機動性是安全航行的重要保證。船舶起航、變速、倒航和回轉的性能是船舶機動性的主要體現。而船舶的機動性取決于動力裝置的機動性，后者可由以下幾項指標體現。 1發動機由起動至達到全功率所需的時間：這段時間的長短主要取決于發動機的型式，低速柴油機需30分鐘以上。影響發動機加速時間長短的因素是它的運動部件的質量慣性和受熱部件的熱慣性，而后者更為重要。在這方面中速柴油機優于低速柴油機。 2螺旋槳換向所需的時間和可能的換向次數：螺旋槳換向所需的時間通常是指由發出換向指令起到螺旋槳開始反方向回轉的時間。柴油機的起動換向性能較好，在機動航行時

11、一般十幾秒內就可完成換向過程，但在船速較快且不進行緊急剎車時，換向時間則大為延長。換向次數取決于空氣瓶的容積和發動機的起動性能。換向時間和換向次數，以電力傳動和調距槳裝置最佳。 3船舶由前進變為倒航所需的時間(或滑行的距離) ：由于船舶慣性大，船舶由前進變為后退所需的時間，總是大于發動機或螺旋槳換向所需要的時間。船舶開始倒航前滑行的距離主要取決于船舶的初速、排水量、裝置的換向性能和倒車功率?；芯嚯x不能太大，一般要求貨船不能大于船體長度的6倍，而客船不得超過4倍。 4發動機的最低穩定轉速及轉速限制區域：低速柴油機的最低穩定轉速一般不高于標定轉速的30，中速機不高于40，高速機不高于45，它主要

12、取決于噴油設備的結構和制造質量。在使用轉速范圍內如存在引起船體或軸系共振的臨界轉速，則規定為轉速禁區。最低穩定轉速越低，在使用的轉速范圍內共振區越少、越窄，則動力裝置的機動性能就越好。四、續航力：是指船舶不需要補充任何物資(燃油、滑油、淡水等)所能航行的最大距離或最長時間。續航力是根據船舶的用途和航區確定的。續航力不但和動力裝置的經濟性、物資儲備量有關，也和船舶航速有很大關系。除以上要求外，還要求便于維護管理，有一定的自動化程度，并滿足造船和驗船規范。第二章 船舶柴油機動力裝置 柴油機是內燃機中的一種，而內燃機又是熱機的一種。所謂熱機是指把熱能轉換成機械能的動力機械。柴油機、汽油機、蒸汽輪機、

13、燃氣輪機以及蒸汽機是熱機中較典型的機型。其中，蒸汽機與蒸汽輪機同屬外燃機。汽油機、柴油機、燃氣輪機同屬內燃機。 柴油機是一種壓縮發火的往復式內燃機。它使用柴油或劣質油做燃料，在汽缸內與空氣混合形成可燃混合氣，缸內燃燒采用壓燃式發火。第一節 柴油機的基本結構1.固定部件、運動部件和燃燒室：柴油機是以燃油作為燃料的往復式內燃機。在柴油機中，燃油的燃燒是在機器的燃燒室內進行，并把燃料燃燒所產生的熱能轉變為機械功。氣缸體、氣缸蓋和活塞等三個部件組成密閉的燃燒室。柴油機是一種往復式機械，活塞在缸內作往復運動。由于工作機械(螺旋槳、發電機)等通常是以旋轉的方式工作的，這就需要將活塞的往復運動變為輸出軸的旋

14、轉運動，把活塞從工質得來的動力傳遞出去。該任務是由活塞、連桿和曲軸組成的傳遞動力組件來完成的。2.輔助裝置和系統：1）起動裝置的作用是把柴油機從靜止狀態轉動到足夠的轉速，使汽缸內的空氣壓縮后溫度升高到足以使柴油機發火燃燒，機器開始正常運轉。2）燃油系統則定時定量地將符合燃燒要求的油供入氣缸。3）為了使廢氣排凈，使新鮮空氣進足，由配氣機構定時地開關氣閥。4）為了使柴油機持久而可靠地工作，還需要有潤滑系統把滑油供應到各個磨擦面進行潤滑，并由冷卻系統來降低機件和滑油的溫度。5）為了提高運轉的準確性和可靠性以及操縱的靈活性，一般柴油機還安裝有調速器以及各種安全裝置并有專門的操縱機構、換向機構等。 3.

15、常用術語：1）活塞在氣缸中運動的最上端位置，也就是活塞離曲軸中心線最遠的位置，稱之為上止點。2）活塞在汽缸中運動的最下端位置，也就是活塞離曲軸中心線最近的位置，稱之為下止點。3）活塞從上止點移到下止點的距離稱之為行程，它等于曲軸曲柄半徑的兩倍。4）活塞移動一個行程，相當于曲軸轉動180（曲軸轉角）。第二節 柴油機的工作原理 1.柴油機的基本工作原理：采用壓縮式發火使燃料在汽缸內燃燒，以高溫高壓的燃氣工質在汽缸中膨脹推動活塞作往復運動，再通過活塞一連桿曲柄機構將往復運動轉變為曲軸的回轉運動，從而帶動機械工作。2. 柴油機的工作循環：根據柴油機的工作特點，燃油在柴油機汽缸中燃燒必須通過進氣、壓縮、

16、燃燒、膨脹和排氣五個過程的全部熱力循環過程稱為柴油機工作過程。3）二沖程或四沖程柴油機：在柴油機中可用活塞的兩個行程或四個行程來完成柴油機的一個工作循環，相應稱為二沖程或四沖程柴油機。一、四沖程柴油機的工作原理：圖2-2中的4個簡圖分別表示柴油機工作循環五個過程進行的情況以及活塞、曲軸、氣閥等部件的有關動作位置。 第一行程進氣行程。活塞從上止點下行，進氣閥被打開。由于汽缸容積不斷增大，缸內壓力下降，依靠大氣與缸內的壓差，新鮮空氣經氣閥被吸入汽缸。進氣閥一般在活塞到達上止點前提前打開，下止點后延遲關閉。該進氣持續角用曲軸轉角表示約為220250。 第二行程壓縮行程。活塞從下止點向上運動，自進氣閥

17、關閉開始壓縮，一直到活塞到達上止點為止。第一行程吸入的新鮮空氣經壓縮后壓力增高到36 MPa，溫度升至600700。在壓縮過程的后期由噴油器噴入氣缸內的燃油與高溫空氣混合、加熱、并自行發火燃燒，過程約持續140160曲軸轉角。 第三行程燃燒和膨脹行程。活塞在上止點附近由于燃油猛烈燃燒，使缸內壓力和溫度急劇升高，壓力約達58 MPa，甚至15 MPa以上，溫度約為14001800或更高。高溫高壓的燃氣膨脹推動活塞下行做功。由于氣缸容積增大，壓力下降，在上止點后某一時刻燃燒基本完成。膨脹過程一直到排氣閥開啟時結束。膨脹終了時的缸內壓力約為250450 kPa，氣體溫度約為600700。該過程約持續

18、120140曲軸轉角。 第四行程排氣行程。在上一行程末氣閥開啟時，活塞尚在下行，廢氣靠汽缸內外壓差經排氣閥排出。當活塞由下止點上行時，廢氣被活塞推出汽缸，此時的排氣過程是在略高于大氣壓力(約1.051.1 atm)且在壓力基本不變的情況下進行的。排氣閥一直延遲到上止點后才關閉。該過程約持續230260曲軸轉角。 進行了以上四個行程，柴油機就完成一個工作循環。當活塞繼續運動時，又一個新的工作循環又按同樣的順序重復進行。四沖程柴油機每完成一個工作循環，曲柄回轉兩轉。每工作循環中只有第三行程是做功的，其它行程都為第三行程服務，都需要外界供給能量。柴油機常做成多缸，這樣進氣、壓縮、排氣行程的能量可由正

19、在做功的氣缸供給。如果是單缸柴油機，那就由較大的飛輪供給。 四沖程柴油機的進、排氣閥啟閉時刻是在上、下止點的前后某一時刻。其開啟角都大于180曲柄轉角。進、排氣閥的啟閉時刻稱為氣閥正時。通常氣閥正時均以上、下止點前后的曲柄轉角表示，分別稱為進(排)氣閥提前、滯后角。用曲柄轉角表示氣閥正時的圓圖稱為氣閥正時圓圖。 氣閥提前開啟與延后關閉目的：是為了將廢氣排除干凈并增加空氣的吸入量，以利于燃油的燃燒，并可減少排氣耗功。在上止點前后進氣閥與排氣閥同時開啟著，這段重疊著的曲柄轉角稱為進、排氣閥重疊角(亦稱氣閥重疊角)。在氣閥疊開期間，利用廢氣的流動慣性，除可避免廢氣倒沖入進氣管外，尚可抽吸新鮮空氣進入

20、氣缸，并利用壓力差在將新氣吸入氣缸的同時將燃燒室內的廢氣掃出汽缸，實現所謂的燃燒室掃氣。二、二沖程柴油機的工作原理：在二沖程柴油機中，沒有單獨的進氣與排氣過程，其進氣與排氣過程幾乎重疊在下止點前后120150內同時進行。因此在結構上，二沖程必須采用氣缸下部掃氣口一排氣口，或氣缸下部掃氣口一氣缸蓋上排氣閥的換氣機構，而且必須設置一個專門的掃氣泵以提高進氣壓力，使進氣能從掃氣口進入汽缸并將廢氣清掃出汽缸。 圖2-4為一種二沖程柴油機的工作原理圖。該柴油機使用特設的羅茨式掃氣泵，采用掃氣口一排氣口方式換氣。掃氣泵設在柴油機的一側，其轉子由柴油機帶動。空氣從泵的吸口吸入，經壓縮后儲存在較大容積的掃氣箱

21、d中并保持一定壓力。在柴油機膨脹行程中，柴油機活塞下行，先將排氣口打開，缸內廢氣經排氣口進入到排氣管g中。當氣缸內壓力降低到掃氣壓力時，活塞下行將掃氣口打開，掃氣空氣由掃氣箱d經掃氣口e進入氣缸同時將廢氣排出氣缸，于是進氣與排氣同時進行，一直到下止點(點0)，并轉而上行把掃氣口關閉為止。掃氣結束，活塞繼續上行把排氣口關閉。至此，換氣過程全部結束，而開始進行壓縮、燃燒和膨脹過程。這兩個過程與四沖程機基本相同。通常，二沖程柴油機的燃燒和膨脹行程約占90120曲軸轉角；換氣過程約占120150曲軸轉角；壓縮行程約占120曲軸轉角。二沖程機與四沖程機比較，在相同的工作條件下，其功率約為四沖程機的1.6

22、1.7倍，而且其回轉也比四沖程機均勻，但二沖程機的換氣質量比四沖程機差。第三節 柴油機的換氣與增壓一、柴油機的換氣：柴油機每完成一個工作循環都必須把廢氣排出氣缸，并把新鮮空氣吸入氣缸，從排氣過程、掃氣過程到進氣過程結束的整個氣體交換過程稱為換氣過程。換氣過程的質量將影響柴油機的功率、經濟性、可靠性以及排氣污染，是柴油機工作優劣的先決條件。 1換氣過程：由于四沖程柴油機進排氣過程是分別在兩個過程中完成的，新氣與廢氣互不摻混，因而其換氣質量較高。而二沖程機換氣時間短，換氣與排氣同時進行，新氣與廢氣摻混，換氣質量差，缸內新氣少，殘留廢氣多。所以二沖程機對換氣型式要求較高。二沖程機常見的換氣形式一般為

23、： (1)簡單橫流掃氣：如圖2-6(a)，進氣口位于汽缸中心線的兩側，空氣從進氣口一側沿汽缸中心線向上，然后在靠近燃燒室部位回轉到排氣口一側，再沿汽缸中心線向下把廢氣從排氣口清掃出汽缸。(2)回流式掃氣：如圖2-6(b)所示，進排氣口在氣缸下部同一側且進氣口在排氣口的上方，進氣沿活塞頂面向對側的缸壁流動，到氣缸蓋再轉向下流動，把廢氣從排氣口清掃出氣缸。在船用大型柴油機中，MAN、KZ型柴油機為回流式掃氣。(3)半回流掃氣：如圖2-6(c)，進氣口布置在排氣口的下方及兩側，氣流在缸內的流動特征兼有橫流與回流的特點。某些早期的半回流掃氣形式，在排氣管中裝有回流控制閥。在船用大型柴油機中sulzer

24、RD，RND，RLA，RLB等型柴油機均為半回流掃氣形式。(4)直流掃氣：如圖2-6(d)，氣缸下部均布一圈進氣口，在氣缸口有一圈排氣閥(16個)?？諝鈴臍飧紫虏窟M氣口進入氣缸，沿氣缸中心線上行驅趕廢氣從氣缸蓋上的排氣閥排出氣缸。該掃氣型式使空氣與廢氣不易摻混，掃氣效果較好。同時排氣閥的啟閉由排氣凸輪控制，不受活塞運動的限制，所以排氣閥可以與進氣閥同時關閉。在船用柴油機中BW、UEC等機型是傳統的排氣閥掃氣口直流掃氣式柴油機?，F代船用超長行程柴油機MANBW MCMCE、sulzer RTA機型也是排氣閥掃氣口直流掃氣式柴油機。 2換氣機構：保證柴油機按規定順序和時刻完成進、排氣過程的機構稱配

25、氣機構。通常是由氣閥機構、氣閥傳動機構、凸輪軸和凸輪軸傳動機構組成的。二沖程氣口換氣的柴油機不需用專門的換氣機構，而四沖程柴油機和二沖程氣口一氣閥式直流掃氣柴油機則是通過專門的換氣機構來完成的，它是這類型柴油機的重要組成部分。 四沖程柴油機曲軸轉兩轉氣閥應開關一次，即要求凸輪軸轉一轉。因此，齒輪傳動要使曲軸與凸輪軸之間的轉速比為2：1。為保證曲軸與凸輪軸之間的“正時”關系，防止相對位置裝錯，在傳動齒輪上打有互相嚙合的裝配記號。大型低速二沖程柴油機因曲軸在凸輪軸之間的距離較遠，轉速低，多采用鏈條傳動。二、柴油機的增壓：隨著生產的發展，一方面要求柴油機的功率適應增加的負荷的要求，另一方面又要把柴油

26、機的重量和尺度限制在一定范圍內。為此就要求在單缸容積內增加進氣量，從而相應的多噴入燃油，以提高柴油機的功率。柴油機中把用增加進氣壓力來提高功率的方法稱之為增壓。為此必須裝設一個壓氣泵。如果壓氣泵是由柴油機帶動的，則進氣壓力的提高會使柴油機消耗于壓力泵的功率增多。一般用這種機械增壓的壓力不會超過0.17103kPa。 柴油機的排氣溫度還很高(約為400500)，約含燃油燃燒所發出熱量的1/3，而且該能量品質較高。如果把廢氣能量充分利用起來，使之用于渦輪增壓器，則渦輪增壓器既可使柴油機的功率增加，又可提高柴油機的經濟性。 將柴油機排出的廢氣送入渦輪機中，使渦輪機高速回轉帶動離心式壓氣機工作，從而提

27、高進氣壓力以實現增壓，該方式稱之為廢氣渦輪增壓。廢氣渦輪機和壓氣機同稱為廢氣渦輪增壓器。 第四節 柴油機的類型和典型結構一、柴油機的類型：根據柴油機所用場合、目的不同，對其要求也不同，其類型很多。如按工作循環可分為四沖程和二沖程機兩類；按是否增壓可分為非增壓和增壓柴油機等。1直列式和V型柴油機：船用柴油機通常均為多缸機。可滿足功率、機動性、可靠性等多方面的要求。多缸柴油機的排列可分為直列式、V型、W型等。船用柴油機多為直列式和V型兩種。具有兩個或兩個以上直列缸，并是一列布置的柴油機稱直列式柴油機。具有兩個或兩列汽缸，中心線夾角呈V型，并共用一根曲軸輸出動力稱為V型機。直列機的缸數一般不超過12

28、缸，缸數超過12通常用V型機，V型機一般用于中、高速柴油機。 2高速、中速、低速柴油機：柴油機的速度可以用曲軸轉速n或活塞平均速度Cm來表示。 低速柴油機 n300 rmin Cm6.07.2ms 中速柴油機 300n1000 rmin Cm9.014.2ms 中、低速柴油機一般用作船舶的主機。高速機一般用于發電原動機、救生艇發動機及應急發電機、應急空壓機、應急消防泵的原動機等。 3筒形活塞式和十字頭式柴油機：用活塞銷連接活塞與連桿的柴油機稱筒形活塞式柴油機；用沿著導板滑動的十字頭連接活塞與連桿的柴油機稱十字頭式柴油機。十字頭式柴油機設有填料函，燃燒產物不易漏入曲柄箱污染滑油，這為十字頭式柴油

29、機用劣質油作燃料燃燒創造了有利條件。但重量和高度較大，且結構也較復雜。 4右旋和左旋柴油機：從柴油機功率輸出端看，正車時沿順時針方向旋轉的柴油機稱右旋機，一般布置在右舷。從柴油機功率輸出端看，正車時沿逆時針方向旋轉的柴油機稱左旋機，一般布置在左舷。 單臺布置的柴油機通常為右旋機。 5可逆轉和不可逆轉主機：可由操縱機構改變自身轉向的柴油機稱可逆轉柴油機。曲軸僅能按同一方向旋轉的柴油機稱不可逆轉主機。二、船舶柴油機型號：每種柴油機都有自己的代號，稱為型號。下面介紹幾種主要的型號： 1我國國產柴油機型號：(1)低速柴油機： 例： 6 E S D Z 4 38 2 B，其代號含意為： 氣缸數 二沖程

30、十字頭式可倒轉 增壓 缸徑(cm)行程(cm) 改進序號(2)中、小型柴油機型號： 例： 8 E 3 5 0 Z C D，其代號含意為：氣缸數 二沖程 缸徑(mm) 增壓 船用 可倒轉2sulzer柴油機：主要有RD、RND、RNDM、RLA、RLB、RTA、RTAM等產品。例 ：6 R T A 8 4 M，其代號的含義為：氣缸數 焊接線構、二沖程、十字頭式 超長沖程直流 掃氣機型發展序號 、氣缸直徑(cm) 改進代號3，MAN低速柴油機：例： K 9 Z 6 01 0 5 E，其代號的含義為：十字頭式氣缸數 二沖程，單作用 缸徑(cm)行程(cm) 改進代號4BW船用柴油機：例： 1 2 8

31、 4 V T 2 B F-1 8 0，其代號的含義為：氣缸數 缸徑(cm) 二沖程、單作用、十字頭式 設計特征 船用 行程(cm) 5MAN-BW船用柴油機：例： 5 L(S)6 0 MCMCE，其代號的含義為：氣缸數 長沖程 （超長沖程） 缸徑(cm) 二沖程、十字頭、定壓增壓強化 經濟型6，三菱船用柴油機：例： 8 U E C 8 51 8 0 D，其代號的含義為：氣缸數 直流掃氣 廢氣渦輪增壓 十字頭式缸徑(cm)行程(cm) 系列號第五節 柴油機的工作系統一、燃油系統：功用：為保證船舶的正常營運，為主機、輔機和鍋爐等提供足夠數量并合乎質量要求的燃油。 1油的選擇：1）燃油的粘度和凝點：

32、燃油一般以油的粘度進行分類。粘度是表示燃油流動時的內部阻力。粘度的大小可以用絕對粘度和相對粘度來表示。前者表示內摩擦系數的絕對值，后者是在某一條件下的相對值。屬于絕對粘度的有運動粘度和動力粘度，屬于相對粘度的有恩氏、雷氏、賽氏粘度。動力粘度表示面積為1 cm2、相距為1 cm的兩個流體薄層，以1 cms的速度作相對運動時該流體所產生的阻力的達因數，單位為泊(h)，1h的1用厘泊(cpa)表示。運動粘度是動力粘度與密度的比值，一般用St表示，或用其1即cst表示。恩氏粘度是在某一測定溫度下，從恩氏粘度計流出200cm3油所需時間與20時同體積蒸餾水從該粘度計流出所需時間的比值，用符號Et表示。雷

33、氏粘度為某一油品在100(37.8)時，從雷氏粘度計中流出50cm3所需的時間，單位為秒(s)。雷氏粘度又有雷氏1號(Red N01)和雷氏2號(Red N02)兩種。賽氏粘度為某一油品在100時，從賽氏粘度計中流出60cm3所需的時間，單位為秒(s)。 國際標準化組織規定50時的運動粘度為通用粘度。但航運界常用雷氏1號粘度。大型低速機合適的進機粘度一般為1025cst或60110s(Red NO1)。2）燃油的種類和牌號：我國船舶柴油機所用燃油基本上有三種：輕柴油、重柴油、重質燃料油三種。輕柴油：10、0、10、20、35五個牌號，它們都是以油的凝點為牌號的，如35號輕柴油其凝固點為35；重

34、柴油：10、20、30三個牌號，也是以凝點的數值為牌號的，如20號重柴油的凝點是20；燃料油：20、60、100、200四個品種，是以80時的運動粘度為代號分類的。在國際船用燃料油市場上，常把燃油分成以下四類：船用輕柴油(Marine Gas Oil)：相當于國產35號輕柴油；船用柴油(Marine Diesel Oil)：其粘度相當于國產20號重柴油，但質量要好些，特別是其凝點較低；中間燃料油(Intermediate Fuel Oil)：相當于我國的內燃機燃料油，其粘度一般在200300s(雷氏粘度)；船用燃料油(Marine Fuel Oil)：它為石油蒸餾剩余的渣油，粘度多在3500s

35、以上。3）應用： 救生艇發動機和應急發電機要選用輕柴油， 發電柴油機多選用重柴油，但現在新型發電柴油機也可用與主機相同的燃料油。 船用主機一般用內燃機燃料油，船用主鍋爐可以使用船用燃料油，亦即渣油。 2燃油系統：一般由燃油注入、貯存、駁運、凈化和供給五個基本環節組成。 二、潤滑系統：通常是由曲柄箱強制潤滑系統、增壓器潤滑系統、氣缸潤滑系統等組成。 1增壓器潤滑系統：增壓器使用汽輪機油潤滑，其潤滑系統通常有兩種潤滑方式：一種是自身封閉式潤滑(不需要另設潤滑系統)；一種是重力一強制混合潤滑系統。 2汽缸油潤滑系統：1）十字頭式柴油機：汽缸注油潤滑使用專用的潤滑系統及設備(氣缸注油器、注油接頭)，把

36、氣缸油經缸壁上的注油孔(一般均布812個)噴注到汽缸壁表面進行潤滑；其注油量可控，噴出的氣缸油不予回收，國外稱“一次過潤滑”(once-through)。2）在某些中速筒型活塞柴油機中，氣缸潤滑除采用飛濺潤滑方式外，還采用注油潤滑作為汽缸潤滑的輔助措施。3.曲柄箱油潤滑系統：曲柄箱滑油系統按照發動機機構不同有濕油底殼式、干油底殼式兩種。1）濕油底殼式的滑油存放在發動機油底殼內，借助滑油泵把滑油抽吸上來，經滑油冷卻器后送至各潤滑部件，然后借助重力回流入曲柄箱的油底殼內。這種系統設備少，無需另設滑油循環柜，滑油變質后可以全部更換，多用于小型船舶主機和海船發電機之中，其缺點是潤滑會受到高溫燃氣的作用

37、而容易變質。2）干油底殼式潤滑是專設的滑油循環柜存放滑油，改善了滑油的工作條件，這種系統多用于大、中型船舶主機中。三、冷卻系統：為了使受高溫燃氣和摩擦作用的部件保持穩定的工作性能，必須對它們進行冷卻。冷卻系統的任務就是把冷卻介質送到受熱的部件，將多余的熱量帶走。對冷卻系統的基本要求：確保供給足量、連續和適宜的冷卻介質，工作安全可靠，便于維護管理和經濟耐用。根據工作特點的不同，冷卻系統可分為以下三種： 1開式冷卻系統：開式冷卻系統的設備和管路少，維護管理方便，水源豐富，是船上應用最早的冷卻方式，但由于冷卻介質為舷外水，水質和水溫變化較大，易使冷卻水腔積垢，并且使被冷卻部件內外溫差過大，柴油機效率

38、低，可能出現裂紋、漏水等嚴重事故。所以該種冷卻方式主要用于某些小型柴油機的冷卻，以及對冷卻液要求不高和對水質要求不嚴格的設備。 2閉式冷卻系統：系統中主機的冷卻介質是淡水。柴油機在正常運轉時，淡水經缸套冷卻水泵和進水總管進入主機，冷卻后經除氣、穩壓和節流由排出總管排出，最后經殼管式冷卻器又回到汽缸冷卻水泵。通過淡水不停地循環，把主機需要散出的熱量帶出，在冷卻器中傳給海水，由海水帶至舷外。膨脹水柜的作用：使水受熱后有膨脹的余地、補水、放氣、投藥處理及保證淡水泵有足夠的壓頭等作用。為滿足備車時的需要，系統中設有預熱泵和加熱器。船上柴油副機有自己獨立的淡水冷卻系統，在大多數船上它與主機的缸套水系統之

39、間設腰接閥而互相連通。當主機完車之后，轉換腰接閥，使副機的循環淡水對主機進行預熱，以便于下次起動。為利用余熱，可將部分缸套水引入造水機，以加熱淡水，使海水在一定真空下蒸發、冷凝制成淡水。 3集中式冷卻系統：閉式冷卻系統由于克服了開式冷卻系統的水質差和溫度受外界環境影響大的弊病，因此在船上得到廣泛應用。但在該種冷卻方式中，除了眾多的冷卻器用海水冷卻外，也還有一些其它設備直接用海水冷卻，使不少設備部件和管路仍暴露于海水的腐蝕之下，為此從60年代起又發展了集中式冷卻系統。集中式冷卻系統幾乎所有設備都用淡水冷卻，而淡水吸收的熱量則在中央冷卻器中傳給海水。用于中央冷卻器的海水系統，只包括海水泵、過濾器、

40、閥件和長度極短的海水管路。該種冷卻方式優點：使系統的設備、管路、閥件受腐蝕減少，整個系統的維修工作量大為減少。但系統常采用板式熱交換器，這種熱交換器常采用鈦金屬板，使得投資費用增加，對維修技術的要求較高。第六節 柴油機的操縱系統 船舶的航行狀況經常發生變化，例如：進出港和靠離碼頭，要求船舶多次改變航速和航向；在海洋中要求定速航行；在大風浪中，由于船舶阻力增大，為防止主機超負荷，應限制主機的負荷和轉速；在緊急情況下，應能緊急剎車，強迫主機停車和倒轉。因此要求船舶主機應具有起動和停車、定速和變速、超速和限速、超負荷和限制負荷、正車和倒車的能力。為滿足這些功能，而設置的起動、換向和調速裝置稱之為柴油

41、機的操縱機構。一、起動裝置：柴油機是一種壓縮發火式內燃機，必須保證在壓縮終了時的溫度和壓力保持一定值，因此必須保證柴油機有一定的起動轉速，通常稱柴油機起動所要求的最低轉速為起動轉速。柴油機起動轉速的范圍一般是：高速柴油機：80150 rmin；中速柴油機：6070 rmin；低速柴油機：2530 rmin。柴油機起動方式可分為：人力手搖起動、電動起動、壓縮空氣起動三種。通常，小型柴油機和救生艇發動機采用手搖或電動起動，船舶主機和柴油發電機幾乎全部采用壓縮空氣起動。 二、換向裝置：要使船舶從前進變為后退(或相反)，既可靠改變槳的轉向來實現，也可靠改變槳的螺距角使推力發生變化(稱為調距槳)來實現。

42、目前，多數船舶使用前者實現航向的改變，在這種方式中，可通過軸系上的換向裝置來完成(間接傳動方式)，也可通過主機的換向來完成。大型低速柴油機多采用后者。 要使柴油機換向，應先停車，然后使柴油機反向起動起來，因此必須改變噴油正時、排氣閥正時，以滿足反向起動和反向運轉對正時的要求。上述正時均由凸輪控制，從前而改變空氣分配器、噴油泵和進、排氣閥等凸輪與曲軸的相對位置。為改變柴油機的轉向而改變各種凸輪相對于曲軸位置的機構稱之為換向裝置。 三、調速裝置：柴油機的不同轉速和功率是通過改變每一循環的噴油量來完成的，在一定的外負荷條件下，若供給柴油機一定的燃油量，使柴油機的功率與外界負荷相平衡，柴油機就在某一轉

43、速下穩定運轉，船用柴油機的外界負荷是經常變動的，欲使柴油機的功率與新的外界負荷相適應，就應及時改變噴油量。通常噴油量的改變是通過調速裝置來完成的。 1. 船舶發電柴油機：要求在外界負荷變化時能保持恒定的轉速，以保持發電機的電壓和頻率恒定，滿足并車及供電需要。若負荷減少而噴油量不變，則柴油機和功率大于外界負荷使轉速升高，轉速上升又進一步增大了功率的不平衡，使轉速繼續升高而導致飛車。反之，若外界負荷增大，最終會導致停車。因此必須裝設定速調速器，以保證在外界負荷變化時能保持轉速穩定。 2.船舶主機：與發電柴油機不同，若外負荷增大而噴油量不變，則主機會減速，槳的功耗下降穩定在一個新的功率平衡點上；反之

44、，若外界負荷減小而噴油量不變，則會穩定在一個較高轉速的新平衡點上。故船舶主機有自平衡能力。如不需主機轉速恒定，可無需裝調速器。但為了在某些特殊情況下(如槳露出水面、斷軸、掉槳)的安全，我國規定必須裝設極限調速器。對于長航線船舶，為避免海況變化使得柴油機工況不穩定，必須裝設調速器。1）按照轉速調節范圍可分為：(1)極限調速器：只有當柴油機轉速超過極限時才起作用。目前已很少單獨在船上使用。(2)定速調速器：保持柴油機轉速恒定。(3)全制式調速器：可任意選定轉速，并保持該轉速恒定，廣泛應用于船舶主機和發電柴油機中。(4)雙制式調速器：有兩個轉速控制點，能改善柴油機的怠速工況的穩定性和限制最高轉速。2

45、）按結構原理可分為：(1)機械式調速器：一般用于中、小功率柴油機上；(2)液壓調速器：一般用于大、中型柴油機上。3）超速保護裝置：船舶柴油機除了要裝設調速器外，為防止調速器損壞時 造成柴油機的損害，還要裝設超速保護裝置。我國規定：凡功率超過220kW以上的船舶柴油機和發電柴油機應裝設此設備，以防止主機轉速超過120標定轉速和柴油發電機轉速超過115標定轉速。該裝置必須與調速器分開設立并獨立運行，只有在轉速超過規定時才起作用。 四、操縱系統：是將起動、換向、調速等裝置聯結成一個整體并可以集中控制柴油機的機構。操縱系統按操縱方式可分為：(1)機旁手動操縱：操作臺設在機旁。(2)機艙集控室控制：在機

46、艙的適當部位設置專用的控制室。(3)駕駛室遙控：在駕駛臺由駕駛員直接控制柴油機。 機旁手動操縱是操縱系統的基礎，其優先級最高，亦即切換至機旁手動操縱時，其它兩種操縱方式不起作用。其次為機艙集中室控制，最后是駕駛室控制。第七節 柴油機的運轉特性 柴油機的特性反映出柴油機的動力性、經濟性和使用性能，是柴油機的固有特性。由于柴油機應用場合和工作條件的不同，其性能指標和工作參數有很大差異。一、柴油機的速度特性：指將噴油泵油量調節機構固定在某一位置上，然后改變柴油機的負荷，使柴油機轉速變化，在這種條件下測得的柴油機主要性能指標和工作參數隨轉速變化的規律。 根據噴油泵的油量調節機構固定位置不同，亦即每循環

47、供油量不同，柴油機的速度特性可分為：全負荷速度特性、超負荷速度特性、部分負荷速度特性。1）全負荷速度特性：測定時，柴油機先開空車，逐漸增速，再通過測功器逐漸增大負荷，同時通過調速器增加供油量，使柴油機在標定轉速下發出標定功率和標定轉矩。然后將油門固定，逐次增加柴油機的轉速和降低轉速，使柴油機在最低穩定轉速和標定轉速之間的各個不同轉速下穩定運轉測出其在各轉速下的性能參數，由此可以整理出以轉速為橫坐標各性能參數為縱坐標的全負荷速度特性。如圖中曲線3所示。2）超負荷速度特性：測定方法是把油門固定于產生110標定功率的油門上，所測出的性能曲線。如圖中曲線2所示。3）部分負荷速度特性：如果把油門固定于比

48、標定功率油量小的各個位置上，通過上述方法所測得的曲線稱為部分負荷速度特性。由于油量調節機構固定的位置不同，可測得若干條柴油機部分負荷速度特性曲線。如圖中曲線5和6所示。 作為船舶推進柴油機在實際使用時，考慮到航行條件和船舶污染情況，為保證主機在各種運轉條件下均能長期可靠運行，主機都留有適當的功率儲備，即船上實際使用的最大功率要低于標定功率一定值。此時實際的全負荷速度特性線應按圖中的曲線4考慮。二、柴油機的推進特性：在船舶推進系統中，船、機、槳三者之間處于同一系統中，組成一個統一的能量轉換系統。在穩定運行時，主機發出的功率和轉矩應與槳得到的功率和扭矩相同(不計及傳動損失)。槳所得到的功率則用來克

49、服船舶阻力，使船舶保持一定的速度航行。 因為槳所需的功率與轉速的三次方成正比，主機帶動螺旋槳工作，就必須滿足槳的功率要求。根據主機的功率與槳所需的功率相等的原則，主機的功率與轉速的關系也是三次方的關系。柴油機按槳特性工作時，各性能指標和工作參數隨轉速變化的規律，稱為柴油機的推進特性。三、柴油機的限制特性：柴油機在運轉中，如果因某個零件或部件發生故障而停車，則必然會危機船舶的航行安全。為此對柴油機的熱負荷和機械負荷都應有一定的限制，即要防止超功率也要防止超扭矩；即要防止超轉速也要防止超溫度。 限制特性是指限制柴油機在各種轉速下的最大有效功率，使柴油機的機械負荷和熱負荷不超出為保證它可靠工作而規定

50、的允許范圍。限制特性是速度特性的一種。 實際常用的限制特性有：(1)等轉矩限制特性：一般低速機和中速柴油機常以轉矩作為限制參數來建立轉矩限制特性。在等轉矩的情況下，功率與轉速成正比。如圖2-30中直線7所示。(2)等排溫限制特性：為限制柴油機的熱負荷，可以用柴油機的等平均排溫曲線作為限制特性。 第八節 柴油機的主要工作指標 柴油機的性能通?？梢詮膭恿π?、經濟性、運轉性(冷車起動、排氣污染等)、可靠性和耐久性等方面加以衡量，而這里主要是從動力性和經濟性來考慮。動力性和經濟性指標可以分為指示指標和有效指標兩類。1）指示指標：是以汽缸內示功圖所表示的工作循環指示功為基礎的，只考慮缸內燃燒不完全及傳熱

51、等損失，而未考慮各運動副之間的摩擦損失。該指標主要用來評定缸內工作循環的完善程度。2）有效指標：是以在輸出軸上所得到的有效功為基礎，既考慮了熱損失也考慮了機械損失，它是評定柴油機工作性能的最終指標。一、指示指標 1平均指示壓力：平均指示壓力pi表示一個工作循環中單位汽缸容積的作功能力。pi值大，說明汽缸作功能力大，工作循環比較完善。 在船舶實踐中，可以通過由示功器測得的少p-V示功圖進行計算得出柴油機作功能力的大小。如所得示功圖面積為，f(mm2)，長度為L(mm)，平均高度為hif/L(mm)，則平均指示壓力 pi=hiM (MPa) 式中：M示功彈簧比例，mmMPa。 2指示功率：假設每個

52、汽缸每個工作循環的指示功為：Wi= pi Vh ,則一個汽缸的指示功為：Wi = pi Vh m n/60 (N.ms) 整臺機的指示功率為：Pi pi Vh m n i/60000 (kw)式中：pi平均指示壓力，Pa或Nm2； Vh汽缸工作容積，m3； N柴油機轉速，rmin； M每轉工作行程數，四沖程機m l2，二沖程機m =1； i汽缸數。對于既定的柴油機，Vh、m為定值，令 Vh m6000C 則： Pi Cpini (kW) 3指示熱效率和指示油耗率：柴油機的指示熱效率為指示功的熱當量與消耗的燃料熱量的比值，即： i Wi/QXR 3600 pi/GfHu式中：Wi指示功，J； Q

53、XR加入汽缸的總熱量，J； Gf 柴油機每小時油耗量，kgh； Hu所用燃料的低發熱值，kJkg；Pi指示功率，kWo 指示油耗率以1kW指示功率每小時消耗的燃油量來表示，即： gi Gf/ Pi 則： i 3600/ gi Hu二、有效指標 1有效功率和機械效率：從柴油機曲軸飛輪端傳出的功率稱為有效功率，用Pe表示。也可以說用指示功率減去機械損失功率Pm即為有效功率，即： PePiPm 機械損失功率包括摩擦損失功率、帶動輔助機械消耗的功率、進排氣過程的泵氣損失(只存在于增壓四沖程機中)。 機械效率m是有效功率與指示功率之比，即： mPe/PiPPm/Pi1 Pm/Pi 機械效率m取決于：設計

54、制造質量、柴油機負荷、轉速、滑油溫度、水溫等。 2有效燃油消耗率和有效熱效率：有效油耗率是指每1kW有效功率每小時所消耗的燃油量，即： ge= Gf/ Pe 或ge= gi /m kg(kWh) 有效熱效率是指曲軸有效功與所消耗的熱量之比，即： e We/ QXR Wi/ QXRWe/ Wiim e 3600/ geHu3平均有效壓力：是指柴油機每一工作循環每單位汽缸工作容積所作的有效功。仿照指示壓力的公式，可以算得：pe=Pe/cni 或 pepim 同樣，平均機械損失壓力Pm也可以寫成為：pm=Pm/cni， 則平均有效壓力可寫成：pe=pi-pm 。 三、其它常用參數：1最高爆發壓力：燃

55、燒過程中汽缸內工質的最高壓力稱最高爆發壓力pz。它是引起柴油機周期性機械負荷的主要外力，會引起各部件的應力和變形，造成疲勞損壞、磨損和振動。2排氣溫度：非增壓柴油機的排氣溫度是指廢氣管內的排氣溫度，增壓柴油機的排氣溫度是指汽缸蓋排氣道出口處廢氣的平均溫度，用tr表示。3活塞平均速度：在曲軸一轉兩個行程中活塞運動速度的平均值稱活塞平均速度Cm。即： Cm = 2Sn60 = Sn30 (m/s)。 4行程缸徑比：行程缸徑比(SD)是柴油機的主要結構參數之一。它對柴油機的重量及尺寸、機械負荷、熱負荷、振動性能等都有重大的影響。 第九節 柴油機的運行管理一、備車： 開航前的備車是技術管理的重要環節之

56、一，任何船舶都應有這個過程。其目的是保證船舶動力裝置處于隨時可起動和運行狀況。備車時間一般在0.56 h之間。其基本內容包括校對時鐘、車鐘、對舵、暖機、各系統準備、轉車、沖車和試車等。 1暖機：1）暖機：是指預先加熱柴油機冷卻系統、滑油系統及燃油系統，并開啟各泵來提高機體溫度和向各運動件摩擦表面供應滑油的過程。2）目的：在于減少由于起動后溫度突變而使得部件產生的熱應力，并可改善柴油機的起動性能和發火性能，減少汽缸內的低溫腐蝕等。 2，各系統的準備：為保證柴油機能夠正常運行，各工作系統如滑油、冷卻水、燃油、壓縮空氣等均應處于正常工作狀態。 3，轉車、沖車和試車：以上工作準備完畢后，通常在開航前1530min進行轉車、沖車和試車。進行前，應征得駕駛員同意，駕駛員檢查船首、船尾情況，確認正常后，才可通知機艙沖、試車。轉車：是利用盤車機將主機轉動幾圈。目的是檢查各運動部件和軸系的回轉情況及缸內有無大量積水。沖車：在轉動確認正常后要脫開盤車機，利用壓縮空氣對主機進行起動操作。其目的是利用壓縮空氣將缸內小雜質、殘水和積油從示功閥沖出，從而檢查起動系統工作是否正常。試車：沖車正常后關閉示功閥，正、倒車交替起動、供油發火，各運轉幾轉。其目的是檢查起動、換向、燃油系統、油量調節機構及調速器等是否正常。并檢