船用柴油机配气系统(船舶柴油机配气系统组成及工作原理)

海潮机械 2023-01-17 22:31 编辑:admin 221阅读

1. 船舶柴油机配气系统组成及工作原理

最简单的燃气轮机装置包括三个主要部件:压气机、燃气轮机和燃烧室。空气和燃料分别经压气机与泵增压后送入燃烧室,在其中燃料与空气混合并燃烧,释放出热能。燃烧所产生的燃气吸热后温度升高,然后流入燃气轮机边膨胀边作功,作功后的气体排向大气并向大气放热。重复上述升压、吸热、膨胀与放热过程,连续不断地将燃料的化学能转换成热能,进而转换成机械能。 这是最简单的,要详细的再给你复制。 以下是详细的: 燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转,将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械,是一种旋转叶轮式热力发动机。

中国在公元十二世纪的南宋高宗年间就已有走马灯的记载,它是涡轮机(透平)的雏形。15世纪末,意大利人列奥纳多·达芬奇设计出烟气转动装置,其原理与走马灯相同。至17世纪中叶,透平原理在欧洲得到了较多应用。

1791年,英国人巴伯首次描述了燃气轮机的工作过程;1872年,德国人施托尔策设计了一台燃气轮机,并于1900~1904年进行了试验,但因始终未能脱开起动机独立运行而失败;1905年,法国人勒梅尔和阿芒戈制成第一台能输出功的燃气轮机,但效率太低,因而未获得实用。

1920年,德国人霍尔茨瓦特制成第一台实用的燃气轮机,其效率为13%、功率为370千瓦,按等容加热循环工作,但因等容加热循环以断续爆燃的方式加热,存在许多重大缺点而被人们放弃。

随着空气动力学的发展,人们掌握了压气机叶片中气体扩压流动的特点,解决了设计高效率轴流式压气机的问题,因而在30年代中期出现了效率达85%的轴流式压气机。与此同时,透平效率也有了提高。在高温材料方面,出现了能承受600℃以上高温的铬镍合金钢等耐热钢,因而能采用较高的燃气初温,于是等压加热循环的燃气轮机终于得到成功的应用。

1939年,在瑞士制成了四兆瓦发电用燃气轮机,效率达18%。同年,在德国制造的喷气式飞机试飞成功,从此燃气轮机进入了实用阶段,并开始迅速发展。

随着高温材料的不断进展,以及透平采用冷却叶片并不断提高冷却效果,燃气初温逐步提高,使燃气轮机效率不断提高。单机功率也不断增大,在70年代中期出现了数种100兆瓦级的燃气轮机,最高能达到130兆瓦。

与此同时,燃气轮机的应用领域不断扩大。1941年瑞士制造的第一辆燃气轮机机车通过了试验;1947年,英国制造的第一艘装备燃气轮机的舰艇下水,它以1.86兆瓦的燃气轮机作加力动力;1950年,英国制成第一辆燃气轮机汽车。此后,燃气轮机在更多的部门中获得应用。

在燃气轮机获得广泛应用的同时,还出现了燃气轮机与其他热机相结合的复合装置。最早出现的是与活塞式内燃机相结合的装置;50~60年代,出现了以自由活塞发气机与燃气轮机组成的自由活塞燃气轮机装置,但由于笨重和系统较复杂,到70年代就停止了生产。此外,还发展了柴油机燃气轮机复合装置;另有一类利用燃气轮机排气热量供热(或蒸汽)的全能量系统,可有效地节约能源,已用于多种工业生产中。

燃气轮机的工作过程是,压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩;压缩后的空气进入燃烧室,与喷入的燃料混合后燃烧,成为高温燃气,随即流入燃气透平中膨胀作功,推动透平叶轮带着压气机叶轮一起旋转;加热后的高温燃气的作功能力显著提高,因而燃气透平在带动压气机的同时,尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。燃气轮机由静止起动时,需用起动机带着旋转,待加速到能独立运行后,起动机才脱开。

燃气轮机的工作过程是最简单的,称为简单循环;此外,还有回热循环和复杂循环。燃气轮机的工质来自大气,最后又排至大气,是开式循环;此外,还有工质被封闭循环使用的闭式循环。燃气轮机与其他热机相结合的称为复合循环装置。

燃气初温和压气机的压缩比,是影响燃气轮机效率的两个主要因素。提高燃气初温,并相应提高压缩比,可使燃气轮机效率显著提高。70年代末,压缩比最高达到31;工业和船用燃气轮机的燃气初温最高达1200℃左右,航空燃气轮机的超过1350℃。

燃气轮机由压气机、燃烧室和燃气透平等组成。压气机有轴流式和离心式两种,轴流式压气机效率较高,适用于大流量的场合。在小流量时,轴流式压气机因后面几级叶片很短,效率低于离心式。功率为数兆瓦的燃气轮机中,有些压气机采用轴流式加一个离心式作末级,因而在达到较高效率的同时又缩短了轴向长度。

燃烧室和透平不仅工作温度高,而且还承受燃气轮机在起动和停机时,因温度剧烈变化引起的热冲击,工作条件恶劣,故它们是决定燃气轮机寿命的关键部件。为确保有足够的寿命,这两大部件中工作条件最差的零件如火焰筒和叶片等,须用镍基和钴基合金等高温材料制造,同时还须用空气冷却来降低工作温度。

对于一台燃气轮机来说,除了主要部件外还必须有完善的调节保安系统,此外还需要配备良好的附属系统和设备,包括:起动装置、燃料系统、润滑系统、空气滤清器、进气和排气消声器等。

燃气轮机有重型和轻型两类。重型的零件较为厚重,大修周期长,寿命可达10万小时以上。轻型的结构紧凑而轻,所用材料一般较好,其中以航机的结构为最紧凑、最轻,但寿命较短。

与活塞式内燃机和蒸汽动力装置相比较,燃气轮机的主要优点是小而轻。单位功率的质量,重型燃气轮机一般为2~5千克/千瓦,而航机一般低于0.2千克/千瓦。燃气轮机占地面积小,当用于车、船等运输机械时,既可节省空间,也可装备功率更大的燃气轮机以提高车、船速度。燃气轮机的主要缺点是效率不够高,在部分负荷下效率下降快,空载时的燃料消耗量高。

不同的应用部门,对燃气轮机的要求和使用状况也不相同。功率在10兆瓦以上的燃气轮机多数用于发电,而30~40兆瓦以上的几乎全部用于发电。

燃气轮机发电机组能在无外界电源的情况下迅速起动,机动性好,在电网中用它带动尖峰负荷和作为紧急备用,能较好地保障电网的安全运行,所以应用广泛。在汽车(或拖车)电站和列车电站等移动电站中,燃气轮机因其轻小,应用也很广泛。此外,还有不少利用燃气轮机的便携电源,功率最小的在10千瓦以下。

燃气轮机的未来发展趋势是提高效率、采用高温陶瓷材料、利用核能和发展燃煤技术。提高效率的关键是提高燃气初温,即改进透平叶片的冷却技术,研制能耐更高温度的高温材料。其次是提高压缩比,研制级数更少而压缩比更高的压气机。再次是提高各个部件的效率。

高温陶瓷材料能在1360℃以上的高温下工作,用它来做透平叶片和燃烧室的火焰筒等高温零件时,就能在不用空气冷却的情况下大大提高燃气初温,从而较大地提高燃气轮机效率。适于燃气轮机的高温陶瓷材料有氮化硅和碳化硅等。

按闭式循环工作的装置能利用核能,它用高温气冷反应堆作为加热器,反应堆的冷却剂(氦或氮等)同时作为压气机和透平的工质。

2. 船舶柴油机的基本工作原理

柴油机的工作原理如下:压缩的空气产生高温高压,使喷入雾化的柴油后爆炸膨胀,气缸内的柴油燃烧产生动能,压力直接作用在活塞上,推动活塞沿气缸做高速直线往复运动,然后经过曲柄连杆机构将活塞的直线运动转化为曲柄的旋转运动,从而输出机械功。

3. 船用柴油机构造图解及原理

  船柴油机的工作原理   船用柴油机是一种船舶上用的柴油机。

其工作原理如下:   一股新鲜空气被抽进或泵进发动机汽缸内,然后被运动的活塞压缩到很高的压力。当空气被压缩时,其温度升高以致它能点燃喷射进汽缸的细雾状燃油。燃油的燃烧给充进的空气增加更多的热量,引起膨胀并迫使发电机活塞对曲轴做功,曲轴依次地通过其他轴来驱动传船舶的螺旋桨。  两次燃油喷射之间的运行称为一个工作循环。在四冲程柴油发动机中,这个循环需要由活塞四个不同的冲程来完成,即吸气、压缩、膨胀和排气。如果我们把吸气和排气与压缩和膨胀结合起来,四冲程发动机就变成了两冲程发电机。  二冲程循环开始于活塞从其冲程的底部(既下止点)上升,此时汽缸边上进气口处于打开状态。此时,排气阀也打开,新鲜空气充入汽缸,把上一冲程残留的废气通过打开的排气阀吹出去。阀吹出去。  当活塞向上运行到其行程上午大约五分之一时,它就关闭进气口,同时排气阀也关闭,所以温度和压力都上升到很高的值。  当活塞到达其冲程的顶部(即上止点)时,燃油阀把细雾状的燃油喷射到汽缸内的高温空气中,燃油立即燃烧,热量使压力很快上升。这样,膨胀的燃气迫使活塞在做功冲程中向下移动。  当活塞向下移动到行程的一半过一点的地方,排气阀打开,高温的燃气由于其自身的压力开始通过排气阀向外流出,该压力受助于通过进气口进入的新鲜空气。进气口是随着活塞的进一步下行而打开的。然后,另一循环又开始了。  在二冲程发动机里,曲轴转一圈做一次做功冲程,而四冲程发动机,需要曲轴转二圈才做一次做功冲程,这就是为什么二冲程发动机在相同的尺寸下能够做大约两倍于四冲程发动机所做功的原因。在当前实际使用中,具有相同缸径和相同转速的发动机,二冲程发动机输出的功率比四冲程发动机高出大约百分之八十。这种发动机功率的增加,使得二冲程发电机作为大型船舶主机而得到广泛地应用。

4. 船舶主柴油机的操作与管理

船舶换油恪守“两个船位”原则

1.确保燃油滤器通畅

由于目前市场上含硫量低于0.10%m/m的燃油产量并不是很大,未安装尾气处理装置的船舶进入中国内河排放控制区有不少是采用燃用轻油的方法应对。通常情况下,轻油品质较好,突然产生滤器堵塞的可能性并不是很大,除非混油后发生残留催化剂(Cat Fine)这类的杂质堵塞滤器。但该轮从3月6日换用轻油至事发时,主机燃油系统一直处于正常状态。而燃油混油所发生的杂质堵塞滤器问题一般在混油初期,而不可能在长达8天以后才发生。况且,该轮大管轮的证词进一步佐证了这一判断。

当然,不能排除自动反冲洗滤器发生堵塞时船员切换燃油旁通滤器操作不当而混入空气,并由此造成燃油低压的结果。但此种情况下,会出现燃油温度反复报警吗?反复的燃油温度警报又该如何解释呢?

2.燃油温度保持适中

众所周知,船舶在燃用燃料油时,因其燃油粘度较高,需要根据其粘温特性提升燃油温度,并确保温度保持在一个合理的范围内以确保合适的燃油进机粘度。过高的燃油进机温度将降低船用燃料油的进机粘度,相反过低的燃油进机温度则提高了船用燃料油的进机粘度,两者均不利于船舶柴油机的发火燃烧工况。

而在船舶使用轻油的情况下,因其本身燃油粘度较低,所以无需加热过程,复查时核实该轮主机燃油进机温度为36.5℃的实际观察结果也证实了该观点。

机舱的主机燃油温度警报不会作假!这个特定时期反复出现的警报后面应该还隐藏了什么!

经反复核对燃油温度警报的时间记录,发现燃油温度是由高于98℃开始,再到低于95℃之间来回报警。此时,粘度计在燃油系统中还起不到相应作用!这是因为使用轻油时,因燃油粘度过低,粘度计还无法起到控制作用。燃油温度的忽高忽低必然是有人故意作为。毕竟在燃油温度控制方面,人为的控制不如带有PDI(比例积分微分)调节的粘度计控制精准。

在证据链面前,经船级社和船旗国的一起介入分析,该轮轮机长最后承认:该轮驶离内河排放控制区后准备尽早换油以节省燃油费用(由符合0.10%m/m标准的轻油换用到符合0.50%m/m标准的低硫燃油),遂安排当班机工稍微打开加热阀对主机燃油系统进行缓慢预热,以减少温差便于快速换用低硫燃料油。然而,当班机工在操作过程中将燃油加热阀的开度调节过猛造成加热量过大,后续也未注意燃油进机温度快速升高现象,于是便出现了“正常—报警—正常”的燃油温度警报记录。此时,可以推断的是:正在使用中的轻油温度过高导致轻油在燃油系统中的气化,进而造成主机燃油泵混入气体后无法起压,最终引发船舶主机的突然停车、船舶失控。

5. 船舶柴油机配气系统组成及工作原理图

柴油机的主要机构组件一般包括:机体、曲柄连杆机构、配气机构、燃油系统、润滑系统、冷却系统、电器系统。补充:柴油机的基本结构包括:曲柄连杆 机构、配气机构、传动机构、燃油供给系统、润滑系统、冷 却系统和起动系统(俗称三大机构、四大系统)。

曲柄连杆机构、配气机构和燃油供给系统是柴油机的三 大基本部分,它们互相配合,完成柴油机的工作循环,实现 能量转换。柴油机在使用过程中,必须对以上各部分予以充 分重视,不可忽视任何一个部分,否则,柴油机的正常工作 将无法保证,甚至会造成柴油机的严重损坏。对于现代柴油机而言,在上述基本结构的基础上,通过增加增压系统(提高进气压力)而成为增压柴油机,通过 对供油系统的电控化而成为电控柴油机(包括电控共轨柴 油机和电控单体栗柴油机)。