船用柴油發(fā)電機組工作原理

船用柴油機是一種船舶上用的柴油機。其工作原理如下：

一股新鮮空氣被抽進或泵進發(fā)動機汽缸內(nèi)，然后被運動的活塞壓縮到很高的壓力。當空氣被壓縮時，其溫度升高以致它能點燃噴射進汽缸的細霧狀燃油。燃油的燃燒給充進的空氣增加更多的熱量，引起膨脹并迫使發(fā)電機活塞對曲軸做功，曲軸依次地通過其他軸來驅(qū)動傳船舶的螺旋槳。

兩次燃油噴射之間的運行稱為一個工作循環(huán)。在四沖程柴油發(fā)動機中，這個循環(huán)需要由活塞四個不同的沖程來完成，即吸氣、壓縮、膨脹和排氣。如果我們把吸氣和排氣與壓縮和膨脹結(jié)合起來，四沖程發(fā)動機就變成了兩沖程發(fā)電機。

二沖程循環(huán)開始于活塞從其沖程的底部（既下止點）上升，此時汽缸邊上進氣口處于打開狀態(tài)。此時，排氣閥也打開，新鮮空氣充入汽缸，把上一沖程殘留的廢氣通過打開的排氣閥吹出去。閥吹出去。

當活塞向上運行到其行程上午大約五分之一時，它就關(guān)閉進氣口，同時排氣閥也關(guān)閉，所以溫度和壓力都上升到很高的值。

當活塞到達其沖程的頂部（即上止點）時，燃油閥把細霧狀的燃油噴射到汽缸內(nèi)的高溫空氣中，燃油立即燃燒，熱量使壓力很快上升。這樣，膨脹的燃氣迫使活塞在做功沖程中向下移動。

當活塞向下移動到行程的一半過一點的地方，排氣閥打開，高溫的燃氣由于其自身的壓力開始通過排氣閥向外流出，該壓力受助于通過進氣口進入的新鮮空氣。進氣口是隨著活塞的進一步下行而打開的。然后，另一循環(huán)又開始了。

在二沖程發(fā)動機里，曲軸轉(zhuǎn)一圈做一次做功沖程，而四沖程發(fā)動機，需要曲軸轉(zhuǎn)二圈才做一次做功沖程，這就是為什么二沖程發(fā)動機在相同的尺寸下能夠做大約兩倍于四沖程發(fā)動機所做功的原因。在當前實際使用中，具有相同缸徑和相同轉(zhuǎn)速的發(fā)動機，二沖程發(fā)動機輸出的功率比四沖程發(fā)動機高出大約百分之八十。這種發(fā)動機功率的增加，使得二沖程發(fā)電機作為大型船舶主機而得到廣泛地應用。

現(xiàn)代船用大型低速柴油機近十多年在提高經(jīng)濟性方而取得的成效超過了過去幾十年。各種節(jié)能措施相繼出現(xiàn)并日趨完善。這些措施主要有：

1．采用定壓渦輪增壓系統(tǒng)和高效率廢氣渦輪增壓器

在高增壓柴油機上采用定壓渦輪增壓系統(tǒng)代替脈沖渦輪增壓系統(tǒng)是現(xiàn)代柴油機一在顯著特點，同時也有利于提高增壓器的效率 。新型渦輪增壓器的發(fā)展和使用，使增壓器效率由60年代的50-60%提高于60-76%，由此顯著降低了柴油機燃油消耗率。

2．增大行程缸徑比S/D

增大行程缸徑比S/D的主要目的是在保持活塞平均速度Vm不變的情況下大幅度降低柴油機轉(zhuǎn)速，以提高螺旋槳效率，從而提高動力裝置的總效率。這是自石油危機以來提高柴油機動力裝置經(jīng)濟性的重要措施。因此自70年代末期開始，S/D的增大速度很快，并逐步開發(fā)了低速柴油機的長行程和超長行程柴油機系列。S/D的增加，也使柴油機本身的經(jīng)濟性有所提高。MAN B&W公司的SMC-C系列柴油機的S/D值已達4.0，而W?rtsil?瑞士公司的SULZER　RTA-T系列柴油機的S/D值甚至已達到了4.17。然而，增大S/D使柴油機結(jié)構(gòu)復雜，造價增加，因而S/D的增加是有限度的。

3．提高最高爆發(fā)壓力pz與平均有效壓力pe之比pz/pe

由柴油機的理論循環(huán)研究與實踐證實，提高pz/pe可顯著降低燃油消耗率。研究指出，當pz/pe從7.8提高到12，油耗率可下降約12g/kW·h。因而，現(xiàn)代船用柴油機均采用這種措施降低油耗率。但是，大幅度提高pz是十分困難的，它受到了柴油機負荷的限制，必須同時采取相應措施保證柴油機的可靠性。因而從60年代到70年代中期，船用柴油機的pz雖然逐步增加，但增加幅度不大(在近20年內(nèi)pz僅提高約2.5MPa)。從70年代中期到80年代中期，柴油機的pz值有了大幅度增長，增加約5MPa。有些柴油機的pz已達15 MPa(如Sulzer RTA機)，甚至18MPa。在保持pz不變時降低pe值同樣可降低油耗率，這也是廣泛采用的節(jié)能措施。降低pe就是柴油機降功率使用，如保持標定轉(zhuǎn)速而選用較低(如80%)的pe，或在使用較低轉(zhuǎn)速(如80%)時選用較低的pe等。

4．增大壓縮比ε

在增壓柴油機上尤其是高增壓柴油機上，為了限制pz，保證柴油機有足夠的機械強度，過去常用的措施是降低柴油機的壓縮比，但由此也降低了經(jīng)濟性。顯然，這種措施已不符合現(xiàn)代柴油機的發(fā)展需求。現(xiàn)代船用低速柴油機為了提高經(jīng)濟性，根據(jù)理論循環(huán)的結(jié)論仍然采用了適當增大壓縮比的措施，把壓縮比由10左右提高到16～19之間。

5．采用可變噴油定時(VIT)機構(gòu)

把提高pz作為節(jié)能措施時，更要重視提高柴油機部分負荷下的pz值。因為其一，現(xiàn)代船用柴油機的實際使用功率通常均小于標定功率；其二，柴油機在部分負荷運轉(zhuǎn)時pz隨負荷的減小而降低。如果在部分負荷時能使pz值一保持其標定值，結(jié)果是pz與pe的比值pz/pe變大，則燃油消耗率減少。VIT機構(gòu)可在柴油機負荷變化時自動調(diào)整其噴油提前角，保證在部分負荷(通常為80%～100%負荷)時柴油機的pz基本不變，而在50%～80%負荷范圍內(nèi)也有較高的pz值(與無VIT機構(gòu)比較)。

6．降低摩擦損失功提高機械效率ηm

柴油機的摩擦損失約占機械損失的40%，因而降低摩擦損失是提高ηm的主要途徑。現(xiàn)代船用低速柴油機采用短裙和超短裙活塞、減少活塞環(huán)數(shù)量(如由5道減為4道)及改善活塞環(huán)的工作條件等措施降低摩擦損失，提高機械效率。

7．軸帶發(fā)電機（PTO）

在主柴油機正常運轉(zhuǎn)期間(通常要求主機轉(zhuǎn)速>70%標定轉(zhuǎn)速)，通過專設(shè)的恒速傳動裝置驅(qū)動發(fā)電機，可發(fā)出滿足船舶航行所需要的電力。在主機轉(zhuǎn)速變動或波動時通過恒速傳動裝置可保證發(fā)電機轉(zhuǎn)速恒定，或可通過變頻裝置保證發(fā)出的電壓與頻率不變。采用軸帶發(fā)電機在航行期間可停止柴油發(fā)電機運轉(zhuǎn)。此裝置并不直接降低柴油機油耗率，但提高船舶動力裝置的經(jīng)濟性。這種裝置的優(yōu)點主要有：可使用油耗率較低的主柴油機供應電力，可節(jié)省柴油發(fā)電機運轉(zhuǎn)時的滑油消耗，減少柴油發(fā)電機的數(shù)量與維修費用。

8．柴油機廢熱再利用

柴油機的廢氣和冷卻介質(zhì)帶走了燃料總發(fā)熱量中50%左右的熱量。充分利用這一部分廢熱的能量，對提高整個動力裝置的經(jīng)濟性有重要意義。如利用廢氣渦輪發(fā)電機組、廢氣鍋爐發(fā)電機等。這方面的問題仍在研究與探索之中。

9．改進噴射與燃燒技術(shù)

在高增壓柴油機中縮短噴射持續(xù)期，改善霧化質(zhì)量提高燃燒效率是該型柴油機的重大研究課題之一。為此，發(fā)展了高噴油壓力(達100 Mpa～140Mpa)、高噴油率以縮短噴射持續(xù)期的噴射系統(tǒng)，并采取優(yōu)化噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)措施提高霧化質(zhì)量，提高燃燒效率。智能化的電子控制噴射柴油機已開始裝船應用。具體機型為SULZER Rtflex 58T—B。

柴油機燒瓦的原因

一是沒按季節(jié)使用潤滑油。不同季節(jié)應使用不同牌號的潤滑油。一些柴油機燒瓦，就是因夏季使用粘度小的潤滑油，在軸瓦接觸面上形成不了油膜所致。

二是潤滑油不清潔。若將不清潔的潤滑油加入機體內(nèi)，就會堵塞油路造成燒瓦。

三是不注意觀察儀表。柴油機正常工作時機油壓力應在(0.15~0.25)MPa之間，怠速運轉(zhuǎn)機油壓力不小于0.5MPa。許多機手很少注意看機油壓力表，因而也不能及時發(fā)現(xiàn)故障隱患。

四是添加機油不適量。若機油過多，發(fā)動機運轉(zhuǎn)時容易燒機油，形成積碳,若過少，則會因潤滑不良而燒瓦抱軸。一般機油面處于油尺上下刻度之間最為適宜。

五是長期超負荷而導致燒瓦。因長期超負荷作業(yè)，發(fā)動機溫度高、轉(zhuǎn)速低，軸瓦的承載力增加，機油泵供油量相應減少，加之機油在高溫下粘度降低，更容易造成燒瓦。

六是軸與瓦的配合間隙不符合標準。間隙過小，機油不容易進入，形成不了油膜層,間隙過大，機油容易流失，油膜層也難以形成。因此在修理裝配時，必須保證軸瓦間隙在標準范圍內(nèi)。

船用柴油發(fā)電機組產(chǎn)生原因

(1)連接剛度不足機組基座單薄，支撐強度不夠：基座與機座之間墊片連接不好，螺絲松動，機座結(jié)構(gòu)剛度不

足。

(2)機械本身存在缺陷由于長期使用，缺乏保養(yǎng)，運動副的間隙過大，運動件損壞，產(chǎn)生不平衡質(zhì)量，運動時

產(chǎn)生不平衡力。

(3)聯(lián)軸節(jié)缺陷齒輪式聯(lián)軸器長時間運行，齒輪因磨損產(chǎn)生齒厚和齒隙不均，齒面接觸不良；彈性柱銷聯(lián)軸器長時間運行，彈性膠老化、變形、磨損脫落，聯(lián)接膠座孔磨損變形，聯(lián)接螺絲疲勞折斷。剛性聯(lián)軸器平面跳動大，端面與軸中心不垂直等。

(4)修理、安裝的精度差修理中更換運動件時沒有考慮質(zhì)量、間隙：電機與柴油機中線調(diào)整不合規(guī)范，在調(diào)整

中線時墊片使用不合理等。

船用柴油發(fā)電機組危害

機械振動往往會導致軸承的過度磨損、機件裂紋的形成、緊固件松弛、結(jié)構(gòu)和機械的破壞、機械設(shè)備頻繁的維修，以及由此引起的過高費用、焊點破裂引發(fā)的電路故障、絕緣材料磨損造成的短路等。工作人員長時間在振動環(huán)境中會感到疼痛、不適，工作效率低下。 2100433B

國產(chǎn)柴油發(fā)電機組（1）135船用柴油發(fā)電機組

135船用柴油發(fā)電機組已經(jīng)有幾十年的生產(chǎn)歷史。質(zhì)量可靠、省油、配套適應范圍廣泛，這些優(yōu)點使得135系列在國產(chǎn)發(fā)電機組市場占有率高，社會保有量大，配件易買，使用簡單，維修保養(yǎng)方便。經(jīng)過多年的發(fā)展，135船用柴油發(fā)電機組進行了多方面改進，性能不斷優(yōu)化，質(zhì)量進一步提高，成為廣大船民朋友的首選產(chǎn)品。

國產(chǎn)柴油發(fā)電機組（2）190柴油發(fā)電機組190

190柴油發(fā)電機組是引進國際上知名的丹麥AVL公司90年代生產(chǎn)技術(shù)，成熟耐久、性能穩(wěn)定、低油耗、具有杰出的性價比、唯一獲得國家金獎的大馬力柴油機。190柴油發(fā)電機組為我國石油鉆探、開采、發(fā)電等行業(yè)首選的動力。500-2400kW功率范圍是取代國外柴油機的首選產(chǎn)品。

國產(chǎn)柴油發(fā)電機組（3）燃氣發(fā)電機組

燃氣發(fā)電機組是適應世界環(huán)保要求和市場新環(huán)境而開發(fā)的新型發(fā)電機組，它是取代燃油、燃煤機組的新型綠色環(huán)保動力。燃氣發(fā)電機組充分利用各種天然氣或有害氣體作為燃料，變廢為寶、運行安全方便，成本效益高，排放污染低，并適宜熱、電聯(lián)產(chǎn)等優(yōu)點。

國產(chǎn)柴油發(fā)電機組（4）小型柴油發(fā)電機組

小型柴油發(fā)電機組選用95、100、105系列多缸小缸徑發(fā)動機由國內(nèi)知名廠家---上海紐荷蘭農(nóng)業(yè)機械有限公司、常州常青動力有限公司、濰坊柴油機廠生產(chǎn)，小型柴油發(fā)電機組機型體積小、馬力強勁、使用安全可靠。售后服務和充足的配件供應比較完善，功率范圍12KW-200KW，質(zhì)量穩(wěn)定，價廉物美。

WBC-150型環(huán)保挖掘泵送船，采用360度旋轉(zhuǎn)反鏟液壓挖掘機。艙內(nèi)配置德國普茨邁斯特公司的大型KOS25100HP型高密度固體泵送系統(tǒng)，為沿海潮間帶或遮蔽海區(qū)非自航反鏟挖掘淤泥泵送船。該船輸送泵由2臺船用柴油發(fā)電機組提供電力，經(jīng)2臺液壓站驅(qū)動，另有一臺16kW的船用柴油發(fā)電機組為全船提供電力保障，岸上電力也可用于全船作業(yè)。WBC-150型挖掘泵送船集挖掘、攪拌、泵送等功能于一體?？赏诰蛩募壱韵赂鞣N淤積泥沙，船上輪機設(shè)備、發(fā)電機組輸送泵等設(shè)備分為駕駛室集中遙控、監(jiān)測報警和機旁控制、監(jiān)測報警。

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