1、 1 第第 1 1 章章 绪论绪论 1.11.1 概述概述 柴油机发展至今己有一百多年的历史，经过不断改进和提高，现在已经发展 到相当完善的程度。由于它的热效率高、适应性好和功率范围广，已经广泛地应 用于工业、农业、交通、运输业和国防建设事业中，对推动人类文明的发展起到 了极其重要的作用。自二十世纪四十年代起，船舶动力装置上就广泛使用了柴油 机。当前，在船舶动力中，柴油机仍占有主要地位。所有内河及沿海中小型船舶 都采用柴油机作为推进动力。在新建的远洋船舶中，有超过 90的船舶使用柴 油机作为动力。其中三万吨以下的船舶，绝大多数用柴油机作为主机，就是大型 船舶， 由于近年来大型低速二冲程多机组动
2、力装置的使用以及四冲程中速大功率 的柴油机的发展、 两级增压在大型低速二冲程柴油机及大功率中速柴油机上的应 用成功， 使柴油机在大型船舶、 大型油轮、 高速集装箱上及大型舰艇上开始应用， 似有和汽轮机、燃气轮机以及核动力装置竞争的可能 1。 1.2 1.2 船用柴油机的现状和发展趋势船用柴油机的现状和发展趋势 1.2.1 1.2.1 国外柴油机的发展概况国外柴油机的发展概况 近年来，船用柴油机朝着提高功率、降低油耗、提高可靠性、降低磨损、延 长寿命、减少噪音及振动、降低重量和尺寸、易于维修保养、实行自动监控等方 面发展。自 1973 年世界石油价格飞涨以后，降低油耗已成为目前各柴油机厂相 互竞
3、争的焦点。 (1) 在提高功率方面 由于增压技术的进步和工作过程的改善，单缸和单机功率不断提高。最大功 率已由二十多年前的 1100KW 提高至 3680KW。目前，最大单机功率已达 36899KW。 功率的提高主要是不断提高平均有效压力 Pe 来实现的， 四冲程柴油机的 Pe 已达 2.6 MPa,二冲程柴油机的 Pe 可达 1.575 MPa。 （1） 在提高经济性方面 自石油危机以后，燃油价格暴涨，燃料费用大增。燃油费用占总营运费用的 2 百分比已从 2040上升到 4060，因而，降低燃油消耗，燃用劣质燃料， 寻找代用燃料已成为国外各柴油机制造公司竞争的主要手段。 各公司为此进行了 大
4、量试验研究工作，并获得了很大进展。称霸世界低速柴油机市场的 MANBW 和 SULZER 公司，从 1977 年至 1982 年间，使低速二冲程柴油机的油耗率下降了 27g/KWh，最低油耗率达到 160 g/KWh 的水平。船用中速柴油机的油耗率也 已经大幅度降低。法国的 PC2-6EF 和 PC4-2EF 机型的油耗率已达 170 g/KWh。 他们的有效热效率e=0.50.53，达到了相当高的水平。几种典型柴油机燃油 消耗率的变化趋势如图 1-1 和图 1-2 所示。 图1-1二冲程低速燃油耗率逐年下降的趋势 图1-2四冲程中速机燃油耗率逐年下降的趋势 此外，近年来，劣质燃料重油（又称渣
5、油）已被船舶辅机或辅机作为主要 燃料加以采用。低速二冲程柴油机燃用重油的粘度已达 35006000 秒（雷氏一 号（100） 。四冲程中速柴油机可燃雷氏一号粘度为 15003500 秒的重油。高 速柴油机可燃用雷氏一号粘度为 200250 秒的重油.造船厂希望主机和辅机采 用同一种燃油。 （2） 提高可靠性，延长寿命，发展监控系统 随着平均有效压力 Pe 的提高，最高爆发压力已高达 15 MPa。零部件机械负 荷及热负荷增加，为了提高可靠性和使用寿命，降低热应力和机械应力，在加强 高温表面的冷却，改进材料、改进结构提高刚度等方面进行了大量工作，并取得 了进展。 大力发展电子监控系统。对柴油机性
6、能参数和工况变化的趋向进行瞬时分 析，以便选择最佳运转参数并及时发现和排除故障或不可靠因素，了解零部件运 3 行情况，通过测量和故障预兆的分析，确定更换零部件的期限。 此外， 目前国内外普遍采用电子计算机进行辅助设计和结构强度试验研究工 作。 无疑这对柴油机结构方案的优化以及按寿命要求进行最经济的设计都是有效 的手段。 现代柴油机的大修期（寿命）大大提高，高速大功率柴油机为 50006000h （小时） ，中速大功率柴油机一般为 30000h，个别的机型如 TM410 中速机可以和 低速机相比，寿命为 72000100000h，相当于 1020 年。 在过去的二十多年中，各类柴油机都获得了很大的发展，单功率获得了成倍 的增长。在这方面，废气涡轮增压起了决定性的作用。目前还在为进一步提高平 均有效压力而进行大量的研究工作。 1.1.3 3 课题的背景和意义课题的背景和意义 柴油机是一种将燃油的化学能转变成为机械功的动力机械。 这种能量转换是 燃油在气缸中与空气充分混合进行燃烧，产生高温高压的工作气体，推动活塞、 连杆、曲轴，从而使燃油
