船用柴油机活塞设计本科毕业论文

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1、第1章绪论1.1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力装置的使用以及四冲程

2、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船用柴油机的现状和发展趋势1.2.1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

3、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2.6MPa,二冲程柴油机的Pe可达1.575MPa。（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百分比已从20～40％上升到40～60％，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MANB＆W和SULZER公司，从1977年至1

4、982年间，使低速二冲程柴油机的油耗率下降了27g/KW·h，最低油耗率达到160g/KW·h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170g/KW·h。他们的有效热效率ηe=0.5～0.53，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3500～6000秒（雷氏一号（10

5、0℉）。四冲程中速柴油机可燃雷氏一号粘度为1500～3500秒的重油。高速柴油机可燃用雷氏一号粘度为200～250秒的重油.造船厂希望主机和辅机采用同一种燃油。（1）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15MPa。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，了解零部件运行情况，通过测

6、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5000～6000h（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72000～100000h，相当于10～20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

7、究工作。1.3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，从而使燃油的化学能转变成机械功向外输出的[2]。内燃机在经历了一百多年的发展，虽然基本构造变化不大，但其性能和设计水平一直在不断提高，其燃油经济性、升功率、紧凑性、制造成本、可靠性和使用寿命等主要技术指标不断得到改善。伴随着科技的飞速发展，各种新技术、新的研究成果(如:废气涡轮增压技术，电子控制燃油喷射技术，三元催化，分层充气，二次空气喷射，带有冷却装置的EGR排气再循环技术等)应用到

8、内燃机的设计过程中，加之全球环境保护的