文档介绍：第一章柴油机工作循环和主要性能指标
第一节船舶柴油机的历史与现状
柴油机自1897年由Rudolf Diesel发明以来,已经得到了巨大的发展。下面就有关柴油机发展的历史做一简要介绍。
任何一门科学技术的发展总是与社会生产力的需要和当时科学的发展水平相适应的。18世纪初,英国资本主义生产力的发展促进了1776年瓦特蒸汽机的发明,并由此开始了产业革命推动了生产力的发展。随着生产力的发展,这种热机由于热效率低以及过于笨重而又不适应社会生产力的发展对新型动力机械的需求增加。1876年,德国人奥托(N. A. Otto)第一次提出了四冲程循环(即进气、压缩、膨胀、排气)原理并发明了电点火的四冲程煤气机。该煤气机运转平稳,热效率可高达14%,在当时曾得到普遍使用。之后,在1880年一些工程师,如英国的D. Clerk和J. Robson以及德国人Karl Benz等成功地开发了二冲程内燃机。
1892年德国工程师R. Diesel申请了压缩发火内燃机专利,并于1897年在MAN公司制成第一台实际使用的柴油机(压燃式、空气喷射、定压燃烧)。因可采用较大的压缩比其效率比煤气机有显著提高。1904年柴油机首次用于船舶推进装置(294 kW,260 r/min)。从此在船舶领域里开始了与蒸汽推进装置的竞争局面。在此后40多年中,柴油机在自身逐步完善中有了很大发展,如1927年在柴油机上正式使用了由R. ***发明的喷油泵(回油孔式)-喷油器喷射系统,代替了原需用 7 MPa压缩空气喷油的空气喷射系统,实现了混合燃烧。1905年,瑞士人Alfred Buechi提出了涡轮增压的设想,1926年MAN公司制造了第一台船用废气涡轮增压柴油机,当时由于增压器制造水平的限制此项技术未能迅速推广。但总的来看在与蒸汽推进装置竞争中无突破性进展,在船舶使用中蒸汽推进装置仍占据领先地位。
从第二次世界大战到20世纪50年代中后期,由于社会生产力的迅速发展对船舶推进装置提出了新的要求。柴油机在此期间完成了大缸径、焊接结构、废气涡轮增压以及使用劣质燃油等四项重大技术成果并逐步发展了船用低速柴油机系列。此期间在国外大致有八种船用低速柴油机型号(由八大船用柴油机制造厂生产)。在这些技术成就中、废气涡轮增压技术在船用二冲程柴油机上的成功使用是船用低速柴油机发展中的重要里程碑。国外称这一时期是船用低速柴油机的第一次飞跃,其技术特征是废气涡轮增压技术的普及。至此,在与蒸汽动力装置的竞争中柴油机逐渐取得了领先地位。
从20世纪60年代到70年代船用低速柴油机进入了黄金时代,它在船舶动力装置中取得了明显的压倒优势。各船用柴油机厂之间开始进行调整、合并、淘汰。柴油机技术趋于完善。此期间的船用低速柴油机的性能参数大致范围为缸径 D=600~1050mm,行程S=1000~1800mm,单缸有效功率达3000kW(单机组达36000kW),(有效热效率)。此期间内,船用低速柴油机发展的特点按顺序大致为增大机组功率、提高可靠性和提高经济性。
20世纪70年代的两次能源危机诱发了世界范围内的能源危机。石油产品价格大幅度上涨使船舶柴油机的燃油费用支出一跃占总营运成本的40%~50%。由此,改变了人们长期以来的传统观念,降低柴油机的燃油支出费用、提高柴油机经济性已成为第一要求。20世纪70年代末到80年代,各类节能型柴油机大量出现,机型更新周期大大缩短(甚至仅为2年~3年),各类柴油机采用多种节能措施降低油耗率,努力提高柴油机的有效热效率;同时由于供给船用柴油机的燃油质量日益低劣,使得船用柴油机在使用劣质燃油的技术上又有了新的发展。目前,~,有效热效率可高达55%。国外把这一时期船用柴油机的发展称为第二次飞跃。其主要技术特征是节能技术的普及。随着柴油机节能技术的发展,柴油机的可靠性也有了长足的发展。各种先进技术的运用大大提高了船用柴油机的可靠性。当前现代船用低速柴油机的吊缸周期已从20世纪60年代的5000~6000h提高到8000~12000h,甚至高达20000h。现代船用柴油机发展中的第三个特点是控制与操纵自动化,即对船用柴油机及其附属设备进行自动控制及自动监视。20世纪60年代初曾进行在控制室内对主机集中控制与集中监视,20世纪70年代电子技术开始在柴油机上使用。20世纪80年代柴油机的电子控制技术已有了很大发展,除可监视柴油机的运行工况外,还可保持柴油机各运行参数的最佳值以求得柴油机功率、燃油消耗率和其他有关性能的最佳平衡,并由此发展了对柴油机的故障诊断、未来趋势预报等技术,把柴油机的管理技术提高到一个崭新的水平。2000年,Wärtsila瑞士公司成功地推出了全电子