1、船用柴油发电机的简介与运用
柴油发电机的热效率高、经济性好、起动容易、对各类船舶有很大适应性,问世以后很快就被用作船舶推进动力。至20世纪50年代,在新建造的船舶中,柴油发电机几乎完全取代了蒸汽机。船用柴油发电机已是民用船舶、中小型舰艇和常规潜艇的主要动力。船用柴油发电机按其在船舶中的作用可分为主机和辅机。主机用作船舶的推进动力,辅机用来带动发电机、空气压缩机或水泵等。
船用主机大部分时间是在满负荷情况下工作,有时在变负荷情况下运转。船舶经常在颠簸中航行,所以船用柴油发电机应能在纵倾15°~25°和横倾15°~35°的条件下可靠工作。大多数船舶采用增压柴油发电机(见内燃机增压),小功率非增压柴油发电机仅用在小艇上。低速柴油发电机多数为二冲程机,中速柴油发电机多数为四冲程机,而高速柴油发电机则两者皆有。船用二冲程柴油发电机的扫气形式有回流扫气、气口-气门式直流扫气和对置活塞式气口扫气。大功率中、低速柴油发电机广泛采用重油作为燃料,高速柴油发电机仍多用轻柴油。
2、船用柴油发电机的工作原理
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。在四冲程柴油发电机中,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底部(即下止点)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进去。当活塞向上运行到其行程上大约五分之一时,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,另一循环开始了。
在二冲程发动机里,曲轴转一圈做一次功冲程,而四冲程发动机,需要曲轴转两圈才做一次做功冲程,这就是为什么而冲程发动机在相同的尺寸下能够做大约两倍的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,使得二冲程发动机作为大型船舶主机而得到广泛地应用。