柴油机原理和系统工作介绍

时间：2013-05-31   浏览次数：1075

A．油的处理

 

燃油和滑油在进入主机之前都要经过处理。油的处理包括储存，为使油中的水分离而进行的加热；为除去固体颗粒而进行的粗细过滤以及离心分离。

 

离心式分离机用来分离两种液体，如油和水；或者用来分离液体和固体，如污油。使用分离机可加快分离速度，且可将分离安排成一个连续的过程。当分油机用来分离两种液体时，叫做“分水机”。当分油机用来分离油中的杂质和少量水时，叫做“分杂机”。

 

从燃油中分离出杂质和水，对良好燃烧是极为重要的。从滑油中除去污染杂质将会减少机器磨损和可能的损坏。

 

离心分离

 

离 心分油机由驱动立轴的电动机和在此立轴上端安装的分离筒组件组成。分离筒组件外是机壳，机壳上带有各种供给和排放接头。分离筒可以是整体式的，它将分离出 来的油渣保留在其中，并以不连续的方式运行。分离筒也可以制成上、下分开式的，在离心机不间断地运行时，油渣可以排出。脏油从分离筒中心进入，向上通过一 叠分离盘，并从顶部排出。

 

分水过程

 

两种液体的离心分离，如水和油的离心分离导致在两种液体之间形成分界面。离心机内油水分界面的位置对机器的正常运行相当重要。油水分界面的确定或定位可以通过在分油机出口处使用阻水环，即比重环来实现。为了便于分离不同密度的油，每台分离机都配有多种直径的比重环。

 

分杂过程

 

含极少水和不含水的油的净化由分杂机分离筒来完成。在分离筒里杂质和水积聚在筒的周边。分杂机分离筒只有一个出口。由于无油水分界面形成，所以无须比重环。由于油受到最大离心力的作用，所以分离筒以最高得分离效率运转。

 

分离盘

 

分 水机和分杂机都带有一叠锥形分离盘。盘数可多达150个，各分离盘之间都有小的间隔。将水和杂质从油中分离，是在这些分离盘之间进行的。在分离盘外缘附近 一系列对中的孔可以让脏油进入。离心力使较轻的成分（净油）向内流动，而使水和杂质向外流动。水和杂质形成的油渣沿分离盘下表面向外移动到筒的边缘。

 

比重环的选择

 

密封液体（水）和油之间的分界面应尽可能靠近分离筒边缘。然而，分界面一定不能离分离筒中心太远，以至油流过顶部分离盘的外边缘，破坏水封，并同水一起排出。影响分界面位置的因素有：

 

油的粘度和密度——高密度的油和低密度的油相比，会使分界面更靠近分离筒边缘。

 

分油量和背压——一般来说，大分油量会使分界面比小分油量更靠近分离筒边缘，净油出口背压的高低会相应地产生同样的效果。

 

比重环——油水分界面的位置可通过改变出水口即更换比重环来调节。更换大口径的比重环将使分界面移向分离筒边缘，相反，小口径比重环将使分界面移向分离筒中心。

 

在给定温度下已知油的密度时，诺谟图可以帮助选择一个试验性的比重环，第一个试用的比重环的孔径直接从诺谟图查找，然而，在实际运转中，最好的结果是在不引起分离筒中水封破坏，或在出水孔外乳化情况下使用最大孔径的比重环。

 

排渣

 

现 代分油机能在相当长的时间内连续运转。这是通过周期性定时排渣程序实现的。在连续运转时，油渣积聚在分离筒边缘，在他们开始影响分油过程之前，排渣程序定 时地清除这些油渣。为了开始排渣，首先停止向分油机供油，用冲洗水将分离筒内残油赶出，然后，将水送入分离筒底部的液压系统，打开多个弹簧阀，此“工作水”引起滑动底盘下移，打开分离筒边缘的排渣孔，油渣在离心力的作用下通过这些孔排出。接着关闭“工作水”供入，滑动底盘再次上移，关闭排渣孔。水供入分离筒，重新形成水封，再次供油，分离过程继续进行。

 

维护

 

不论运转中是否有排渣过程，分离筒和分离盘均需定期清洁。在拆卸分离筒时应小心，只能使用提供的专用工具，并注意某些左旋螺纹。分油机是一个完全平衡的设备，以高速运转，因此所有的零件都应当小心地操作和处理。

 

B．分油机操作

 

起动前

 

分离筒应清理干净并组装完毕。

 

特别应检查：刹车已松开，各封盖（对应的框架锁紧环）已由活页销卡紧。齿轮箱油位应稍高于观察镜中位，工作水箱应充满，控制阀关闭（工作水关闭，分离筒打开）。

 

注意：油位决不允许低于观察镜低线。若观察镜带棱，它们应当直立。保持观察镜清洁，否则在玻璃内面，就会形成一条线而影响油位观察。

 

若分油机停用（如在夜间），将放残旋塞旋松几圈，防掉残水。

 

起动电机

 

若欲处理的油液要加热，则使其流经预热器循环直到合适的温度。

 

刚起动不久，分离筒可能开始发生比正常运行是更强烈的振动。原因通常是因清洁不良造成的（运转部件）失衡。若振动十分强烈，应停机并清洁分离筒。

 

在运转期间，摩擦离合器总是发热，特别是放置在摩擦筒上的摩擦片是新的情况下，可通过烧焦产生的烟和气味觉察到。若是打滑声，则十分正常，并无大碍。在加速过程中，能耗比正常运转时高。

 

加速过程时，可能有少许变化，这依摩擦离合器的摩擦片的情况而有所不同。

 

密封分离筒

 

达到合适的转速后，应密封分离筒。在开始密封操作前，转速指示器的指示转速应对照说明书中的转速表核实。加速过程时间可变化少许，以摩擦片的磨损程度而定。

 

开启相应的控制阀，密封分离筒。待分离筒密封后注液体。

 

充注（液体）

 

充注操作随分水、分杂和浓缩分离，即对带分杂、分水和浓缩分离筒的分油机的操作各不相同。

 

分杂（分杂分离筒）操作——将流量调节器调定在欲分离流量位置之后打开供油阀。

 

分水（分水分离筒）操作——供液，通常是水形成液封。这种液体最好与欲分离的液体温度相同，且必须快速注入。当从观察镜看到密封液流出使，切断密封液。

 

将液流调节器调至欲分离的流量。

 

缓慢打开供油阀。部分密封液会流出直至达到平衡。若供油阀开启太快，可能破坏液封而致使轻质液体（油）以错误的路径排出（跑油）。即从重质液体排出口（出水口）排出。若出现这种情况，应重新进行充液操作。

 

将轻质液体排出管调至适当背压（对带油水分界调节设备的分油机，见比重环的选用）。

 

浓缩（浓缩分离筒）操作——液封自动建立。。调至欲分离的流量（见分水操作）。

 

运行

 

特别检查：分离流量及工作温度恒定，没从传动齿轮箱（油位在运行油位）跑油；若是分水操作，没从出水口跑油；若有该种情况发生，则表明分离筒已堵塞或水封已破坏；若是这样，应立即排渣，而且必须缩短排渣周期；若分离盘已被污渣堵塞，应停机，手工清洗分离筒。

 

 

 

 

 

换气过程

 

 

 

内燃机工作循环的一个基本部分是新鲜空气的进入与废气的排出，这就是换气过程。

 

扫气是指用新鲜空气吹出废气。

 

充气是指将新鲜空气充入气缸以备压缩。

 

至于增压，是在一定压力下把大量空气充入气缸。老式柴油机采用“自然换气”——即 在大气压下吸入新鲜空气，通过在吸气管和气缸之间采用合适的压气机增加充气密度，使进入每个工作行程的空气重量增加，从而可燃烧更多的燃油，相应的增加了 每缸的输出功率。在大多数现代柴油机上，采用废气涡轮增压实现空气密度的增加。再涡轮增压装置中，一个由柴油机排气驱动的涡轮直接和离心压气机相连。无论 是四冲程机还是二冲程机均可增压。应当注意，增压对非增压柴油机而言，并非只是设备的增加。增压柴油机必须能经受所增加的压力及所产生的热负荷。

 

对换气过程而言，进入气缸的空气压力高于排气总管的压力十分必要。

 

就二冲程柴油机而言，由于废气涡轮增压器在低转速下不能提供足够的空气，通常配备一台电动辅助鼓风机。高增压发动机使用串联（多级）涡轮增压。增压后的空气均通过冷却来增加空气的密度。

 

涡轮增压器是在一根轴相对的两端分别装有废气涡轮和压气机。压气机和涡轮之间彼此密封。

 

在充入的新鲜空气被压缩之前，每个气缸充分地驱除废气是十分必要的，否则充入的新鲜空气将被上一循环的残余废气所污染。而且，若新充空气因与废气混和与热的缸壁及活塞接触而被加热，则循环的温度会毫无必要增加。

 

废气涡轮增压的柴油机，其必须的扫气过程是通过进排气总管之间足够的压差来实现的。排气/扫气重叠期间流过气缸的气流产生有益的冷却效果有助于增加容积效率，并确保循环温度较低，而且还使作用在涡轮叶片上的废气温度相对较低。

 

在四冲程柴油机中，从进气阀打开到排气阀关闭，其间有一个适度的重叠。而在二冲程柴油机中，这一重叠受到柴油机设计特点的限制，进排气的轻微混合确实存在。

 

低速二冲程柴油机有多种不同的扫气方法。无论哪一种扫气方式都是从向下运动的活塞打开进气口开始至向上运动的活塞关闭进气口为止。扫气空气的流动线路取决于柴油机气口的形状、设计以及排气布置。通常有三种基本的扫气方式：横流、回流及支流扫气。

 

在横流扫气中，进气直接上行，驱赶上一循环的废气。然后，废气下行，从扫气口排出。在回流扫气中，进气经活塞头上部，朝缸盖方向上行，进气前面的废气被迫下行。从位于进气口上方的排气口排出。

 

在直流扫气中，进气从气缸下端进入，从顶部排出。气缸顶部的出口可以是排气口，也可以是大的排气阀。

 

各 种扫气系统各有利弊。横流扫气系统需安装活塞裙以防止当活塞在行程顶部时（上止点）空气或废气的逸出；回流扫气的低温进气和高温废气流过邻近的气口，会对 缸套材料产生温差问题；直流扫气是最有效的扫气，但需安装对置活塞或在汽缸盖上安装排气阀。三种扫气均要求气口成一定的角度，以使进气产生旋转，引导空气 按适当的路线流动。应该强调的是，对向活塞低速柴油机已不再生产，而在大多数新机型中，均使用提升式排气阀。

 

实际使用中有两种截然不同的增压方法，即定压增压和脉冲增压。现在低速二冲程柴油机采用定压增压。目前，随着定压增压在提高燃油经济性的同时又相当大地简化了排气管的布置而被普遍采用。即便如此，也曾有一段时间，几乎所有四冲程柴油机均采用脉冲增压。

 

阅读材料译文

 

A． 空气冷却器

 

柴油机装备了很大的空气冷却器。内置式大型空气冷却器安装在一个焊接的箱体（扫气箱）中。扫气箱用螺栓与机体相连。

 

典 型的情况是安装一个二级空气冷却器。空气流过第一级空冷器，该空冷器被来自高温冷却系统的水冷却，并且将空气冷却至大约 90~100ºC。第二级空冷器用来自低温冷却系统的水冷却，并将空气冷却至要求的温度，约50ºC。通过控制流经 低温冷却器的水流，可使空气温度保持在要求的恒定温度。

 

运行（管理）

 

循环冷却水（压力）应总是保持在大气压之上且尽可能清洁。应通过控制冷却水进口温度来保持空气温度。

 

在柴油机运转期间，应定期检查并记录空气及冷却水的进出口温度和压力。

 

偏离正常情况表明出现了故障，如冷却水板脏污或冷却水阻塞。

 

柴油机运行期间，进行日常检查，查看扫气箱开口端监视孔的工作情况。该监视孔的功能是在扫气箱存水时警告操作者。在正常运行时，只有压缩空气从该孔排出。

 

B． 空气冷却器的故障或拆下时的操作

 

若空冷器冷却水管发生故障，冷却水可能进入气缸。若有水或水雾从监视孔流出，应查明它是冷却水还是凝水。若是凝水，将空气温度提升几度；若是冷却水，应尽快停机并将漏泄管水堵塞。若堵塞管子不能止漏，换用备用空冷器；若没有备用空冷器，按下述方法操作作为应急措施。

 

将空冷器解体修复，将装置空气冷却器的扫气箱开口封死，截断进出冷却水管。

 

若不能及时拆除故障空冷器进行修复，则切断冷却水并装复空气管。若空冷器达不到全部冷却能力，则必须限制柴油机输出功率至排气温度在全负荷运行时允许的排气温度范围内。若在达到允许的排气温度之前增压器发生喘振，应进一步降低柴油机负载以避免继续喘振。

 

增压器故障时的运行

 

应根据增压器说明书中的说明处理发生故障的增压器。

 

增压器堵塞是柴油机的允许输出功率大约为全负荷的20%。然而，还必须限制柴油机的功率，使不超出正常满负荷时的排气温度。在增压器堵塞时，连续运行允许的最高气缸温度为500ºC。

 

C． 扫气箱着火

 

气 缸油可能聚集在柴油机的扫气箱中，为燃烧的燃油和炭粒也可能被吹入扫气箱。这可能是由气缸润滑过量，活塞环松弛、磨损、折断，缸套偏磨，空气进气滤器损 坏，油冷活塞裂纹，定时错误或喷油器故障引起的。如果气缸中的火焰吹过活塞进入扫气箱，这些聚集的可燃混合物就可点燃，导致扫气箱着火。

 

扫 气箱着火会导致柴油机功率下降，相应的气缸排烟温度升高，相应的增压器喘振并且在扫气箱泄放管能看到火花。扫气箱着火的其他现象是冒很浓的黑烟，扫气箱的 油漆脱皮和起泡。一旦发现扫气箱着火，柴油机应立即降速，切断相应气缸的燃油并增加气缸润滑，，以把咬缸的危险降到最小。所有的扫气箱泄放管应关闭，较小 的或会迅速烧尽，但如火焰持续燃烧，，则柴油机必须停车。灭火剂应从装在扫气箱上的接头喷入。扫气箱绝不允许打开。

 

为了避免发生扫气箱着火，柴油机的定时和设备的维修保养必须正确地进行。扫气箱应定期检查，必要时清洁。若发现在扫气箱中有炭或油聚集，必须查明其来源并将故障排除。扫气箱泄放管应定期吹通，若有油排出，应立即查明