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柴油机工作原理是什么

  柴油机工作原理

单缸往复活塞式柴油机结构主要由排气门、进气门、气缸盖、气缸、活塞、活塞销、连杆和曲轴等组成。气缸内装有活塞，活塞通过活塞销、连杆与曲轴相连接。活塞在气缸内作一上下往复运动，通过连杆推动曲轴转动。为丁吸入新鲜空气和排出废气，在气缸盖上下设有进气门和排气门。

(1)基本名闻术语

①上止点：活塞离曲轴中心 距离的位置。

②下止点：活塞离曲轴中心小距离的位置。

③活塞行程(冲程)：上止点与下止点间的距离，用符号S表示，单位为mm。

④曲柄半径：曲轴旋转中心到曲柄销中心的距离，用符号r表示，单位为mm。活塞行程S等于曲柄半径r的两倍。

⑤气缸工作容积在：一个气缸中，活塞从上止点到下止点所扫过的气缸容积。用符号Vh表示，単位为L。

⑥柴油机排量：柴油机所有气缸工作容积的总和称为柴油机排量，用VH表示。

柴油机排量表示柴油机的做功能力，在其他参数相同的前提下，柴油机排量越大，则其所发出的功率就越大。

⑦燃烧室容积当活塞在上止点时，活塞上方的气缸容积。用符号Vc表示。

气缸总容积当活塞在下止点时，活塞上方的气缸容积。用符号Va表示。它等于燃烧室容积Va与气缸工作容积Vh之和。

⑨压缩比气缸总容积与燃烧室容积之比。用符号ε表示。

压缩比ε表示气缸中的气体被压缩后体积缩小的倍数，也表明气体被压缩的程度，通常柴油机的压缩比ε=12～22。压缩比越大，活塞运动时，气体被压缩得越厉害，气体的温度和压力就越高，柴油机的效率也越高。

⑩工作循环：柴油机中热能与机械能的转化，是通过活塞在气缸内工作，连续进行进气、压缩、做功、排气四个过程来完成的。每进行这样一个过程称为一个工作循环。如柴油机活塞走完四个冲程(曲轴旋转两周)完成一个工作循环，称该机为四冲程柴油机如活塞走完两个冲程(曲轴旋转一周)完成一个工作循环，称改机为二冲程柴油机。

(2)四冲程柴油机工作原理

①进气过程   活塞从上止点向下止点移动，这时在配气机构的作用下进气门打开，排气门关闭。由于活塞下移，气缸内容积增大，压力降低，新鲜空气经空气滤清器、进气管不断吸入气缸。由于进气系统存在阻力，使进气终了气缸内的气体压力低于大气压力P0(约78～91kPa)，温度为320～340K.

②压缩过程   活塞由下止点向上止点运动，这时进、排气门关闭。气缸内容积不断减少，气体被压缩，其温度和压力不断提高。压缩终了时气体压力可达3～5MPa，温度高达750～1000K，为喷人气缸内的柴油蒸发、混合和燃烧创造条件。

③做功过程   所示]在压缩过程即将终了时，喷油器将柴油以细小的油雰喷入气缸，在高温、高压和高速气流作用下很快蒸发，与空气混合，形成混合气。并在高温下自动着火燃烧，放出大量的热量，使气缸中气体温度和压力急剧上升。燃烧气体的 压力可达6～9MPa， 温度可达1800～2000K。高压气体膨胀推动活塞由上止点向下止点移动，从而使曲轴旋转对外做功。由于喷油和燃烧要持续一段时间，所以虽然活塞开始下移，但此时还有喷入的燃料继续燃烧放热，气缸内的压力并没有明显下降，随着活塞下移，气缸内的温度和压力才逐渐下降。做功行程结束时，压力约为0.2～0.5MPa。

④排气过程   做功过程结末后，排气门打开，进气门关闭。活塞在曲轴的带动下由下止点向上止点运动，燃烧过的废气便依靠压力差和活塞上行的排挤，迅速从排气门排出。由于排气系统有阻力，因此，排气终了时，气缸内废气压力略高于大气压力。气缸内残余废气的压力约为0.105～0.12MPa，温度约为700～900K。

活塞经过上述四个连续过程后，便完成了一个工作循环。当排气过程结束后，柴油机曲轴依靠飞轮转动的惯性作用仍继续旋转，上述四个过程又重复进行。如此周而复始地进行个又一个的工作循环，使柴油机连续不断地运转起来，并带动工作机械做功。

(3)二冲程柴油机工作原理

二冲程柴油机无进气门。气缸(气缸套)壁上有一组进气孔，由活塞的上下运动控制进气孔的开、闭，气缸盖上设有排气门。空气由扫气泵提高压力以后，经气缸外部的空气室和气缸壁上的进气孔进入气缸，完成进气和扫气过程。燃烧后的废气由气缸盖上的排气门排出。其工作过程如下。

① 行程   行程也称换气-压缩过程。曲轴带动活塞由下止点向上运动，这时进气孔和排气门均打开，新鲜空气山扫气泵以高于大气压力送入气缸中，并把气缸中的残余废气从排气门扫除。这种进、排气同时进行的过程称为“扫气过程”。活塞继续向上运动，当活塞越过进气孔后，进气孔破活塞关闭的同时配气机构也使排气门关闭。于是气缸内的新鲜空气被压缩，一直进行到上止点。

②第二行程   第二行程也称膨胀-换气过程。活塞接近上止点时，喷油器开始喷油，被喷油器喷成的雰状柴油与高温压缩空气相遇，便迅速燃烧。由于燃气压力的作用，推动活塞向下止点运动，经连杆带动曲轴旋转而输出动力。当活塞下行至某一时刻时排气门打开，做功后的废气由排气门排出。活塞继续向下运动，随后进气孔打开，新鲜空气被扫气泵再次压入气缸，开始“扫气过程”。活塞一直运动到下止点，完成第二个工作行程。

(4)二冲程与四冲程柴油机的比较

与四冲程柴油机比较，二冲程柴油机有以下主要特点。公明发电机

①曲轴毎转一周就有一个做功过程，因此，当二冲程柴油机工作容积和转速与四冲程柴油机相同时，在理论上其功率应为四冲程柴油机功率的两倍。但由于结构上的关系，二冲程柴油机废气排除不彻底，并且换气过程减小了有效工作行程。因而在同样的工作容积和曲轴转速下，二冲程柴油机的功率约为四冲程柴油机的1.5～1.7倍。

②二冲程柴油机因其曲轴毎转一周就有一个做功行程，在相同转速下工作循环次数多，故输出转矩均匀，运转平稳。

③大多数二冲程柴油机部分或全部采用气孔换气，配气机构简单。所以，二冲程柴油机结构简单，重量轻·使用维修方便。

④换气时间短，并需要借助新鲜空气来清扫废气，换气效果相对较差。

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电机进相运行技术措施
      发电机正常运行时，向系统提供有功的同时还提供无功，定子电流滞后于端电压一个角度，此种状态即迟相运行。当逐渐减少励磁电流使发电机从向系统提供无功而变为从系统吸收无功，定子电流从滞后而变为超前发电机端电压一个角度，此种状态即进相运行。同步发电机进相运行时较迟相运行状态励磁电流大幅度减少，发电机电势Eq亦相应降低。从P-功角关系看，在有功不变的情况下，功角必将相应增大，比值整步功亦相应降低，发电机静态稳定性下降。其稳定极限与发电机短路比，外接电抗，自动励磁调节器性能及其是否投运等有关。

  进相运行时发电机定子端部漏磁较迟相运行时增大。特别是大型发电机线负荷高，正常运行时端部漏磁比较大，端部铁芯压指连接片温升高，进相运行时因为漏磁增大，温升加剧。进相运行时发电机端部电压降低，厂用电电压也相应降低，如果超出10%，将影响厂用电运行。

  因此，同步发电机进相运行要通过试验确定进相运行深度。即在供给一定有功状态下，吸收多少无功才能保持系统静态稳定和暂态稳定，各部件温升不超限，并能满足电压的要求。

  进相运行进相运行现象：

  1、励磁电流大幅度减少;

  2、发电机定子电压降低;

  3、发电机无功负荷变为负值。

  相运行进相运行危害：

  1、增加发电机有功负荷，将使发电机向不稳定方向发展，易造成发电机失稳运行甚至系统振荡事故。

  2、继续减少发电机励磁电流，使发电机进相深度增加，可能导致发电机失磁保护动作或发电机失稳运行。

  3、发电机进相运行，定子电流增加，定子发热增加;发电机进相运行时，定子端部漏磁通变化比增大，使得端部发热严重，发电机定子线圈温度将持续上升。

  4、发电机进相运行，发电机出口电压降低，使得6KV母线电压降低。设有低电压保护的高压电动机将跳闸;运行中的各电气设备，因母线电压降低，电流增大，导致设备发热，长时间运行会损坏设备绝缘。

  该厂母线电压考核范围为230—235KV，在电网某些运行方式下，会出现我厂发电机无功减至 但是母线电压仍然高出235KV，此时应考虑发电机进相运行。

  一、运行人员要密切监视220KV母线电压和机组有功、无功负荷，当母线电压超过235 KV时，必须控制发电机组功率因数达到0.99以上。当机组功率因数已达0.99以上，母线电压接近控制上限值时，值长应主动向上级调度汇报，根据上级调度的命令调整机组无功出力，直至进相运行。

  二、发电机是否进相运行由值长统一命令执行，在进相运行前应汇报上级调度发电机带无功及220KV母线电压情况，并请示上级调度申请进相运行，如上级调度未许可则申请220KV母线电压超限点免考核，未经上级调度许可不得擅自进相运行。

  三、机组在不同运行方式下进相运行规定：

  1、单机运行时原则上不进相运行，但在春节等特殊方式下除外。

  2、双机运行时原则上一台机进相运行，另一台机组保持高功率因数迟相运行，即控制无功尽量在小范围。但在春节等特殊方式下可以同时进相运行。

  3、在考虑进相运行的机组时，该机组运行情况应保持稳定。否则考虑另一台机组进相运行，当两台机组运行都不稳定时，应向上级调度说明详细情况，并按照调度命令执行。

  4、若两台机同时运行时，考虑两台机同时进相，且两台机进相深度应保持平衡。

  四、连续进相运行时间不得超过6小时。

  五、进相运行时，应专设监盘人员，并严格按照上级调度命令进行。

  六、在发电机进相运行期间，无值长允许任何岗位人员不得私自启动6KV转机，包括输煤、脱硫、化学、水源地，否则将按严重违反生产调度纪律处理!待启动6KV转机前，值班员需将6KV厂用母线电压调整至6.1KV以上，在启动电泵、循泵、增压风机等大容量设备需将6KV厂用母线电压调整至6.45KV以上。

  七、进相运行时操作：在进相运行前，请示上级调度解除AVC装置自动，手动减少发电机励磁，发电机在减少无功操作时，要循序渐进缓慢进行，严禁超调度规定进相深度值。进相结束后，手动增加发电机励磁，使之恢复正常运行方式观察五分钟无异常后，投入AVC自动。在手动调整期间应保持220KV母线电压合格。

  八、进相运行期间监视参数：发电机出入口风温、定冷水、氢气压力;定子铁芯及铁芯端部温度、定子线圈各部温升、温差不超过规定允许值、轴振不超过允许值;定子电流、励磁电流、端电压、励磁变高压侧电流、滑环温度、励磁变温度不超过允许值;上述参数每小时检查一次。

  九、进相运行参数控制：

  1、任一段6KV厂用母线电压不得低于5.8KV，0.4KV母线电压不得低于0.36KV(照明段除外)，发电机端电压不得低于20KV，220KV母线电压230—235KV，功率因数不得低于0.95。

  2、发电机进相运行时功角不得大于60度，防止系统冲击破坏发电机静态稳定而造成发电机震荡。

  3、进相深度试验数据(二零零九年河南省电力实验院)：

  4、根据我厂实际情况且在实验数据基础上再留有充分进相裕度，现规定：发电机进相深度限制不得超过调度规定的进相深度。

  5、在机组负荷大于500MW情况下需要进相时，应向上级调度充分说明此时进相运行危险性，并按上级调度命令处理。

  十、发电机进相运行必要条件：励磁系统自动运行，励磁自动调节器无异常报警信号;低励限制、失磁保护投入。

  十一、进相运行机组应具备双向无功表，自动励磁调节装置正常投入，其低励定值应按满足进相运行进行整定。

  十二、若进相运行引起系统故障时，应立即恢复原运行方式。

  十三、进相运行期间做好事故预想，在值班日志做好进相运行时间、进相深度及命令人等相关记录。

  十四、进相运行期间事故处理：

  1、若发电机出现机端电压越下限，应立即停止进相并汇报上级调度，积极恢复6KV母线电压不超过规定值，确保厂用电系统稳定。

  2、运行期间参数异常达到停机值则应申请停机。

  3、若震荡或者失去同步时，应立即增加励磁电流，同时减少有功负荷，恢复正常运行方式，若在1分钟内不能恢复则申请停机，待系统正常后再申请并网。

  4、发电机失磁，若失磁保护动作跳闸，则按发电机跳闸处理，若保护未动作则应立即解列发电机。

  5、在进相运行过程中若发生异常情况，应及时汇报调度。

不同类型的发电机喷射系统的控制功能布置不完全一样
   控制装置主要构成与工作原理

电控柴油喷射系统中的控制装置由电控单元、各种传感器、执行器以及连接它们的控制电路所组成。不同类型的电控柴油发电机喷射系统的控制功能、控制方式和控制电路的布置不完全一样，但基本原理相似。

传感器

①温度传感器为掌握柴油机的热状态，计算进气量及进行排气净化处理，需要有能够连续、地测量冷却水温度、进气温度与排气温度的传感器。温度传感器种类很多，如热敏电阻式、半导体二极管式、热电偶式等。目前，柴油机常用热敏电阻传感器作为温度传感器，其利用对温度敏感的电阻，阻值随温度变化的原理而工作。热敏电阻温度传感器的测量电路比较简单，只要把传感器与一个精密电阻串联连接到一个稳定的电源上，就可利用串联电阻上的分压值反映温度的变化。

②节气门位置传感器节气门位置传感器安装在节气门轴上，与节气门联动。其功用是将节气门的位置或开度转换成电信号传输给电控单元(ECU)，作为电控单元判定柴油机运行工况的依据。

节气门位置传感器有开关型和线性输出型两种。开关型节气门位置传感器的内部有两个触点，分别为怠速触点和全负荷触点。与节气门同轴的接触凸轮控制两个触点的闭合或断开。当柴油机在怠速时，节气门接近关闭，怠速触点闭合，这时电控单元将指令电磁喷油器增加喷油量以加浓混合气。全负荷时，节气门全开，使全负荷触点闭合，这时电控单元将输出脉冲宽度长的电脉冲，以实现全负荷加浓。线性输出型节气门位置传感器是一个线性电位计，由节气门轴带动电位计的滑动触点。当节气门的开度不同时，电位计输出的电压也不同，从而将节气门由全闭到全开的各种开度转换为大小不等的电压信号传输给电控单元，使其地判定柴油机的运行工况。

③曲轴位置传感器曲轴位置传感器通常安装在分电器内，用来检测柴油机转速、曲轴转角以及作为控制点火和喷射信号源的 缸和各缸压缩行程上止点信号。按照信号产生原理有光电式曲轴位置传感器、传感器。

④氧传感器氧传感器安装在排气管内。因排气中氧的浓度可以反映混合气空燃比的情况，所以在电控燃油喷射系统中可用于空燃比校正的反馈信号。目前，常用二氧化钛(Ti02)和二氧化锆(Zr02)两种材料。

二氧化锆氧传感器的基本元件是专用陶瓷体，即二氧化锆固体电解质管，亦称锆管：管固定在带有安装螺纹的固定套内，锆管内表面与大气相通，外表面与排气相通，其内外表面都覆盖着一层多孔性的薄膜作为电极。氧传感器安装在排气管上，为了防止排气管内废气中的杂质腐蚀铂膜，在锆管外表的铂膜上覆盖一层多孔的陶瓷层，并加有带槽口的防护套管。在其接线端有一个金属护套上开有一孔，使锆管内表面与大气相通。当锆管接触氧气时，氧气透过多孔铂膜电极，吸附于二氧化锆，并经电子交换成为负离子。由于锆管内表面通大气，外表面通排气，其内、外表面的氧分子分压不同，则负离子浓度也不同，从而形成负离子由高浓度侧向低浓度侧的扩散。当扩散处于平衡状态时，两电极间便形成电动势，所以二氧化锆传感器的本质是化学电池，亦称氧浓差电池。其输出特性是，在过量空气系数。

⑤爆振传感器爆振传感器用于检测柴油机有无爆振发生，它是柴油机集中控制系统中的重要部件。爆振检测可以有三种途径：一是检测汽缸压力；二是检测柴油机振动；三是检测燃烧噪声。目前较为常用的为振动检测。例如，磁滞伸缩式爆振传感器主要用于振动检测，它是一种电感式传感器。当传感器的固有振荡频率与柴油机爆振时的振动频率相同时，传感器输出 信号。维曼发电机租赁