我國製造的世界最大缸徑柴油機,它的配氣機構是如何工作的?

以前每次寫世界最大柴油機相關的文章,總有網友在下面問我:我國能造這種大型低速機嗎?今天我就帶大家看看我國製造的低速柴油機上的一個世界第一。由“上海中船三井造船柴油機有限公司”製造的世界最大缸徑柴油機“8K98MC”,這貨的缸徑達到了驚人的980mm(近一米),比瓦錫蘭公司設計生產的世界最大的型號為“RT-flex96C.船用柴油機”960mm的缸徑還要大些。據傳現在有了1080mm缸徑的柴油機,不知道真假,有了解的網友介紹以下唄。

我國製造的世界最大缸徑柴油機,它的配氣機構是如何工作的?

找不到8K98MC柴油機的照片,找了它弟弟8K90MC柴油機的照片頂一下

很可惜網上找不到“8K98MC柴油機”的照片,只在其官網找來了該柴油機的參數,型號:8K98MC,缸徑:980mm,行程:2660mm,轉速:94r/min,功率:45760Kw,重量:1514噸,長:17.3米,寬4.6米,高:14.8米。雖說這參數比不上世界最大的柴油機,但是就這數據也是很嚇人的,據說其曲軸就重達幾百噸。

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大型低速機的曲軸

不過我們今天重點不是來講這款柴油機有多大的,而是通過用這款柴油機,來講講大型低速二衝程柴油機的配氣機構換氣原理。通過上面的數據我們瞭解到,該款柴油機缸徑近一米,行程達到2.66米,這麼大一個空間的換氣自然是個很大的學問啊!

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大型低速二衝程柴油機的內部結構

相較於大部分汽車用的四衝程柴油機,船用的二衝程柴油機是不依靠活塞來進行進排氣的,所以沒有了單獨的進氣行程和排氣行程。它把進排氣的過程設置在下止點的位置。

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四衝程柴油機原理

二衝程柴油機換氣的基本原理就是:通過在氣缸上設置氣口,左邊為進氣,右邊為出氣,排氣口比進氣口高一點,進排氣的開關都是由活塞來控制的。此外二衝程柴油機在進氣位置還設有掃氣泵和掃氣箱。掃氣泵預先把空氣壓縮送入掃氣箱(掃氣箱的壓力大於大氣壓力)。當高溫高壓的燃氣膨脹做工,推動活塞下行到排氣氣口位置時,排氣口打開,缸內外的壓力差讓缸內剩餘的燃氣高速排出,缸內壓力隨之下降,當下降到掃氣壓力時,下行的活塞會把進氣口打開,掃氣箱裡的新鮮空氣就會充入氣缸,並進行掃氣,把缸內的廢氣經過排氣口掃出去。這樣就完成了氣缸的換氣工作。

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二衝程柴油機的原理

其實上面講的換氣原理就是最基本的“彎流掃氣”形式。它具有結構簡單,可靠,便於維護的特點,不過因為其在缸內流動路線是是彎曲的,所以其掃氣路線長,流動阻力大,需要掃氣壓力高,這樣會造成柴油機,新氣和廢氣混雜嚴重,存在掃氣死角,還有氣流短路等問題引起柴油機換氣質量不高,最終導致“彎流掃氣”柴油機的柴油機燃油消耗率較高。所以後來又發展出“直流掃氣”的柴油機。

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彎流掃氣

直流掃氣的原理:就是在氣缸下部佈置一圈進氣口,的上部設置排氣閥,新鮮空氣從氣缸下部的掃氣口進入,驅趕空氣從上部的排氣閥排出,達到完成換氣的目的。這種換氣形式優勢很明顯,因為掃氣口一般設置成一定的傾斜角度,進入的新鮮空氣,在氣缸內旋轉,形成氣流界面,能使新新空氣不易和廢氣混合,並且掃氣路線是直線,掃氣阻力小,不存在死角,大大提高了換氣質量,降低了燃油消耗率,所以直流掃氣的大型低速二衝程柴油機成為了主流。

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直流掃氣的大型低速二衝程柴油機因其對“低轉速—長衝程”的適應性,也推動了低轉速—長衝程”柴油機的發展。所謂“低轉速—長衝程”就是自上世紀80年代爆發能源危機,為了省油興起的大型低速二衝程柴油機新的發展思路。

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能源開採

因為船舶大型低速機基本上是採用的主機直接驅動螺旋槳的形式(沒有齒輪箱),這時如果功率一定,螺旋槳的直徑越大,轉速越低,效率越高。也就是說在不降低主機功率的情況下,降低轉速就是提高船舶的推進效率。

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船舶

低轉速—長衝程的柴油機就是:通過降低柴油機的設計轉速,同時加長衝程,活塞平均速度保持不變,這樣不僅能提高了柴油機的自身效率,還能達到節油的目的。這種設計的效果非常明顯,所以後來的柴油機衝程也就越來越大,衝程缸徑比也就越來越大,現在最大的達到了4點幾,也就是說如果是500mm的缸徑衝程能達到2000mm左右。但是因為“彎流掃氣”的性質決定了衝程不能太長(現在灣流掃氣的機器衝程缸徑比最大的才做能到2點幾),所以“彎流掃氣”的柴油機就有些不能適應低轉速—長衝程的要求了。這也是“彎流掃氣”柴油機沒落的一個原因之一吧。

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世界最大的柴油機就是採用的直流掃氣

所以世界最大的柴油機”RT-flex96C.船用柴油機“就是採用的”直流掃氣“這種形式;而開頭講的我國製造的世界最大缸徑柴油機”8K98MC船用柴油機“也是採用了這樣形式的換氣。


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