石油钻井柴油机教案

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1、第一章 绪 论1.1 内燃机概述一、内燃机的基本概念1、发动机：将某种形式的能量机械能的装置。 （如：风力发动机、水力发动机、电力发动机、热力发动 机、原子能发动机等。）2、热机（热力发动机）：热能机械能的装置。（1）内燃机：指燃料在热机内部燃烧的热机。 分为：汽油机、柴油机、煤气机等。 柴油机：指将柴油燃烧所产生的热能通过一定方式转变为 机械能，带动其他机械工作的热机。（2）外燃机：指燃料在热机外部燃烧的热机。柴油机是当前石油勘探的主要动力设备 带动钻机：PZ12V190B、8V190 井场发电机组：4125、4135、12V135和6160二、内燃机的发展三、内燃机的分类1、按所用燃料不同

2、分：柴油机、汽油机、天燃气机等2、按点火方式不同分：压燃式、点燃式。3、按冲程数不同分：二冲程、四冲程内燃机4、按气缸数目不同分：单缸、多缸内燃机5、按冷却方式不同分：水冷、风冷式。6、按转速高低不同分：高速、中速、低速。四、构成柴油机的机构和系统 1、曲柄连杆机构：热能机械能 2、配气机构与进排气系统：定时地排出废气，吸入新鲜空气，提供燃料燃烧所需的充足氧气 3、燃料供给系统：定时定量地向气缸内供应一定压力的柴油，满足燃烧过程的需要。 4、润滑系统：将机油送到柴油机运动部件的摩擦表面，以减少运动动部件的磨损和摩擦阻力。 5、冷却系统：利用冷却介质（水或空气），将受热无零件所吸收的热量及时传送

3、出去，以保证柴油机各零件在高温环境中正常工作 6、启动系统：借助外部能源（如压缩空气、电力）带动柴油机转动，使柴油机实现第一次着火。 7、机体组件：构成柴油机骨架，支承所有运动件和辅助系统。小 结发动机水力发动机风力发动机原子能发动机热力发动机（热机）电力发动机外燃机内燃机柴油机汽油机 天燃气机2、内燃机的分类方式3、构成柴油机的两大机构、五大系统1、内燃机和柴油机的概念1.2 柴油机的工作原理一、钻井工作对柴油机的要求 1、具有足够的功率；在11032942Kw之间 2、具有良好的超载性能； 3、具有较宽的调速范围； 4、要求经济、可靠、耐用、维修方便、操作简单等。二、柴油机的工作原理和工作

4、过程1、基本工作原理 使柴油在汽缸内燃烧，将燃料的化学能转变为热能，并利用燃气为介质，再将热能转变为机械能。2、工作过程： 进气压缩燃烧膨胀（工作过程） 排气过程三、柴油机常用名词术语 1、上止点（上死点） 2、下止点（下死点） 3、冲程（行程）：S=2r r曲柄半径 4、缸径：指汽缸的直径 5、汽缸工作容积（活塞排量）：Vh=4DS10 6、燃烧室容积： Vc 7、汽缸总容积：Va= Vh+ Vc 8、压缩比：= Va Vc, 柴油机： = 1222； 汽油机： = 59上止点下止点行程汽缸工作容积燃烧室容积汽缸总容积9、压缩室高度（余隙高度或上量）： 活塞位于上止点时，活塞顶平面与汽缸盖底

5、平面之间的距离。10、最大爆发压力：燃料燃烧时产生的气体压力的最大值11、平均有效压力： 假定一个在整个活塞行程内大小不变的压力作用在活塞上，使活塞在一个行程内所做的功与整个工作循环所做的 有效功相等。这个假定的压力就叫平均有效压力。12、活塞平均速度：活塞速度的平均值。13、强化指标：活塞平均速度与平均有效压力的乘积。四、单缸四冲程柴油机工作原理 四冲程柴油机：指每完成一个工作循环（即完成进气、压 缩、工作、排气四个过程）活塞要连续运 行四个冲程（曲轴转两圈）的柴油机。 第一冲程：进气冲程。活塞由上止点下止点 第二冲程：压缩冲程。活塞由下止点上止点 第三冲程：工作冲程（燃烧膨胀冲程） 活塞由

6、上止点下止点 第四冲程：排气冲程。活塞由下止点上止点 提问：（1）怎样实现柴油机的连续工作循环呢？（2）二冲程柴油机完成一个工作循环，曲轴转几圈？实际中：进、排气门早开，晚关五、多缸柴油机的工作1、多缸柴油机：指由若干个（2个以上）相同的单缸排在一个机体上共用一根曲轴输出动力的柴油机。 常用：四缸、六缸、八缸及十二缸四冲程柴油机。分为：（1）直列式柴油机 （2）V型柴油机常用柴油机气缸编号：左右1234567891011121234右左功率输出端123456左右2、多缸柴油机工作顺序（点火顺序） 指各缸工作冲程（燃烧膨胀冲程）发生的顺序。 点火间隔角：=720i ； 式中i气缸数（1）4125

7、型柴油机： =7204=180 点火顺序为：1-3-4-2或1-2-4-3（2）6135型柴油机： =720 6=120 点火顺序为：1-5-3-6-2-4或1-4-2-6-5.（3）Z12V190B柴油机： =72012=60 点火顺序为：1-8-5-10-3-7-6-11-2-9-4-12 各缸工作情况：表1-11.3 柴油机的主要性能指标及型号编制规则一、主要性能指标1、功率：单位时间内所作的功，用N表示。 指示功率：Ni 有效功率：Ne,柴油机从曲轴上向外输出的净功率。（1）15分钟功率（2）1小时功率（3）12小时功率（额定功率）（4）持续功率（持久功率） PZ12V190B型柴油机

8、额定功率：882.6Kw持久功率：794Kw2、有效燃油消耗率（ge） 指单位有效功率在单位时间内所消耗的燃油量。 ge=GrNe10 g(kw.h) 式中：Gr柴油机每小时的燃油消耗率，公斤小时3、有效扭矩（Me） 指柴油机飞轮端对外输出的扭矩，单位为Nm4、有效热效率（e）： e =0.30.45之间。5、机械效率（ m ）： m=Ne Ni二、内燃机名称和型号编制规则1、内燃机的名称 按所采用的燃料来命名。如柴油机、汽油机、天燃气机、煤气机、沼气机、双燃料发动机等。2、内燃机型号 由数字和汉语拼音字母及GB1883中关于气缸布置所规定的象形字符号组成。 包括气缸数、机型系列、变型符号及用

9、途和结构特点等内容组成。 GB725-91规定主要内容如下：首部+中部+后部+尾部系列代号换代符号地方企业代号首部缸数符号（ 、 、 ）汽缸布置形式符号冲程符号（四冲程不标、E -二冲程）缸径符号（气缸直径mm)中部4612用途特征符号（基本型略）结构特征符号（水冷略、F -风冷、Z -增压）后部区分符号（标定转速符号）尾部例：（1）6 135 Z 柴油机增压六缸四冲程气缸直径135mm （2）Z 12 V 190 B 柴油机 （3）Z8V190MD-1柴油机 表示转速为1200rmin、沙漠地区发电机组用、八缸四冲程V型、缸径190mm的增压柴油机总 结1、内燃机和柴油机的概念2、柴油机的基

10、本名词术语（上、下止点，冲程和压缩比）3、单缸四冲程柴油机的工作原理和过程4、多缸柴油机的点火顺序和发火间隔角5、柴油机的型号含义：4135、6135、PZ12V190B6、组成PZ12V190B型柴油机的机构、系统及作用2.3 配气机构与进排气系统一、配气机构 1、功用 按照柴油机各缸工作顺序，定时地打开和关闭进、排气门，以保证吸足新鲜空气，并把燃烧后的废气排出。 2、组成及原理 由凸轮轴、挺柱、推杆、气门摇臂、气门组件等组成。挺 柱 推 杆凸轮轴气 门气门导管气门弹簧3、Z12V190B型柴油机配气机构（顶置式）（1）气门组件 气门：控制进、排气道的开启和关闭。分进、排气门 使用中进、排气

11、门不能互换，其中进气门杆顶部加工有一细环形槽以区别。 气门导管：控制气门运动，保证气门落座准确 气门弹簧及锁紧装置 保证气门驱动机构不因运动件的质量灌性力使各构件在接触处分离；气门关闭时保持气门与气门座之间严密密封。图2-30（2）气门驱动机构 凸轮轴：通过传动件准确地按一定时间控制气门的开启与关闭，保证按一定规律进行换气。 挺柱：将凸轮的推力通过推杆和摇臂传到气门。 结构：平面、滚子、摇臂滚子。 推杆：中空细长杆，一端球头、一端球状凹坑 摇臂：长臂、短臂。二、配气相位与气门间隙 1、配气相位 用曲轴转角来表示进、排气门的开闭时刻和持续时间称配气相位。2、气门间隙：一般指气门杆顶端与摇臂之间的

12、间隙。用c表示。气门间隙不宜过大或过小。一般c=0.250.45。 排气门间隙略比进气门大些Z12V190B柴油机：进气门：c1=0.43mm，排气门：c1=0.48mm小 结（1） 配气机构的组成及功用 Z12V190B柴油机配气机构：顶置式，四气门：两进两排（2） Z12V190B柴油机进、排气门的区别方法 进、排气门不能互换（3） Z12V190B柴油机的气门间隙及测量 进气门：0.43mm，排气门：0.48mm。（4） 配气相位：进、排气门要早开晚闭三、齿轮系与进排气系统1、齿轮系（柴油机的传动系统）（1）功用：将曲轴的运动传到各辅助系统（如凸轮轴、 喷油泵、机油泵、水泵等）带动他们运

13、转。（2）组成：图2-38.（胶片）2、进气系统 (1)功用：把新鲜空气经过滤清净化后，送入气缸内， 以满足柴油机工作所需的空气。 (2)组成：由空气滤清器、进气菅及气缸盖中的进气道 等零部件组成。Z12V190B柴油机进气系统（增压、中冷形式）：（1）空气滤清器（复合式） 图2-40（2）防爆装置：当柴油机 发生机械故障或在工作环境中出现可燃气体时，能够迅速切断柴油机进气通路，使柴油机紧急停车。图2-41至气缸进气管空气滤清器压风机中冷器3、排气系统 功用：排出柴油机燃烧后的废气，降低噪音，增加安全性 组成：包括气缸盖中的排气道、排气管和消音灭火器等组成气缸气缸排气支管排气总管涡轮机2.4

14、燃料供给系统一、燃料供给系统的作用、组成 1、作用：根据柴油机的工况要求，定时、定量、定压的 将柴油喷入燃烧室内，并使其雾化且与空气充 分混合，以实现燃烧、做功过程；同时，通过 系统内的喷油泵及调速器的作用，以控制柴油 机在给定工况下稳定运行。 2、组成：由燃油箱、输油泵、柴油滤清器、喷油泵、喷 油调速器和燃油输送管系等组成。 3、Z12V190B柴油机燃油路线： 输油泵滤清器高压油泵喷油器燃油箱二、Z12190B柴油机燃料供给系统零部件1、低压油路部件 油箱：贮存燃油，容量为柴油机能工作810小时 输油泵：保证连续向喷油泵供燃油。摆线转子输油泵 柴油滤清器：清除柴油中的杂质，保证燃料供给系统

15、正常 工作。2、高压油路部件 高压油泵（喷油泵)：柴油机的心脏，常用柱塞式喷油泵 调速器：机械式、气动式、液压式。常用机械式。 喷油器：将燃油雾化成较细的油滴以利着火燃烧，同时使 喷柱的形状同燃烧室形状适当配合。Z12V190B型柴油机润滑系统一、润滑系统的作用 向柴油机各摩擦表面提供充足的机油，以减小磨损，保证其正常工作。同时还具有散热、清洁、密封和防腐蚀作用二、润滑方式 飞濺润滑、压力润滑、复合润滑、滴油润滑四种方式。 复合润滑：飞濺润滑+压力润滑三、润滑系统主要部件 1、预供油泵： 在柴油机启动前，将机油压送到各摩擦表面。以保证柴油机在启动过程中各摩擦表面具有必要的润滑。 手动油泵、气动

16、油泵两种2、机油泵：提高机油压力，将机油强制地输送到各摩表面 以保证各摩擦表面的润滑。齿轮式机油泵4、单向调压阀 防止预供油时机油沿机油泵出油口通路回流到油底内。限制润滑系统的最高油压，防止润滑系统产生过高的压力，以免造成有关零部件的损坏及润滑系统密封处发生漏油现象，又称限压阀。（1）功用： 清除机油中的杂质，保证机油具有良好的使用性能。（2）结构：粗滤器：与主油道串连精滤器：与主油道并连3、机油滤清器5、油底壳 封闭曲轴箱、防止脏物进入柴油机内部，收集和储存机油。 分为：干式只收集机油用, 湿式可收集和储存机油 190系列柴油机采用湿式油底壳、整体焊接结构。6、油压低自动停车装置 防止工作过

17、程中因机油压力过低，使润滑条件恶化，造成 柴油机重大事故。图2-75Z12V190B柴油机的冷却系统一、冷却系统的作用 用水对柴油机进行冷却，使柴油机处于正常的工作温度范围。190系列柴油机采用强制、水冷却方式。二、主要零部件及功用 包括：水泵、风扇、机油冷却器、节温装置、冷却管系、空气中间冷却器等。三、冷却系统的组成 1、高温循环系统：用来冷却气缸套、气缸盖等高温件。 冷却水温较高。 2、低温冷却系统：用来冷却空气、机油。 冷却水温较低,传热少。Z12V190B柴油机启动系统一、启动系统的功用 借助外部能源，实现柴油机由静止到工作状态的转换。即实现柴油机的启动过程。 启动的条件：一定的外力

18、必要的启动转速二、启动方式： 人力启动、电动启动、压缩空气启动、辅助发动机启动（即小汽油机启动） Z12V190B柴油机采用气马达启动和电动机启动。Z12V190B柴油机增压系统一、增压系统的功用 在汽缸容积不变的情况下，通过提高进气压力增加充入汽缸内的空气量，加之喷入相应多的燃油达到增加柴油机输出功率的目的。二、增压器的各类 机械增压式 废气增压式 复合增压式三、Z12V190B柴油机增压器 1、废气涡轮增压器的组成及工作原理 由相连在一起的压气机和涡轮机两大部分组成。 （1）离心式压气机工作原理：图2-91 （2）涡轮机工作原理：图2-92 2、废气涡轮增压器结构：图2-93 水箱水泵机体缸盖增压器Z12V190B柴油机高温循环冷却系统水箱水泵机油冷却器中冷器Z12V190B柴油机低温循环系统18