内燃机基础知识

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内燃机基础知识汽油机的基础知识
是内燃机的一种，用挥发性高的汽油作燃料，汽油机将雾状汽油和空气的混合物引入汽缸，然后利用电极火花，使混合气体燃烧，燃烧时所形成的高温高压气体推动活塞，作往复运动。往复运动又利用曲柄等使移动变为转动。
     
    奥托内燃机的工作过程可分为四个冲程来进行，即吸气冲程、压缩冲程、做功（燃料燃烧气体膨胀而做功，也可叫爆发冲程）冲程和排气冲程，这四个冲程是内燃机的一个循环。从内燃机做功的条件来看，可燃气体的化学反应是它的能源，造成工质的高温；汽缸活塞是它的工作部分；做了功的废工质排出到大气中以大气作为它的冷凝器。因为可燃烧的混合气体在汽缸内燃烧时所产生的温度很高（约在1500℃以上），所以内燃机的效率要比蒸汽发动机的效率高。奥托内燃机在工作中，约有25%的热量作为有用功，10%的热量损失于摩擦中，25％的热量由废气带走，40％的热量传给汽缸外的冷却水，因此它的效率一般是在20～30%。奥托内燃机的功率大小不一，小的约367.7瓦（1/2马力），大的可到1838.8千瓦（2500马力）。
柴油机的基础知识
一般称作狄塞尔内燃烧，它是19世纪末叶由德国工程师狄塞尔设计的，其构造原理与奥托内燃机大体相同，主要区别是它将石油或柴油喷进汽缸作为燃料燃烧，而不是用汽油的混合气体作为燃料。同时，在压缩冲程中也不是压缩可燃性混合气体，而是单纯压缩空气。汽油机是利用火花塞来点燃燃料，而柴油机顶部有个喷油嘴，利用高温空气将柴油引燃，故称压燃式。它也有四个冲程：第一冲程是吸气冲程，它吸入气缸里的只是空气。第二冲程是压缩空气，汽油机只把燃料混合物的体积压缩到吸气冲程末的1/6～1/9。如果压缩得更多，在压缩过程的中途，燃料混合物就因温度升高超过燃点而燃烧，机器将发生反转，无法正常工作。柴油机则可把空气的体积压缩到吸气冲程末的1/ 6～1/22，压强达到4兆帕左右，温度可高达500～700℃，超过柴油的着火点。第三冲程是做功冲程。在压缩冲程结束时，柴油在高压作用下从喷油嘴高速喷入汽缸，雾状液滴与热空气相遇立刻燃烧，由于柴油喷发时间较长，所以燃烧时间也较长，燃烧温度高达2000℃左右。第四冲程是排气冲程，与汽油机相同。
空气喷气发动机的原理
它是利用气体从尾部高速喷出时所产生反冲的推力来推动机身前进的机械。由于活塞式内燃机的螺旋桨叶转得越快，它所受到的阻力也就越大，效率就低。所以它的速度不能超过211米／秒。而且这种飞机只能在空气中飞行，因此飞行的高度及速度都受到限制。
     
    喷气式发动机的燃料在燃烧室内燃烧后，产生高温和高压的气体，这种气体从尾部以极高的速度喷出，周时产生反作用力，推动机身向前运动。喷气机的作用是直接产生反冲推力，把燃料的内能转变为燃气的动能和飞机前进的机械能，而不需要通过能量转变的中间结构��活塞、螺旋桨等，减少了能量的损失，从而提高飞机的飞行速度。
     
    喷气式发动机可分为两大类，即空气喷气发动机和火箭喷气发动机。空气喷气发动机本身携带燃料，它需要利用外界的空气来帮助燃烧。因此它不适宜在空气稀薄的高空飞行。由于发动机的种类很多，常见的有冲压式和气轮式等。
什么是燃气轮机
燃气轮机的基本原理与蒸汽轮机很相似，不同处在于工质不是蒸汽而是燃料燃烧后的烟气。燃气轮机属于内燃机，所以也叫内燃气轮机。构造有四大部分：空气压缩机，燃烧室，叶轮系统及回热装置。
     
     燃汽轮机是利用气体作为工质在燃烧室里燃烧，将燃料的化学能转变为气体的内能。在喷嘴里，气体的内能转变为气体的动能，燃气高速喷出，冲击叶轮转动。
     
     燃气轮机优点是不需连杆、曲柄、飞轮等装置，又不需锅炉，因此体积小、重量轻，功率大到100000～200000千瓦，效率高达60％，广泛地应用在飞机上，作为动力装置。但是喷射到叶轮上的汽体温度高达1300℃，因此叶轮需昂贵的特殊耐热合金来制造，加工难，成本高。耗油量大，在同样功率下比活塞式汽油机多2倍，故燃气轮机适宜于735～2205千瓦（1000～3000马力）以上的飞机和船舶上。 (百度知道)
发电机的工作原理
<一> 发电机概述

    发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。发电机在工农业生产，国防，科技及日常生活中有广泛的用途。

    发电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此，其构造的一般原则是：用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。

    发电机已实施出口产品质量许可制度，未取得出口质量许可证的产品不准出口。

    <二>发电机的分类可归纳如下：

    发电机分：直流发电机和交流发电机

    交流发电机分：同步发电机和异步发电机(很少采用)

    交流发电机还可分为单相发电机与三相发电机。

    <三>发电机结构及工作原理

    发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。

    定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。

    转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。

    由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。

    柴油发电机工作原理

    柴油机驱动发电机运转，将柴油的能量转化为电能。

    在柴油机汽缸内，经过空气滤清器过滤后的洁净空气与喷油嘴喷射出的高压雾化柴油 充分混合，在活塞上行的挤压下，体积缩小，温度迅速升高，达到柴油的燃点。柴油被点燃，混合气体剧烈燃烧，体积迅速膨胀，推动活塞下行，称为‘作功’。各汽缸按一定顺序依次作功，作用在活塞上的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量，从而带动曲轴旋转。

    将无刷同步交流发电机与柴油机曲轴同轴安装，就可以利用柴油机的旋转带动发电机的转子，利用‘电磁感应’原理，发电机就会输出感应电动势，经闭合的负载回路就能产生电流。

    这里只描述发电机组最基本的工作原理。要想得到可使用的、稳定的电力输出，还需要一系列的柴油机和发电机控制、保护器件和回路。 详细请进>>> 汽油发电机原理

    汽油机驱动发电机运转，将汽油的能量转化为电能。

    在汽油机汽缸内，混合气体剧烈燃烧，体积迅速膨胀，推动活塞下行作功。各汽缸按一定顺序依次作功，作用在活塞上的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量，从而带动曲轴旋转。将无刷同步交流发电机与汽油机曲轴同轴安装，就可以利用汽油机的旋转带动发电机的转子，利用‘电磁感应’原理，发电机就会输出感应电动势，经闭合的负载回路就能产生电流。 &#8226; 主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。

    &#8226; 载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。

    &#8226; 切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。

    &#8226; 交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。详细请进>>> 异步发电机原理

    直流发电机的工作原理

    直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。

    电刷上不加直流电压，用原动机拖动电枢使之逆时针方向恒速转动，线圈两边就分别切割不同极性磁极下的磁力线，而在其中感应产生电动势，电动势方向按右手定则确定。这种电磁情况表示在图上。由于电枢连续地旋转，，因此，必须使载流导体在磁场中所受到线圈边ab和cd交替地切割N极和S极下的磁力线，虽然每个线圈边和整个线圈中的感应电动势的方向是交变的．线圈内的感应电动势是一种交变电动势，而在电刷A，B端的电动势却为直流电动势(说得确切一些，是一种方向不变的脉振电动势)。因为，电枢在转动过程中，无论电枢转到什么位置，由于换向器配合电刷的换向作用，电刷A通过换向片所引出的电动势始终是切割N极磁力线的线圈边中的电动势，因此，电刷A始终有正极性。同样道理，电刷B始终有负极性，所以电刷端能引出方向不变的但大小变化的脉振电动势。如每极下的线圈数增多，可使脉振程度减小，就可获得直流电动势。这就是直流发电机的工作原理。同时也说明子直流发电机实质上是带有换向器的交流发电机。

    从基本电磁情况来看，一台直流电机原则上既可工作为电动机运行，也可以作为发电机运行，只是约束的条件不同而已。在直流电机的两电刷端上，加上直流电压，将电能输入电枢，机械能从电机轴上输出，拖动生产机械，将电能转换成机械能而成为电动机，如用原动机拖动直流电机的电枢，而电刷上不加直流电压，则电刷端可以引出直流电动势作为直流电源，可输出电能，电机将机械能转换成电能而成为发电机。同一台电机，能作电动机或作发电机运行的这种原理．在电机理论中称为可逆原理。详细请进>>> 交流发电机的工作原理汽轮发电机原理

    蒸汽机利用高温高压的蒸汽膨胀做功，通过连杆、曲柄将活塞的往复运动转变为主轴的旋转运动，带动发电机发电。

    蒸汽轮机是用蒸汽来推动轮机转动的，它运转的基本原理和常见的风车相似，蒸汽轮机是由一个中央很厚的钢盘及钢盘外沿有很多密排的叶片组成的主体结构。从锅炉里出来的高压过热蒸汽从喷嘴喷到叶片上时，轮机就转动起来，蒸汽速度越大，轮机转动得越快（也就是蒸汽的内能在喷射中变成蒸汽的动能，它的动能又转变为机轴旋转的机械能）。详细请进>>> 水轮发电机原理

    水轮发电机的安装结构形式通常由水轮机的型式确定。主要有以下几种型式:

    1)卧式结构 卧式结构的水轮发电机通常有冲击式水轮机驱动。

    2)立式结构 国产水轮发电机组广泛采用立式结构。立式水轮发电机组通常由混流式或轴流式水轮机驱动。立式结构又可分为悬式和伞式。发电机推力轴承位于转子上部的统称为悬式,位于转子下部的统称为伞式。

    3)贯流式结构 贯流式水轮发电机组由贯流式水轮机驱动。贯流式水轮机是一种带有固定或可调转轮叶片的轴流式水轮机的特殊型式。它的主要特征是转轮轴线采取水平或倾斜布置,并与水轮机进水管和出水管水流方向一致。贯流式水轮发电机具有结构紧凑,重量轻的优点,广泛用于低水头的电站中。详细请进>>> 手摇发电机原理

    风能发电机的原理

    新型水冷式交流发电机原理和应用

    水冷式交流发电机利用水来代替风扇进行冷却。交流发电机主要的发热部位是定子，水冷式交流发电机重点冷却部分就是定子及线圈绕组。发电机的前端盖和后端盖用铝材制造，开有水道槽。定子及线圈绕组用合成树脂固定密封，定子与转子之间有铝质围板与水道隔离。水道与进水管和出水管连通，进水管和出水管分别与发动机冷却水系统连通。

    这样，当发动机运转时，冷却水在发动机水泵的带动下循环流动，通过发电机壳体，可以有效地冷却定子线圈绕组、定子铁芯，同时也冷却转子、内藏式调节器和轴承等其它发热零部件。

    水冷式交流发电机与风冷式交流发电机相比，内部构造复杂了，防漏密封要求提高了，成本也会增加。同时因联接水管的问题，安装布置也受到诸多限制，自由度减少了。但是，水冷式交流发电机的发电及低噪声性能，是风冷式交流发电机无法比拟的。

    首先，水冷式交流发电机具有良好的低速充电特性。我们知道，在交流发电机的电流特性曲线上有一个“拐点”，即超过所谓“0安培速度”之后才会有电流产生，电流上升到一定程度才能充电。在哪个转速以上才出现“拐点”和达到可充电电流与励磁电流的大小相关。

    由于水冷式交流发电机大幅度抑制了定子、转子及调节器的温升，可以相应提高励磁电流，励磁电流越大输出电压也越高，因此当水冷式交流发电机低速转动时也会有良好的充电表现，这种低速充电性能对城市用车的正常使用相当重要。

    第二，水冷式交流发电机具有低噪声。由于省略了风扇，所以不存在发电机风扇发出的噪声。据介绍在3500转/分时，水冷式交流发电机与风冷式交流发电机相比，噪声要低15分贝。

    水冷式交流发电机的优点被看好，认为是汽车发电机的发展方向。有人认为在12伏特汽车中，2500瓦以下适宜用风冷式交流发电机，2500瓦以上或者42伏特电系适宜用水冷式交流发电机。
燃气涡轮发电机的基础知识
常规燃气涡轮发电机是大型发电设备的典型代表，能提供从1至数兆瓦的电力，可以满足几乎一切包括办公大楼、医院、学校、商店的建筑物的用电需求。

     涡轮发电机出来的废气是吸收式制冷机的理想热源，被用来制冷、采暖和提供卫生热水。因为同燃煤电厂的废气相比，其废气的杂质、含硫量均很低，其次最为显著的是其含氧量较高，可达15％以上，可以作为直燃机的助燃空气，进行第二次燃烧。
     
     燃气涡轮发电机通常被用作在夏季电力尖峰时的调峰。然而，由于夏季气温很高，导致了燃气轮机的出力严重不足，效率降低。因此，溴化锂制冷机通过利用涡轮发电机的排气制冷来冷却涡轮发电机的进气，则可以大大提高涡轮发电机的出力和效率。目前已被证明是非常有效的节能方式。

     涡轮发电机通常由透平、变速箱、发电机、进气增压器、排气系统组成。见右图。
     
    涡轮发电机系统按其流程的不同，分为：联合循环、简单循环和前置循环。联合循环通常由余热锅炉回收燃气轮机的排气产生蒸汽，再驱动蒸汽轮机发电，或直接提供蒸汽，是新建电厂的常见流程。

    溴化锂吸收式制冷机可以通过回收燃气轮机或余热锅炉的排气余热或余热锅炉的中、低压蒸汽进行制冷，实现冷热电联合循环。 (BCHP)
柴油发电机基本结构基本原理
柴油发电机的基本结构是由柴油机和发电机组成，柴油机作动力带动发电机发电。

    先说柴油机的基本结构：它由气缸、活塞、气缸盖、进气门、排气门、活塞销、连杆、曲轴、轴承和飞轮等构件构成。柴油发电机的柴油机一般是单缸或多缸四行程的柴油机，下面我只说说单缸四行程柴油机的工作基本原理：柴油机起动是通过人力或其它动力转动柴油机曲轴使活塞在顶部密闭的气缸中作上下往复运动。活塞在运动中完成四个行程：进气行程、压缩行程、燃烧和作功（膨胀）行程及排气行程。当活塞由上向下运动时进气门打开，经空气滤清器过滤的新鲜空气进入气缸完成进气行程。活塞由下向上运动，进排气门都关闭，空气被压缩，温度和压力增高，完成压缩过程。活塞将要到达最顶点时，喷油器把经过滤的燃油以雾状喷入燃烧室中与高温高压的空气混合立即自行着火燃烧，形成的高压推动活塞向下作功，推动曲轴旋转，完成作功行程。作功行程完了后，活塞由下向上移动，排气门打开排气，完成排气行程。每个行程曲轴旋转半圈。经若干工作循环后，柴油机在飞轮的惯性下逐渐加速进入工作。
    柴油机曲轴旋转便带动发电机转动发电，发电机有直流发电机和交流发电机。

    直流发电机主要由发电机壳、磁极铁芯、磁场线圈、电枢和炭刷等组成。工作发电原理：当柴油机带动发电机电枢旋转时，由于发电机的磁极铁芯存在剩磁，所以电枢线圈便在磁场中切割磁力线，根据电磁感应原理，由磁感应产生电流并经炭刷输出电流。

    交流发电机主要由磁性材料制造多个南北极交替排列的永磁铁（称为转子）和硅铸铁制造并绕有多组串联线圈的电枢线圈（称为定子）组成。工作发电原理：转子由柴油机带动轴向切割磁力线，定子中交替排列的磁极在线圈铁芯中形成交替的磁场，转子旋转一圈，磁通的方向和大小变换多次，由于磁场的变换作用，在线圈中将产生大小和方向都变化的感应电流并由定子线圈输送出电流。

    为了保护用电设备，并维持其正常工作，发电机发出的电流还需要调节器进行调节控制等等。
同步发电机的外特性
同步发电机的外特性一般指在内电势不变的情况下，负载电流变化时，发电机机端电压变化的曲线，主要是测试发电机的纵轴同步电抗，也就是发电机的内阻抗，是同步发电机带负载能力的重要指标。但现在同步发电机多采用可控硅快速励磁和阻尼绕组，其纵轴同步电抗多为暂态值，远远小于稳态值。此外由于励磁系统的调节作用，外特性是可以人工制造出来，可以是正的或负的，正的外特性就是机端电压随负载电流增长而降低，负的就是机端电压随负载电流增长而提高，一般励磁系统都可以在正负15%的范围内调节。

    绝缘配合：电气一次系统的电压防护水平，在发生雷击、操作过电压的情况下，常规的变压器、发电机、线路的绝缘水平是不足以对抗的，需要避雷器、电容等的元件进行保护，避雷器动作值、动作时延和主设备的元件绝缘耐压能力尤其是冲击耐压能力之间的配合，就称为绝缘配合，要求是避雷器必须赶在主设备绝缘破坏之前动作，在有多个绝缘水平不等的元件时，还必须为不同的元件配备不同的绝缘保护元件，这些保护元件的配合也是个大问题。 (百度知道)
异步发电机主要的优缺点
主要优点笼型转子异步发电机结构简单,牢固,特别适合于高圆周速度电机.无集电环和碳刷,可靠性高,不受使用场所限制.由于无转子励磁磁场,不需要同期及电压调节装置,电站设备简化.负荷控制十分简单,多数情况下不需水轮机调速器,水轮机可全速运行或在锁定导叶开度下在一定转速范围内变速运行.异步发电机尽管可能出现功率摇摆现象,但无同步发电机类似的振荡和失步问题.并网操作简便.

    主要缺点大容量异步发电机必须与同步
    发电机并列运行或接入电网运行,由同步发电机或电网提供自身所需的励磁无功,因此异步发电机是电网的无功负载.尽管从原理上说异步发电机可以借助于电容器孤立运行在自激状态,但处于这种运行状态时,发电机调压能力很弱,当发电机达到临界负荷,将引起电压崩溃. 异步发电机的励磁一般而言可由同步发电机,电 网或静止电容器提供.具体的励磁提供方式由电站类型或电网运行条件决定.虽然异步发电机不能提供自身和负载所需的无功,可能是一个缺陷,但当其使用恰当时,可作为电网无功优化的一种手段.并将会对电站和电网带来明显的技术经济效益.异步发电机与同步发电机在电站中应用的经济性比较

    异步发电机装备的电站由于无需直流励磁系统,同期装置,电站投资费用低.由于无集电环,电刷,转子励磁绕组,因此维护及运行费用低.

    异步发电机转子为隐极及无同步发电机类似的转子绕组,因此一般效率高于同容量同转速的同步发电机.相同的水源下,采用异步发电机可多发电.

    异步发电机的上述经济性优势将会由于异步发电机所需励磁(或附加同步容量或附加电容器)受到部分抵消.


    异步发电机所需励磁的大小与电机的额定转速成反比(即与电机的极对数成正比),转速越高,标幺值励磁越低.

    异步发电机电站厂房面积较同步发电机电站厂房面积小.

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关于内燃机基础知识，它作为汽车核心动力系统的关键组成部分，涉及多个方面。从基本原理来说，内燃机通过燃烧燃料产生动力，主要由燃烧室、曲轴连杆机构、气缸等构成。内燃机的运行原理包括四冲程（吸气、压缩、做功、排气）循环工作，实现高效能量转换。在实际应用中，内燃机的性能优化涉及燃油效率、排放控制、动力性与经济性等方面。掌握内燃机基础知识对于汽车工程师而言至关重要，它是研发高效、环保汽车动力的基石。