1、麗日興就力科技有限公司* 7-柴油發(fā)動機的特性二dm概述一、柴油機的工況1 .發(fā)電機工況 轉(zhuǎn)速恒定螺旋槳工況N=C3其它工況轉(zhuǎn)速和扭矩之間沒有一定的關(guān)系。二、柴油機特性的分類柴油機特性柴油機的主要性能指標和工作參數(shù)(如排氣溫度H、最高爆發(fā)壓力pz、增壓壓力pk等)隨運轉(zhuǎn)工況變化的規(guī)律稱為柴油 機的特性。把這種變化規(guī)律在坐標上用曲線的形式表示出來，這種曲線稱為柴油機的特性曲線。目的評價柴油機的性能確定柴油機工況分析影響特性的因素檢測柴油機的狀態(tài)三、柴油機特性的分類Ne=Cpeni速度特性pe不變，n改變負荷特性n不變，pe改推進特性n和pe均改變化速度特性概念：將噴油泵油量調(diào)節(jié)桿固定在某一位置，

2、改變柴油機外負荷以改變其轉(zhuǎn)速，測量各轉(zhuǎn)速下的功率Ne.扭矩Me (或 平均有效壓力pe)、有效耗油率ge和排氣溫度Tr等隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。根據(jù)噴油泵油量調(diào)節(jié)機構(gòu)固定的位置不同，有全負荷速度特性(亦稱外特性)。部分負荷速度特性和超負荷速度特性。全負荷速度特性概念：將噴油泵油量調(diào)節(jié)桿固定在標定供油量位置，改變柴油機外負荷以改變其轉(zhuǎn)速，測量各轉(zhuǎn)速下的功率Ne、扭矩Me (或平均有效壓力pe)、有效耗油率ge和排氣溫度Tr等隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。標準環(huán)境狀況：柴油機功率的標定：我國國家標準規(guī)定了內(nèi)燃機標定功率分為15分鐘功率、1小時功率、12小時功率、持續(xù)功率四級。15分鐘功率：柴油機允許連續(xù)運行15分鐘

3、的最大有效功率。商船不允許使用這么大的功率。可作為軍用車輛和艦艇的追 擊功率。1小時功率：柴油機允許連續(xù)運行1小時的最大有效功率。可作為商船的超負荷功率。是最大持續(xù)功率的110%。1小時功 率還可作為拖拉機、工程機械的最大使用功率。12小時功率：柴油機允許連續(xù)運行12小時的最大有效功率。可以作為拖拉機、工程機械的正常使用功率。持續(xù)功率：柴油機允許長期連期運行的最大有效功率。船舶柴油機就用它來標定功率，并同時標定其相應轉(zhuǎn)速。我們通常所說的標定功率就是指這種功率，標定工況就是指這種功率及其相應轉(zhuǎn)速。國外船用柴油機常用的幾種功率(工況)名稱MCR :最大持續(xù)功率，同時標有相應的轉(zhuǎn)速。原含義相當于國家

4、標準的持續(xù)功率標定工況，是設計選配螺旋槳的依據(jù)。OR：超負荷功率工況。其功率為MCR功率的110%。CSR：持續(xù)使用功率工況。船舶正常持久使用的功率工況。CSR負荷定得比MCR小，留有一定的功率儲備。CSR是船 舶計劃船期，油耗的主要依據(jù)。ERP :按推進特性的經(jīng)濟功率工況。ERG：按負荷特性的經(jīng)濟功率工況。全負荷速度特性曲線的制取起動柴油機，逐步將轉(zhuǎn)速升高到標定轉(zhuǎn)速，熱車再逐步增加負荷至標定功率并使之在標定工況下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。將供油拉桿(或齒條)固定，使供油拉桿保持在標定工況供油量位置上。在標定轉(zhuǎn)速和最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速之間的各個不同測量點上穩(wěn)定運 每個點測兩次。以轉(zhuǎn)速為測量在標定轉(zhuǎn)速和最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速之間

5、的各個不同測量點上穩(wěn)定運 每個點測兩次。轉(zhuǎn)。同時測量并記錄柴油機在各轉(zhuǎn)速下的性能參數(shù)(Me、Pe、ge、Tr等)，將記錄的性能參數(shù)作為縱坐標，以轉(zhuǎn)速為橫坐標繪制成曲線。超負荷速度特性我國船舶建造規(guī)范規(guī)定，柴油機的超負荷功率為標定功率的110%(作為船舶主機此時的轉(zhuǎn)速是103%標定轉(zhuǎn)速)。并且在 12h運轉(zhuǎn)期內(nèi)允許超負荷運轉(zhuǎn)1小時。部分負荷速度特性三、速度特性的參數(shù)分析柴油機按速度特性工作時，噴油泵供油量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)固定在相應位置上，此時可認為噴油泵供油系數(shù)變化不大，即循環(huán)供 油量基本不變。此時有關(guān)參數(shù)的變化規(guī)律如下：n增加，充量系數(shù)？ C降低；n增加，非增壓機過量系數(shù)a降低(？ C降低)，而增壓機

6、a增加(進氣密度增加)。n增加,非增壓機指示熱效率n i降低(與a成正比)，而增壓機n i增加。n增加，非增壓機平均指示壓力Pi降低(與n i成正比)，而增壓機Pi增加。(5) n增加，n增加，非增壓機和低增壓機機械效率n m降低(n m=1-Pm/Pi，n增加，Pm增大，而Pi降低)，而高增壓機n m增加。n增加，非增壓機平均有效壓力Pe (Me)降低，增壓機P e (Me)增加。n增加，非增壓機和低增壓機n e降低，而高增壓機n e增加。通常最大n e (be)發(fā)生在低于nb的某一轉(zhuǎn)速。 柴油機的負荷特性概念：當轉(zhuǎn)速保持不變時，柴油機的各性能指標和工作參數(shù)(如排氣溫度Tr、最高爆發(fā)壓力pz

7、、增壓壓力pk等)隨負 荷的變化而變化的規(guī)律稱為柴油機的負荷特性。負荷特性曲線的制取起動柴油機，逐步將轉(zhuǎn)速升高到標定轉(zhuǎn)速，并使之穩(wěn)定運轉(zhuǎn)一段時間。逐步增大外負荷至選定的不同負荷(25%、50%、75%、90%、100%、110%Nb)，并分別在選定的不同負荷時穩(wěn)定運 轉(zhuǎn)，待有關(guān)參數(shù)穩(wěn)定后，測取并記錄有關(guān)性能參數(shù)和運轉(zhuǎn)參數(shù)。試驗中，每調(diào)節(jié)一次負荷，應同時改變調(diào)速手柄，使轉(zhuǎn)速 保持不變。將記錄的性能參數(shù)和運轉(zhuǎn)參數(shù)作為縱坐標，以Ne為橫坐標繪制成曲線。各性能參數(shù)隨負荷變化的規(guī)律有效功率Ne和指示功率Ni為過原點的直線。Ne增加，n m增大，空車時n m=0Ne增加，n i和a均降低。Ne增加，n e

8、先期增加，后期降低。所以必在運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)出現(xiàn)最打e (be)。推進特性一、螺旋槳特性簡介1 .螺旋槳水動力特性根據(jù)螺旋槳理論，螺旋槳的推力FP和扭矩MP的公式為：FP=K1p nP2D4(9-1)MP=K2p nP2D5(9-2)式中：p流體的密度，千克/米3；nP一螺旋槳轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/秒；D螺旋槳直徑，米；K1推力系數(shù)；K2扭矩系數(shù)。由試驗可知，推力系數(shù)K1和扭矩系數(shù)K均與螺旋槳的進程比入P有關(guān)。入P表示螺旋槳每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)實際產(chǎn)生的位移VP/nP 與直徑D之比，即入P=VP/ (nPD)。在船舶穩(wěn)定航行時，入P=常數(shù)，K1、K2均為定值，使螺旋槳吸收功率NP=CnP3，相 應推力為FP=C1nP2，扭

9、矩為MP=C2nP2 。當轉(zhuǎn)速n不變而VP降低時(如航行阻力增加)，入P減小，K1、K2增加，即 推力和扭矩都增加，相應的特性曲線均變陡(左移)。當AP=0時，即n=0，VP=0，稱系泊工況，此時K1、K2最大，F(xiàn)P 和MP也達到最大值。二、推進特性網(wǎng)臼興2（1力科技有限公司網(wǎng)臼興2（1力科技有限公司I概念：當柴油7推進特性曲線的制取方法（1）試驗工況的確定情況下，各性能參數(shù)隨轉(zhuǎn)速變化而變化的關(guān)系。確定Ne =Cn3中的常數(shù)C。C=Ne/ n3,按標定點確定。在柴油機工作的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，預先選定一組（6-7）轉(zhuǎn)速n1、n2、n3、n4、n5、n6、n7作為試驗中轉(zhuǎn)速參數(shù)。由Ne =Cn3，通過計

10、算求出一組Nel、Ne2、Ne3、Ne4、Ne5、Ne6、Ne7作為試驗中負荷參數(shù)。（2）試驗方法和步驟起動柴油機，使之在接近nl的轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)。調(diào)節(jié)柴油機的調(diào)速手柄和測功器負荷（水力測功器的進水量），使轉(zhuǎn)速為nl、負荷為Nel，待穩(wěn)定運轉(zhuǎn)后，測量并記錄 有關(guān)性能參數(shù)和運轉(zhuǎn)參數(shù)。同理調(diào)節(jié)柴油機的另一個工況（n2、Ne2）穩(wěn)定工作，測量并記錄有關(guān)參數(shù)。因以此類推可得其它選定工況點（n3、Ne3） （n7、Ne7）的有關(guān)參數(shù)值。以轉(zhuǎn)速n為橫橫坐標，以記錄的性能參數(shù)和運轉(zhuǎn)參數(shù)作為縱坐標，繪制成曲線。三、各性能參數(shù)隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律n增加，充量系數(shù)？ C降低。n增加，過量空氣系數(shù)a降低。n增加，指示熱效率

11、n i降低（與a成正比）。n增加，機械效率n m增大（n m=1-Pm/Pi，n增加，Pi的增大量超過Pm）。n增加，初期n e增加，be降低（n m的增大量大于n i的降低量）；后期n e降低，be增加。通常增壓機在80-90%nb 時n e最大。調(diào)速特性概念：當調(diào)速手柄固定在某一工況位置時，使負荷從零逐漸增加到最大值，在調(diào)速器的作用下，柴油機的的功率、扭矩 等隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。作用：考核調(diào)速器是否滿足使用要求。調(diào)速特性曲線的制取方法一般在制取調(diào)速特性曲線時應同時完成突變負荷試驗。（1）突變負荷試驗起動柴油機，逐步增加轉(zhuǎn)速至標定轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)測功器，增加負荷，使柴油機在標定工況下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，然后將

12、調(diào)速手柄固 定。突然卸去全部負荷，柴油機在調(diào)速器的作用下，經(jīng)歷短暫時間后將在比最高瞬時轉(zhuǎn)速稍低的最高空載穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)。（2）調(diào)速特性試驗（標定工況）從調(diào)速器控制的最高空載穩(wěn)定轉(zhuǎn)速起，以標定功率的25%、50%、75%、90%、100%或測功器讀數(shù)的整數(shù)值為測量點， 調(diào)節(jié)測功器以增加負荷，每調(diào)節(jié)一次負荷，待柴油機穩(wěn)定運轉(zhuǎn)后，測量一次Me、Ne、ge、Tr等參數(shù)，直到轉(zhuǎn)速下降到突 變負荷前轉(zhuǎn)速為止。以轉(zhuǎn)速為橫座標，以Me、Ne、ge、Tr等參數(shù)為縱座標繪出曲線。限制特性和柴油機的使用范圍一、柴油機的限制特性1 .限制特性的概念：是指柴油機在各種轉(zhuǎn)速下的最大有效功率，使柴油機的機械負荷和熱負荷不超

13、過為保證它可靠工作而 規(guī)定的允許范圍。按柴油機的種類不同，在確定其運轉(zhuǎn)功率的限制范圍時，可把PZ、Pe、Me、a和Tr作為限制因素，通常是Me、a和Tr。限制特性的作用：防止超扭矩和超溫度。3 .等轉(zhuǎn)矩限制特性（限制機械負荷）船用柴油機在各種轉(zhuǎn)速下保持標定功率Nb和標定轉(zhuǎn)速nb下的標定扭矩Mb不變時，功率和轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系稱為等轉(zhuǎn)矩 限制特性。建立等轉(zhuǎn)矩限制特性的條件是：各轉(zhuǎn)速下的Me都等于標定工況點的Mb。由 Ne=Men/9550 Ne=Mbn/9550=An（A=Mb/9550）可知：等轉(zhuǎn)矩限制特性曲線是一條通過坐標原點和標定工況點的直線，當柴油機在這條直線以下工作時，可保證軸系的機械負

14、荷都不超過允許值。網(wǎng)臼） 2（1力科技有限公司網(wǎng)臼） 2（1力科技有限公司1 （限制熱負荷）VWV； 3RXDL.C 口 M柴油機在各種轉(zhuǎn)速下保持標定工況點過量空氣系數(shù)。不變時，功率和轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系稱為等過量空氣系數(shù)限制特性。建立等過量空氣系數(shù)限制特性的條件是：各轉(zhuǎn)速下的a都等于標定工況點的a b。若柴油機在各種轉(zhuǎn)速下都保持不小于a b, 則熱負荷不超過標定工況點水平。但柴油機在實際運轉(zhuǎn)中的a值難于測量，同時保持a值不變是困難的，而排氣溫度是可測量的并能在一定條件下反映出柴 油機的熱負荷，因此常用排氣溫度作為限制熱負荷的一個參數(shù)。建立等排氣溫度限制特性的條件是：各轉(zhuǎn)速下保持標定工況點的排氣溫度

15、不變時，功率和轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系稱為等排溫限制 特性。二、柴油機的允許工作范圍船用柴油機允許工作范圍是由最大功率、最小功率、最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速四個方面來限制。柴油機在各種轉(zhuǎn)速下允許達到的最大功率（負荷），是由等轉(zhuǎn)矩限制特性曲線3和等排溫限制特性曲線1來限制。柴油機在各種轉(zhuǎn)速下允許達到的最小功率（負荷），是由最小負荷速度特性曲線8來限制。柴油機在各種負荷下允許達到的最高轉(zhuǎn)速是由標定工況點的調(diào)速特性曲線5來限制。柴油機在各種負荷下允許達到的最低轉(zhuǎn)速是由按推進特性曲線工作的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速曲線10來限制的。柴油機與螺旋槳的配合1 .機槳匹配的基本原則既使柴油機的功率得到充分利用，又使柴油機的功率在全部運轉(zhuǎn)速

16、范圍內(nèi)都不超出允許的范圍。（1）以主機標定功率配槳原則上是在柴油機標定轉(zhuǎn)速下使設計選配的螺旋槳吸收的功率恰好等于柴油機的標定功率NeH（螺旋槳曲線過MCR點）如圖 9-19所示。螺旋槳與柴油機的匹配點在柴油機的標定工況（肱。人）點a。曲線1即為柴油機的全負荷速度特性線。當要柴油機 在低于標定轉(zhuǎn)速nH的某一轉(zhuǎn)速n2下運轉(zhuǎn)時，就減小油門，減少每循環(huán)供油量。曲線2即為相應的部分負荷速度特性線。 交點b就是這時柴油機、螺旋槳的工況點。從圖上看出，這時柴油機的功率不僅小于標定功率NeH，而且小于這個轉(zhuǎn)速下 由全負荷速度特性曲線所限定的功率（對應于d點的的功率。這里為了分析簡便，以全負荷速度特性作為限制特

17、性。）可見， 在轉(zhuǎn)速nH到nmin的全部變化范圍內(nèi)，柴油機的功率都不會超出允許的范圍。在運轉(zhuǎn)中還允許柴油機在高于nH的最大轉(zhuǎn) 速nmax下工作。這時需要增加供油量，相應于這個供油量的超負荷速度特性曲線3與螺旋槳特性曲線相交于C點。這時 柴油機處于超負荷狀態(tài)，因此只允許柴油機短時間在這個轉(zhuǎn)速下工作。（2）螺旋槳結(jié)構(gòu)參數(shù)對機槳配合的影響圖中I、ii、m、是三個螺旋槳的特性曲線。螺旋槳ii配得過重、螺旋槳m配得過輕。螺旋槳I則匹配正確，其特性曲線 正好過標定工況點a。曲線1為柴油機全負荷速度特性曲線，旋槳吸收的功率恰好等于柴油機的標定功率。當螺旋槳配得過重時，這時螺旋槳特性曲線II與柴油機全負荷速度

18、特性曲線相交于b點，此時盡管油門加大到標定位置， 但柴油機的功率和轉(zhuǎn)速均達不到標定值，而負荷0e）卻已達到持續(xù)運轉(zhuǎn)的限制值（全負荷速度特性作為限制特性）。如要讓 柴油機發(fā)出標定功率NeH，就需要進一步增大供油量，如/點所示。這時負荷e） 已超過標定值了。如要使柴油機在標定轉(zhuǎn) 速nH下工作，如e點所示，就更是超負荷了?？梢?，當螺旋槳配得過重時，要么造成柴油機超負荷（這是不允許的）要 么柴油機功率發(fā)不足。柴油機的能力無法得到充分利用。當螺旋槳配得過輕時，這時螺旋槳的特性曲線m與柴油機全負荷速度特性曲線相交于d點，即柴油機油門推到標定位置時 就超速了。為了使柴油機在標定的轉(zhuǎn)速nH下工作，只得減少油門，讓它在部分負荷速