第九章 柴油机特性及选型综述

第九章柴油机特性及选型第一节概述一、船舶柴油机的工况二、柴油机特性及研究柴油机特性的目的三、柴油机特性分类一、船舶柴油机的工况1.发电机工况柴油机的发电机工况是转速不变而功率随时发生变化的工况2.螺旋桨工况柴油机发出的功率和其转速都是改变的。螺旋桨在工作时其吸收功率与转速的m次方成比例(Pp=cnm)。3.其他工况它的功率与转速之间没有一定的关系。驱动调距桨的主机驱动应急救火泵或应急空压机的柴油机航行条件和运行状态发生变化时二、柴油机特性及研究柴油机特性的目的1.柴油机特性柴油机特性：柴油机的主要性能指标和工作参数随运转工况变化的规律。主要性能指标：平均有效压力pe、有效功率Pe、有效转柴矩Me、有效热效率ηe和有效油耗率ge等工作参数：转速n、增压压力pk、最高燃烧压力pz、最高排气温度tr、增压器转速nk和涡轮机出口温度tT等2.研究柴油机特性的目的(1)评价柴油机性能。(2)确定柴油机工况。(3)分析影响特性的因素，寻找改善发动机特性的途径，(4)检测柴油机的状态。三、柴油机特性分类Pe=cpeni第一类平均有效压力pe不变，有效功率Pe随转速n改变而变化。——速度特性。第二类柴油机运转的转速n保持恒定，通过改变平均有效压力pe来改变有效功率Pe。——负荷特性。第三类柴油机运行中平均有效压力pe和转速n同时改变。第二节柴油机特性一、速度特性二、负荷特性三、推进特性四、柴油机的限制特性一、速度特性速度特性:将喷油泵油量调节机构固定在某一位置上，然后改变柴油机的负荷，使柴油机转速变化，测得的柴油机主要性能指标和工作参数随转速变化的规律1．全负荷速度特性2．超负荷速度特性的测量3．部分负荷速度特性1．全负荷速度特性全负荷速度特性：将柴油机喷油泵油量调节机构固定在相当于标定转速下发出标定功率的供油位置上，然后，通过调节试验负荷，逐步改变柴油机的转速。由此得到的性能指标及工作参数随转速变化的规律。1）标准试验环境状况一般柴油机大气压力p0=100kPa或750mmHg相对湿度0=30%环境温度T0=298K或25℃中冷器进口冷却介质温度Tc0=298K或25℃。标准试验环境状况“无限航区”的船用内燃机(IACS)大气压力px=100kPa相对湿度x=60%环境温度Tx=318K或45℃中冷器冷却介质进口温度Tcx=305K或32℃。2）标定功率标定功率：指标准环境状况下，制造厂根据内燃机的用途和特点规定的在标定转速下的有效功率(kW)。(1)15min功率；(2)1h功率；(3)12h功率；(4)持续功率。船用柴油机以持续功率作为标定功率国外船用柴油机MCR（MaximunContinuousRatings）3）速度特性的测量试验前的准备工作（1）柴油机具有良好的技术状态，然后进行特性试验。（2）试验时保持柴油机稳定运转各系统调整在最佳状态功率贮备主机长期运转最大功率要低于标定功率一个值。柴油机的速度特性2．超负荷速度特性船用柴油机的超负荷功率功率标定功率的110%转速标定转速的103%运转时间在12h运转期内允许超负荷运转1h。柴油机的速度特性3）部分负荷速度特性如果将喷油泵油量调节机构固定在小于标定功率油量的各个位置上，分别测得的柴油机的主要性能指标和工作参数随转速变化的关系。可测得若干条柴油机部分负荷速度特性曲线柴油机的速度特性二、负荷特性柴油机负荷特性:在转速保持不变的情况下，柴油机的各项主要性能指标和工作参数随负荷变化的规律。负荷特性是在试验台上或实船条件下测取的。柴油机负荷特性二、负荷特性作用：①比较不同柴油机的性能或评价同一柴油机的结构设计改变或调整后的效果；②标定柴油机的功率；③绘制万有特性曲线（柴油机各种性能参数相互关系的综合特性曲线）三、推进特性螺旋桨推力FP和转矩MP与转速的关系ＫＦ、Km与进程比λp的关系进程比进程比λp是指螺旋桨每转一转实际产生的位移与螺旋桨直径D之比，λp＝vp／npＤ＝hp式中：hp——vp——船速。Ｆp=Ｃ1np2Ｍp=C2np2螺旋桨功率与转速的关系Pp＝Ｃnp3(kW)柴油机的推进特性Ｐe=Pp＝Ｃnp3（kW）柴油机的推进特性柴油机按照螺旋桨特性工作时，各性能指标和工作参数随转速(或负荷)变化的规律。推进特性曲线四、柴油机的限制特性柴油机的限制特性指限制柴油机在各种转速下的最大有效功率，使柴油机的机械负荷和热负荷不超出为保证它可靠工作而规定的允许范围。限制因素最高爆发压力pz、平均有效压力pe、曲轴转矩Me、过量空气系数α、排气温度tr以及涡轮增压器转速nＴ等参数作为限制因素。其中较常用的是Me、α和tr。柴油机的限制特性1等转矩限制特性柴油机在各种转速下的转矩值Me都等于或小于标定转速和标定功率下的转矩Mb。2等排气温度限制特性对热负荷的限制：过量空气系数α，工作循环平均温度tm，平均排气温度tr等排气温度限制特性：柴油机在各种转速下的排气温度值tr都等于或小于标定转速和标定功率下的排气温度tr柴油机的限制特性柴油机的限制特性：对机械负荷和热负荷两个方面的限制在标定转速nb下降初期以转矩作为主要限制参数后期则以排气温度作为主要限制参数。五、柴油机的工作范围柴油机在各种转速下允许达到的最大功率柴油机在各种转速下的最小功率柴油机在各种负荷下可达到的最高转速柴油机在各种负荷下可能达到的最低转速第三节柴油机的选型区域和使用范围一、船舶主机的选型区域二、约定最大持续功率的确定由船东和厂方商定在船上实际使用的最大持续功率1.螺旋桨设计点的确定2.功率储备三、航行工况对机桨配合点的影响四、船舶柴油机的运行区域线①、③和⑤形成的区域代表了柴油机的工作范围。由标定螺旋桨特性线②、100%负荷限制线①和转速限制线③限定的区域被推荐作为主机的持续工作区。船舶柴油机的运行区域