第七章柴油机特性及选型.ppt

第七章 柴油机特性及选型C7第一节 概述一、船舶柴油机的工况二、柴油机特性分类一、船舶柴油机的工况v柴油机在实际运转中的工作状况由其所带的负荷决定其工况可分成以下三类：v1 1、发电机工况、发电机工况v为保证发电机发出的电压和频率稳定，要求副机在各种负荷下转速n不变，如图直线2所示v2 2、螺旋桨工况、螺旋桨工况v桨工作时吸收的功率Pp与转速的三次方成正比要求主机按Pe＝cn3变化，如图1线v3 3、其他工况、其他工况v柴油机工作时，功率与转速均在变化如驱动调距桨，消防泵等变化的范围在图示阴影部分 二、柴油机特性及其分类第三类 平均有效压力pe和转速n同时改变如推进特性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 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1.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称为柴油机特性pe、Pe、Me、ηe和be等n、pk、pz、tr、nk和tT等2.柴油机特性分类第二节 柴油机特性一、速度特性二、负荷特性三、推进特性四、柴油机限制特性v一、速度特性的测量v二、速度特性分类v三、速度特性的参数分析  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，在这种条件下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 一、速度特性vv一、速度特性的测量vv1．标准试验环境状况vv2．标定功率vv3．速度特性的测量/vv1．标准试验环境状况››一般柴油机一般柴油机   ››大气压力大气压力p0=100kPap0=100kPa或或750mmHg750mmHg››相对湿度相对湿度 0=30%0=30%››环境温度环境温度T0=298KT0=298K或或2525℃℃vv中冷器进口冷却介质温度Tc0=298K或25℃。

››“ “无限航区无限航区” ”的船用内燃机的船用内燃机(IACS) (IACS) ››大气压力大气压力px=100kPapx=100kPa››相对湿度相对湿度 x=60% x=60% ››环境温度环境温度Tx=318KTx=318K或或4545℃℃››中冷器冷却介质进口温度中冷器冷却介质进口温度Tcx=305KTcx=305K或或3232℃℃vv2．标定功率vv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 vv船用柴油机以持续功率作为标定功率 vv国外船用柴油机  MCR（Maximun Continuous Ratings)vv速度特性的测量››测量步骤测量步骤   1) 1) 试验机先开空车，缓慢加速至标定试验机先开空车，缓慢加速至标定转速转速nbnb，，   2) 2) 通过测功器逐渐增加外负荷，使柴通过测功器逐渐增加外负荷，使柴油机达到标定工况油机达到标定工况   3) 3) 将油量调节机构与调速将油量调节机构与调速器分离并加以固定，器分离并加以固定，   4) 4) 逐渐增大外负荷，以降逐渐增大外负荷，以降低柴油机转速，调整到测量工况点。

低柴油机转速，调整到测量工况点   5) 5) 测取并测取并记录对应各转速下的各个参数记录对应各转速下的各个参数   6) 6) 绘出全负荷绘出全负荷速度特性曲线速度特性曲线vv3．速度特性的测量››试验前的准备工作试验前的准备工作   1) 1) 柴油机具有良好的技术状态，柴油机具有良好的技术状态，然后进行特性试验然后进行特性试验   2) 2) 试验时保持柴油机稳定运试验时保持柴油机稳定运转各系统调整在最佳状态转各系统调整在最佳状态vv二、速度特性分类vv1．全负荷速度特性vv2．超负荷速度特性vv3．部分负荷速度特性/Pe——n                  Me——nvv1．全负荷速度特性››全负荷速度特性全负荷速度特性   vv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 vv全负荷速度特性可表示为柴油机在不超过标定供油量的条件下，各转速下所能发出的最大功率 vv功率贮备  主机长期运转最大功率要低于标定功率一个值/vv2．超负荷速度特性››船用柴油机的超负荷功率船用柴油机的超负荷功率   ››功率功率     标定功率的标定功率的110% 110% vv转速  标定转速的103% ››运转时间运转时间   ››在在12h12h运转期内允许超负荷运转运转期内允许超负荷运转1h1h。

vv超负荷速度特性››超负荷特性的测定超负荷特性的测定   (1) (1) 使柴油机在标定转速使柴油机在标定转速nbnb下稳定运行，下稳定运行，   (2) (2) 增加柴油机的外负荷，使之增加柴油机的外负荷，使之达到超负荷功率和相应的转速达到超负荷功率和相应的转速   (3) (3) 把喷油泵把喷油泵油量调节机构固定油量调节机构固定   (4) (4) 逐渐增加柴油机的外负逐渐增加柴油机的外负荷，在低于超负荷功率对应转速下稳定运行，荷，在低于超负荷功率对应转速下稳定运行，   (5) (5) 并测量、记录各转速下的各项柴油机性能指并测量、记录各转速下的各项柴油机性能指标和工作参数标和工作参数   (6) (6) 最后根据所测数据在坐标最后根据所测数据在坐标图上标绘超负荷速度特性曲线图上标绘超负荷速度特性曲线 vv3．部分负荷速度特性››部分负荷速度特性部分负荷速度特性   vv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 vv可测得若干条柴油机部分负荷速度特性曲线二、负荷特性发电机可认为是按负荷特性工作在转速保持不变的在转速保持不变的情况下，柴油机的情况下，柴油机的各项主要性能指标各项主要性能指标和工作参数随负荷和工作参数随负荷变化的规律。

变化的规律 负荷特性是在试验负荷特性是在试验台上或实船条件下台上或实船条件下测取的测取的负荷特性的测取三、 推进特性1、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  2、柴油机按推进特性时功率与转速的关系  机、桨总应能量平衡 Pe＝Pp Me＝Mp  螺旋桨所需功率Pp可由Pp=Mpnp/9550来确定可得出  螺旋桨功率与转速的关系式:   Pp=Cnp3 (kW) Fp=KFρnp２D4 据螺旋桨理论： Mp=KMρnp２D5KF KM随进程比λp的增大而减小 随进程比λp的减小而增大λp随航行阻力条件变化，阻力条件一定，λp不变       λp不变，则KF KM不变，则有:             Fp=C1np ２              Mp=C2np２装载、气候、海面状况等进程比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/D航行阻力条件变化时桨特性的变化0<λp3<λp2<λp1λp1 =0Mp =C2np2PpMpn柴油机推进特性及推进特性曲线推进特性 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，称 为柴油机的推进特性。

柴油机带动螺旋桨工作时     柴油机有效功率 Pe=Pp=cn3(kW)螺旋桨功率与转速的关系式:   Pp=Cnp3 (kW)››推进特性测定推进特性测定››柴油机推进特性是根据柴油机推进特性是根据Pe=cn3Pe=cn3关系，在试验台上关系，在试验台上测定的测定的 ››计算出柴油机在各转速下的功率值计算出柴油机在各转速下的功率值; ; ››调节柴油机在推进特性的各相应的转速和功率点调节柴油机在推进特性的各相应的转速和功率点下运行下运行; ; ››逐点测量柴油机主要参数逐点测量柴油机主要参数; ; ››转速为横坐标，以上述各数据为纵坐标绘制成曲转速为横坐标，以上述各数据为纵坐标绘制成曲线推进特性的测取：Pe25507590100n6379.59196.5 100四、柴油机限制特性限制因素 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 1等转矩限制特性2等排气温度限制特性1.等转矩限制特性v在等转矩限制特性曲线 以下工作,曲轴的机械 负荷不超过允许值。

• 柴油机在各种转速下的转矩Me都等于或小于 标定转速和标定功率下的转矩MbMe=9550Pe/n  … …① Mb=9550Pb/nb … …② 如                Me=Mb        则由①、②两式的出          Pe=Pb/nb·n=cn(Pb,nb)Pen等转矩限制曲线2.等排气温度限制特性› 等排气温度限制特性：以排气温度不超限值来 限制各转速下功率在转速从标定转速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• 限制特性从机械负荷和热负荷 两个方面限制的功率不同 • 对热负荷的限制– 等α限制特性: 以α不小于标定的αb为条件来 限制各转速下的功率工况下P21n柴油机限制特性（Pb,nb）››柴油机的调速特性柴油机的调速特性   vv调速器转速设定机构固定在某位置时，当外负荷从零到最大值或相反过程的全部变化范围内，柴油机的功率、扭矩或平均有效压力与转速之间的变化规律 v调速特性与柴油机其他特性不同，它并不涉及柴油机内部的工作过程，而与调速器的工作性能直接相关vv调速特性的测定 vv1.柴油机在标定转速nb和标定负荷Pb下满足标准试验条件稳定运转。

 2.卸去全部负荷使其转速达到最高空载转速 3.然后逐步增加负荷直至标定负荷，记录各测点的柴油机转速、扭矩和油耗等参数并绘成曲线/如下图第三节 柴油机的选型区域和适用范围一、柴油机与螺旋桨的配合123cabPe(%)n(%)nmax100n2Pbnbdnn2nbabce123PePb(H/D)1(H/D)2(H/D)3配桨过重配桨过轻二、发动机功率储备1.发动机功率储备2.船舶功率储备三、主机的选型区域RTA MC四、柴油机的运行区域MC机限制范围。