第九章柴油机的特性

4.最低转速限制



柴油机转速过↓→燃油雾化和混 合质量↓各种正时不合适→工作 不正常，不稳定。 最低稳定转速限制线如曲线9所 示。 当柴油机按推进特性（曲线11） 工作时，∵Pe＝cn3，转速↓→ 负荷迅速↓，在转速降低到某一 数值以后负荷将减小到最小负荷 速度特性所限制的数值以下，→ 柴油机运转不稳定。 柴油机在各种负荷下持续运转允 许的最低转速为曲线10所限制。
二、柴油机特性及其分类


柴油机的功率Pe Pe＝Cpen i，在柴油机一定时Pe＝C1pen ， 柴油机特性分为三类： 1.速度特性： 平均有效压力不变，有效功率Pe随转速n的变化规律； 2.负荷特性： 柴油机转速不变，有效功率Pe随平均有效压力pe （负荷） 的变化规律；——带发电机的副机按此规律工作。 3.推进特性： 柴油机有效功率随pe和n变化的规律；推进特性为其中典 型的规律。

螺旋桨特性曲线

在船舶稳定航行时（装载、气候、海面状况等都稳 定）， λp 基本不变为常数，根据 FP=K1ρnP2 D4 ， MP= K2 ρnP2D5 ， 则 推 力 和 扭 矩 可 表 达 为 ： FP=C1nP2 ，MP= C2 nP2。此时桨所需的功率，根据 p20公式可写成： PP= MP n / 9550，故：PP= CnP3 KW。 （桨吸收的功率与转速的3次方成正比，扭矩与转速 的平方成正比。）

3.部分负荷速度特性

当油量调节机构固定在比 标定位置小的位置时，所 测得的柴油机特性称为部 分负荷速度特性（亦称部 分特性）。如图中的曲线4、 5、6所示。
第三节 负荷特性

测取负荷特性时，在改变外负荷的同时改 变每循环供油量，使n保持不变。从公式 Pe=Cpeni可看出这时有效功率Pe与平均有效 压力pe成正比（Pe=Bpe）。


船舶不稳定航行时（实际情况多如此）， λp是经常 变化的，当λp 值变化时，在相同转速下，桨的扭矩 和吸收的功率是不同的。变化情况如图所示。
柴油机推进特性

推进特性：柴油机作主机带动螺旋桨工作时，应按螺旋桨的特性工作， 此时各性能指标和工作参数随转速（或负荷）的变化规律，称为推进 特性。 主机按推进特性工作时，主机根据船舶运 行工况，逐步增减油门。 推进特性曲线：
第七章 柴油机的特性
第七章 柴油机的特性


第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
概述 速度特性 负荷特性 推进特性 调速特性 柴油机的允许使用范围 各种航行条件下主机的工况
第一节 概述


反映柴油机性能的主要指标:
平均有效压力pe、有效扭矩Me、有效功率Pe、有效效率ηe和有效耗 油率ge、平均指示压力pi等。
技术资料提供的负荷特性通常是在标定转 速下测取的。如有必要也提供若干个不同 转速下的负荷特性。


驱动发电机的副柴油机在负荷变化时，转 速基本上保持不变。故可看成按负荷特性 工作。
第四节 推进特性
一、螺旋桨特性简介 二、柴油机推进特性
螺旋桨特性简介
若不计传动损失，柴油机作为 主机时，应满足： Pe＝Pp； Me＝ MP。 根据螺旋桨理论，桨在水中产生的 推力和扭矩为： FP=K1ρnP2 D4 (7-1) MP= K2 ρnP2D5 (7-2) 式中：K1 、 K2分别为推力系数和扭矩系数，并且是螺旋桨进程比λp的函 数，其变化规律如图所示。 λp：螺旋桨每转一周实际产生的位移与桨的直径之比。λp＝vp/nPD。 根据图示可知： 当 λp ＝ 0 时（ vp=0,nP≠0。系泊工况）， K1 、 K2达到最大值 ,桨的推力、 扭矩最大；当λp增大，K1 、K2随之减小（相当于船舶航行阻力减小）； 在λp＞1.0后， K1 、K2先后分别为0（相当桨零推力和零扭矩情形）。

柴油机的特性:柴油机的主要性能指标和工作参数（如排气温度
Tr、最高爆发压力pz、增压压力pk等）随运转工况变化的规律称为柴
油机的特性。


特性曲线:将上述变化规律在坐标上用曲线的形式表示出来，这种
曲线称为柴油机的特性曲线。
掌握柴油机特性的目的
可以指导如何提高其可靠性、使用寿命，以及如何节油; 在各种使用条件下,决定其允许的极限使用范围，选择最佳工作点;
具体限制值各机型不一定相同，有的以 标定转速为限，有的以103％标定转速 为限。 在装有调速器的情况下，由限制转速相 应的调速特性来限制。如曲线5。 如果在标定功率下，调速器使柴油机在 标定转速nH下稳定运转，则当负荷变轻 （如λP ↑）时，柴油机将在调速特性 所确定的转速（比nH只有小量增加）下 稳定运转。
第七节 各种航行条件下主机的工况

一、航行阻力不同的各种航行条件 二、系泊工况及航行中的过渡工况
一、航行阻力不同的各种航行条件


1.影响阻力的各种航行条件
1)装载量、拖曳量的变化 2)污底程度的变化 3)风浪的变化 4)浅水或狭窄航道

2.航行阻力不同的主机工况及其操纵
1)装载量、拖曳量的变化
2.最小功率限制


柴油机在过小的负荷下工作时， 每循环供油量太少，各缸供油 量在此情况下将变得很不均匀， 结果导致各缸功率显著不均， 有的气缸甚至不喷油或不发火， 因而使柴油机的运转不稳定。 柴油机在各种转速下的最小功 率（负荷）由最小负荷速度特 性（图中曲线8）来限制。
3.最高转速限制


2.超负荷速度特性


国家规定：
超负荷为标定功率的110％（对应的转速为103％），且在12h运转期内 允许超负荷运转1h。此时油量调节机构所处的位置即为实际运转中允许 达到的极限位置。 柴油机油量调节机构中装设有限制块，以防止油量调节机构在运转中超 过这个极限位置。当油量调节机构固定在这一极限位置时，所测得的速 度特性称为超负荷速度特性。如图7-2中的曲线2。这条曲线显示了柴油 机在各转速下正常工作时所能达到的最大功率。在这种情况下工作时， 由于喷油泵的调节机构在最大供油量位置上，气缸内的温度和压力都很 高，致使机件受到很大的热负荷和机械负荷，工作条件恶劣，因此按此 特性工作的时间是有限制的。
第二节 柴油机速度特性

速度特性的测试，是在柴油机试验台上，根据国家规定的统一试验 标准进行的。
将喷油泵拉杆固定在某一位置（喷油量固定不变），测定其他主要 性能指标随转速的变化规律。 根据喷油泵拉杆固定的位置不同，分为： 一、全负荷速度特性




二、超负荷速度特性
三、部分负荷速度特性 全负荷速度特性（外特性）反映出柴油机所具有最大工作能力。

检查其工作质量（性能指标、工作参数）是否良好等。
第一节 概述

一、柴油机工况的变化

二、柴油机特性及其分类
一、柴油机的工况





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： 1、发电机工况 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。 2、螺旋桨工况 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。 3、其他工况 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。
2.航行阻力不同的主机若主机油门格 数不变（即每循环供油量不变），速度特性线1与 曲线Ⅱ的交点b。主机转速n↓→n2，功率 Ne↓→Ne2。此时若加大油门提高转速，会造成柴 油机超负荷。 2）当船舶航行阻力↓，螺旋桨特性曲线变缓。若 主机油门格数不变，速度特性1与曲线Ⅲ的交点d。 n↑→n3，>标定转速nH。使柴油机活塞速度过高， 零件磨损↑，甚至很快损坏。在此情况下，主机 必须减油，工作于部分负荷速度特性曲线2与曲线 Ⅲ的交点c。 结论：航行条件变化时，操纵主机应注意选择油 门格数。当航行阻力增大时，主机转速的下降是 必然的，不能要求保持原转速，盲目加大油门， 应注意防止油门格数超过标定值。当航行阻力减 小时，应减小油门，防止柴油机超转速。
1.全负荷速度特性





国家规定的试验标准 1）标准试验环境： p235 国标(GB)： 大气压力p0＝100kpa（750mmHg）相对湿 度30％，环境温度298k或25˚C等。 国际船级协会（IACS）标准： 大气压力100kpa，相对湿度60％，环境 温度318k或45˚C等。 2）试验功率： 在标定转速下，有15min功率，1h功率， 12h功率、持续功率。 规范规定：将持续功率作为柴油机的标 定功率。 3）特性曲线 当油量固定在标定供油量不变时， pe不 变。因P ＝Cp n，P ＝C M n 故：M =C p
4)浅水或狭窄航道

船由深水进入浅水，水流受海底的限制与船体的相对 速度增加，摩擦阻力、兴波阻力、涡流阻力均增大。 航行阻力随航速变化的情况如图中曲线所示。 1）船速的影响： 当VP< 0.3 gh （g重力加速度，h水深）时，如图中a 点，浅水阻力与深水阻力基本相同。 当VP= 0.3 gh ～ gh ，浅水阻力约增加2～3倍。 当VP> gh 时，如图中b点，浅水阻力<深水阻力。 运输船舶航速VP一般小于 gh ，故由深水进入浅水 时，船舶阻力增加。 2）水深的影响：。若h/T>4（ h水深； T船舶吃水）浅水影响不大明显。航道越 浅，h/T越小，阻力增加越显著。 3）窄水道：船舶周围水流的状态受到航道宽度的限制。当VP< 0.5 gh ,而b/B>20 （b为航道宽度，B为船宽），无影响。 在窄水道中，阻力随船速变化的曲线与在浅水中相类似。如果同时存在浅水和窄 水道影响（如在运河中航行），阻力增加的程度就会更大。 1


3)风浪的变化

逆风航行→船舶空气阻力↑，顺风航行则相反。 逆风航行，桨特性曲线变陡如图曲线Ⅱ；顺风航 行时曲线变缓如图曲线Ⅲ。空气阻力的大小取决 于风力、风向、航速以及船体水上部分和上层建 筑的受风面积。

在暴风大浪中航行时（为抗风浪必须逆风航行）， 空气阻力增加更多。且风使船舶产生摇摆，升沉、 拍击等复杂运动，船舶前进需要多消耗能量，阻 力增大。为了保持船舶按指定航向航行，舵经常 要偏转一个角度，使阻力增加。桨的特性曲线明 显变陡，如图曲线Ⅱ。
第六节 柴油机的允许使用范围

曲线11为螺旋桨特性曲线。 使用范围由以下限制围成的区域决定： 1、最大功率限制 2、最小功率限制 3、最高转速限制 4、最低转速限制
1.最大功率限制




在各种转速下允许达到的最大功率（负 荷）. 在不同的条件下分别由超负荷速度特性 （图中曲线４）、全负荷速度特性（曲线 ２）以及限制特性（曲线1和3）来限制。 限制特性： 线段3等扭矩限制:从Pe=CMen可知，Pe-n 座标中,等扭矩线为过原点的直线，—— 限制机械负荷。 线段1等过量空气系数限制特性曲线，过 量空气系数限制——限制热负荷。 转速↓，若每循环喷油量不变。则单位时 间气缸排气次数↓，涡轮获得能量↓，增 压压力↓，过量空气系数α↓，循环平均 温度↑，热负荷↑→热负荷在低转速时超 出允许值。
船舶装载量↑→吃水↑→航行 时阻力↑。假定螺旋桨转速nP不 变→船速VP↓→ 螺旋桨进程比 λP=VP/(nPD)↓→桨特性曲线变 陡。如图中曲线Ⅱ所示。 船舶拖曳量↑→航行阻力↑，也 同样导致λP变小，螺旋桨特性曲 线变陡。


2)污底程度的变化

水线以下的船壳表面，随营运时间增长，油漆被侵蚀、 船壳锈蚀、特别是船壳表面生长了贝类海草等海生物， 使其粗糙度日渐增加。 海生物的生长速度因条件不同而有很大差异，海区温 度越高、盐度越大生长越快，船如停泊不动就更容易 生长。 船壳日渐粗糙→航行阻力↑→螺旋桨λP↓，特性曲线 变陡。



Sulzer7RTA58二 冲程机推进特性
第五节 调速特性


指调速器的转速设定机构固定于某一位置时，在调速器起作用（调速器 能依据负荷大小自动地改变供油量）的情况下，柴油机的功率、扭矩与 转速之间的关系曲线。 调速特性与其它特性不同，它并不表明柴油机内部的工作过程，它与调 速器的工作性能直接有关。