船舶柴油机(轮机)

船舶柴油机（轮机）

--模块九柴油机特性--

黄步松主讲

福建交通职业技术学院船政学院

模块九柴油机特性

重点：柴油机特性的分类，速度特性和负荷特性。

难点：推进特性和限制特性。

单元一概述

一、柴油机的工况

1．发电机工况转速恒定

2．螺旋桨工况N=C n3

3．其它工况转速和扭矩之间没有一定的关系。

二、柴油机特性的分类

1．柴油机特性

柴油机的主要性能指标和工作参数（如排气温度T r、最高爆发压力p z、增压压力p k等）随运转工况变化的规律称为柴油机的特性。把这种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。2．目的

（1）评价柴油机的性能

（2）确定柴油机工况

（3）分析影响特性的因素

（4）检测柴油机的状态

三、柴油机特性的分类

N e=Cp e ni

1)速度特性p e不变，n改变

2)负荷特性n不变，p e改

3)推进特性n和p e均改变化

单元二速度特性

1．概念：将喷油泵油量调节杆固定在某一位置，改变柴油机外负荷以改变其转速，测量各转速下的功率N e、扭矩M e（或平均有效压力p e）、有效耗油率g e和排气温度T r等随转速的变化规律。

根据喷油泵油量调节机构固定的位置不同，有全负荷速度特性（亦称外特性）。

部分负荷速度特性和超负荷速度特性。

2．全负荷速度特性

（1）概念：将喷油泵油量调节杆固定在标定供油量位置，改变柴油机外负荷以改变其转速，测量各转速下的功率N e、扭矩M e（或平均有效压力p e）、有效耗油率g e和排气温度T r等随转速的变化规律。

（2）标准环境状况：

（3）柴油机功率的标定：我国国家标准规定了内燃机标定功率分为15分钟功率、1小时功率、12小时功率、持续功率四级。

15分钟功率：柴油机允许连续运行15分钟的最大有效功率。商船不允许使用这么大的功率。可作为军用车

辆和舰艇的追击功率。

1小时功率：柴油机允许连续运行1小时的最大有效功率。可作为商船的超负荷功率。是最大持续功率的110％。1小时功率还可作为拖拉机、工程机械的最大使用功率。

12小时功率：柴油机允许连续运行12小时的最大有效功率。可以作为拖拉机、工程机械的正常使用功率。

持续功率：柴油机允许长期连期运行的最大有效功率。船舶柴油机就用它来标定功率，并同时标定其相应转速。我们通常所说的标定功率就是指这种功率，标定工况就是指这种功率及其相应转速。

国外船用柴油机常用的几种功率（工况）名称

MCR：最大持续功率，同时标有相应的转速。原含义相当于国家标准的持续功率标定工况，是设计选配螺旋桨的依据。

OR：超负荷功率工况。其功率为MCR功率的110％。

CSR：持续使用功率工况。船舶正常持久使用的功率工况。CSR负荷定得比MCR小，留有一定的功率储备。CSR是船舶计划船期，油耗的主要依据。

ERP：按推进特性的经济功率工况。

ERG：按负荷特性的经济功率工况。

（4）全负荷速度特性曲线的制取

①起动柴油机，逐步将转速升高到标定转速，热车再逐步增加负荷至标定功率并使之在标定工况下稳定运转。

②将供油拉杆（或齿条）固定，使供油拉杆保持在标定工况供油量位置上。

③以转速为测量点，调节水力测功器以增加负荷，使柴油机在标定转速和最低稳定转速之间的各个不同测量点上稳定运转。同时测量并记录柴油机在各转速下的性能参数（Me、Pe、g e、Tr等），每个点测两次。

④将记录的性能参数作为纵坐标，以转速为横坐标绘制成曲线。

图9-2 6ESDZ75/160B型柴油机的全负荷速度特性

3．超负荷速度特性

我国船舶建造规范规定，柴油机的超负荷功率为标定功率的110％（作为船舶主机此时的转速是103％标定

转速）。并且在12h运转期内允许超负荷运转１小时。

4．部分负荷速度特性

三、速度特性的参数分析

柴油机按速度特性工作时，喷油泵供油量调节结构固定在相应位置上，此时可认为喷油泵供油系数变化不大，即循环供油量基本不变。此时有关参数的变化规律如下：

（1）n增加，充量系数φC降低。

（2）n增加，非增压机过量系数α降低（φC降低），而增压机α增加（进气密度增加）。

（3）n增加，非增压机指示热效率ηi降低（与α成正比），而增压机ηi增加。

（4）n增加，非增压机平均指示压力P i降低（与ηi成正比），而增压机P i增加。

（5）n增加，非增压机和低增压机机械效率ηm降低（ηm=1-P m/P i，n增加，P m增大，而P i降低），而高增压机ηm增加。

（6）n增加，非增压机平均有效压力P e（M e）降低，增压机P e（M e）增加。

（7）n增加，非增压机和低增压机ηe降低，而高增压机ηe增加。通常最大ηe（b e）发生在低于nb的某一转速。

单元三柴油机的负荷特性

1．概念：当转速保持不变时，柴油机的各性能指标和工作参数（如排气温度T r、最高爆发压力p z、增压压力p k 等）随负荷的变化而变化的规律称为柴油机的负荷特性。

2．负荷特性曲线的制取

①起动柴油机，逐步将转速升高到标定转速，并使之稳定运转一段时间。

②逐步增大外负荷至选定的不同负荷（25％、50％、75％、90％、100％、110％Nb），并分别在选定的不同负荷时稳定运转，待有关参数稳定后，测取并记录有关性能参数和运转参数。试验中，每调节一次负荷，应同时改变调速手柄，使转速保持不变。

③将记录的性能参数和运转参数作为纵坐标，以Ne为横坐标绘制成曲线。

3．各性能参数随负荷变化的规律

（1）有效功率Ne和指示功率N i为过原点的直线。

（2）Ne增加，ηm增大，空车时ηm=0

（3）Ne增加，ηi和α均降低。

（4）Ne增加，ηe先期增加，后期降低。所以必在运转范围内出现最大ηe（b e）。

单元四推进特性

一、螺旋桨特性简介

1．螺旋桨水动力特性

根据螺旋桨理论，螺旋桨的推力F P和扭矩M P的公式为：

F P=K1ρn P2D4（9-1）

M P=K2ρn P2D5（9-2）

式中：ρ——流体的密度，千克/米3；

n P——螺旋桨转速，转/秒;

D——螺旋桨直径，米；

K1——推力系数；

K2——扭矩系数。

由试验可知，推力系数K1和扭矩系数K均与螺旋桨的进程比λP有关。λP表示螺旋桨每转一转实际产生的位移V P/n P与直径D之比，即λP=V P/（n P D）。在船舶稳定航行时，λP=常数，K1、K2均为定值，使螺旋桨吸收功率N P=Cn P3，相应推力为F P=C1n P2，扭矩为

M P=C2n P2。当转速n不变而V P降低时（如航行阻力增加），λP减小，K1、K2增加，即推力和扭矩都增加，相应的特性曲线均变陡（左移）。当λP=0时，即n=0，V P=0，称系泊工况，此时K1、K2最大，F P和M P也达到