柴油机工况特性

1．全负荷速度特性曲线的测取
• 使柴油机在标定转速和最低稳定转速之间 逐次稳定在6～8个不同的转速上，测量并 记录各对应转速下柴油机的各个性能参数 。
• 将测得的数据整理，画在以转速n为横坐 标，其余性能参数为纵坐标的坐标图上， 便得到全负荷速度特性曲线。
1．全负荷速度特性曲线的测取
• 按照我国“国标”的规定，进行全负荷速 度特性试验时，要遵循统一的标准，一是 标准环境状态，二是标定试验功率。
柴油机的速度特性是在柴油机制造厂试验台上试验时测取的，柴油机装配完毕之后，经过试车、磨 合和调试，使各缸功率达到平衡并把喷油提前角调整至最佳值，才进行试验。
第五节 柴油机的速度特 性
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
一、全负荷速度特性
• 把油量调节机构固定在标定供油量（即柴 油机在标定转速nb下发出标定功率Pb时 的供油量）位置时，柴油机的主要性能指 标和工作参数随转速n而变化的规律，叫 全负荷速度特性。又叫标定负荷速度特性 。
二、柴油机的特性
• 柴油机的主要性能指标和工作参数随工况 而变化的规律叫柴油机的特性。
• 表征柴油机性能的有效指标主要有：平均 有效压力pe、有效功率Pe、有效转矩Me 、有效耗油率ge、有效热效率ηe等。
二、柴油机的特性
• 表征柴油机运行状态的工作参数主要有 ：转速n、进气压力pa、增压压力pk、最 高爆发压力pz、排气温度tr、冷却水温度 tw、增压器转速nT等。
• 值得一提的是，柴油机运行的最佳工况，并 非指gemin哪一点，而是ge/pe最小的（输出功 率既大而耗油率又小的）那一点，即特性曲 线图中，从坐标原点作ge=f(pe)曲线的切线， 切点对应的pe即为最佳工况，此时ge/pe最小 。
• 在低负荷运行时，ηe降低，耗油率增加，经 济性变差，越是低负荷越显著，这个特点也 是一切柴油机所共有的。
一、柴油机工况
柴油机工况是指柴油机的工作状况或运行状 况，如转速的高低、负荷的大小等。 柴油机工况的变化是随其所带动的工作机械 的不同而异的。 概括起来，可以归纳为以下三类：
一、柴油机工况
• ⑴要求柴油机的转速n始终不变或变化很 小，而负荷可根据需要从零变化到最大。
• ⑵要求柴油机的负荷和转速都能在一定的 范围内变化，而它们之间的变化有一定的 规律。
3．有效热效率ηe和有效耗油率ge 的变化情况
• ge与ηe正好相反，从图中可以看到，有效耗 油率曲线ge是一条凹形曲线，而有效热效率 ηe是一条拱形曲线。随着负荷的变化，在低 于标定负荷pb的某一值下，有一个ηe的最大 值ηemax和ge的最小值gemin。
3．有效热效率ηe和有效耗油率ge 的变化情况
• 而纵坐标上的一系列性能参数中，主要是 有效耗油率ge和排气温度tr，其余的还有 机械效率ηm，最高爆发压力pz、增压压力 pk、增压器转速nT、过量空气系数α等都 可以在纵坐标上表示出来。
某四冲程柴油机负荷特性曲线
PC2-5型柴油机负荷特性
二、负荷特性曲线分析
• 1．有效功率 Pe和指示功率 Pi的变化情况 • 2．机械效率ηm的变化情况 • 3．有效热效率ηe和有效耗油率ge的变化情
一、负荷特性曲线及其制取
• 其测取具体步骤如下： • ⑶将记录下柴油机的各性能参数，整理后
画到以负荷为横坐标，其它各性能指标及 工作参数为纵坐标的坐标图上，就可得到 柴油机的负荷特性曲线。
一、负荷特性曲线及其制取
• 柴油机的负荷，常用平均有效压力pe来表 示，又因负荷特性试验时，柴油机的转速 n固定不变，所以也有用有效功率Pe来表 示负荷的大小的。
况
柴油 机按 负荷 特性 工作 时各 主要 指标 和参 数的 变化
1．有效功率 Pe和指示功率 Pi的变化情况
• 有效功率Pe是通过坐标原点的一条直线。 这是因为Pe与pe之间存在着公式的关系。 对于既定的柴油机，当按负荷特性工作时
，C、n、i都为定值。上面的公式可以写
成
。
• 根据Pi=Pe+Pm，则当转速不变时，机械损 失功率 Pm可以看作不变，所以指示功率Pi 也是一条直线，与Pe平行，相距为机械损 失功率Pm值的大小。
二、超负荷速度特性
• 按我国船用柴油机功率标准规定，柴油 机的超负荷功率为标定功率的 110%， 柴油机必须保证在超负荷功率下至少能 连续运转1h而排气不冒黑烟。
• 测定超负荷速度特性时，先使柴油机在 标定转速nb下稳定运转，然后通过测功 器逐渐增加柴油机的负荷，并同时增加 供油量，使柴油机达到超额负荷功率和 相应的转速。
6300C型柴油机全负荷速度特性曲线曲线
⑴转矩Me的变化情况
• 在没有任何损失的理想情况下，当每循 环的供油量不变时，柴油机的转矩与转 速无关，转矩Me应是一条水平的直线。
• 但实际上，柴油机的转矩Me随转速n的 变化关系呈中间凸起，两头稍低的状态 。
⑴转矩Me的变化情况
• 这是因为低速时，每循环所占有的时间较长 ，气缸与活塞之间的漏气和散热损失等都较 明显。而且低速时，喷油泵柱塞运动速度低 ，泄漏量也较大，每循环的供油量较高速时 小，所以转矩较小；
• 高速时，充气系数ηv会变低，燃烧过程更短 ，后燃变得严重，而且高速时摩擦损失也大 ，因此转矩也会稍低。最大转矩Memax所对 应的转速nemax＜nb。
⑵有效功率 Pe的变化情况
• 柴油机的有效功率与转矩和转速的乘积成 正比。从最低稳定转速至标定转速之间的 工作转速范围内，转矩变化甚微，所以有 效功率Pe近似一条斜直线。
按有关规定对试验结果加以修正。
1．全负荷速度特性曲线的测取
• ⑵标定试验功率 • 我国《钢质船舶入级与建造规范》规定，
船用柴油机以持续功率为标定试验功率。 国外船用柴油机以最大持续功率（MCR） 定为标定功率。
2．全负荷速度特性曲线分析
• ⑴转矩Me的变化情况 • ⑵有效功率 Pe的变化情况 • ⑶有效耗油率ge的变化情况
⑶有效耗油率ge的变化情况
• 开始时，ge随转速n的增加而减小，当转 速增大到一定程度后，由于进气阻力增大 ，进气量减少，而摩擦损失随转速升高而 有所增大，所以有效耗油率又随转速的增 高而微微有所上升。最低耗油率gemin所 对应的转速ngemin＜nb。
• 有效耗油率曲线中，若最低耗油率段比较 平坦，说明柴油机在较宽的转速范围内都 能获得良好的经济性。
第五节 柴油机的速度特 性
将油量调节机构（油泵齿条或拉杆）固定在某一位置（每循环供油量不变）时，改变柴油机的外负荷， 使柴油机转速变化，这样测得的柴油机的主要性能指标和工作参数随转速n而变化的规律，叫柴油机的 速度特性。
第五节 柴油机的速度特 性
按油量调节机构固定的位置不同，柴油机的速度特性又可分为全负荷速度特性、超额负荷速度特性 和部分负荷速度特性。
1．全负荷速度特性曲线的测取
• 先开空车，使柴油机达到标定转速nb，然后
通过测功器逐步增加柴油机的外负荷，同时 相应地增加供油量，使柴油机稳定在标定工
况运行。此时柴油机的转速为标定转速nb，
发出的有效功率为标定功率Pb（轴上的转矩 也称为标定转矩Mb）。 • 将油量调节机构同专用工具或螺钉锁定，先 记下该转速下的各性能参数，然后通过测功 器逐次增加柴油机的外负荷，柴油机的转速 会相应降低。
3．有效热效率ηe和有效耗油率ge 的变化情况
• 由于α随负荷的增大而降低，因此ηi亦随负荷 的提高而降低。当负荷下降到某一较低的数 值时，ηi则不再提高。
3．有效热效率ηe和有效耗油率ge 的变化情况
• ηe=ηi·ηm。当负荷从pe开始降低时，ηi是随 pe的降低而增大的，ηm却随pe的下降而减小 。初期，ηi的变化速率大于ηm，因此ηe也是 随pe的降低而提高的。当负荷继续下降时， ηi的增大速度减缓而ηm的降低速度加快。因 此ηe在达到某一最高值后就开始同ηm一起随 负荷的降低而降低。在低负荷区，ηm随负荷 的降低而急剧降低，使ηe也以很快的速度下 降。
二、柴油机的特性
• 各类柴油机，由于应用场合、使用条件等 不同，可以得到不同的柴油机特性。主要 有：负荷特性、速度特性、推进特性、调 速特性、限制特性等。
第四节 柴油机的负荷 特性
一、负荷特性曲线及其制取 二、负荷特性曲线分析Fra Baidu bibliotek
一、负荷特性曲线及其制取
• 负荷特性是指柴油机在转速固定不变时 ，其主要性能指标及工作参数随负荷而 变化的规律。将这些变化规律在平面直 角坐标图上表示出来，就叫负荷特性曲 线。
二、超负荷速度特性
• 根据这些数据则可绘出超负荷速度特性 曲线。该曲线显示了柴油机在各种不同 转速下工作时所能达到的最大功率。
• 由于此时柴油机是处于超负荷下工作的 ，气缸内温度、压力都很高，致使机件 受到很大的热应力和机械应力。因此， 按超负荷速度特性工作、时间不应超过 1h，一般只允许在必要时短时间运转。
• ⑶柴油机的负荷及转速都可以在较大的范 围内各自任意变化，它们之间没有相互的 依赖关系。
一、柴油机工况
• 柴油机带动工作机械工作时，其性能必须 满足工作机械的要求。根据前面学过的知 识，柴油机的有效功率Pe与转速n和平均 有效压力pe之间存在如下的关系:
(kW)
• 对于既定的柴油机，在运行中能使有效 功率Pe发生变化的参数只有平均有效压 力pe和转速n。
• 通常是用试验的方法把在不同工况下所 测得的上述性能指标和工作参数之间的 关系用平面直角坐标系表示出来。这些 性能指标及工作参数之间的关系曲线就 叫做柴油机的特性曲线。
二、柴油机的特性
• 柴油机的特性是柴油机固有的性能，是合 理使用柴油机的重要依据，有以下作用：
• ⑴评价柴油机性能。 • ⑵确定柴油机工况。 • ⑶分析影响特性的因素。 • ⑷检测柴油机的状态。
二、超负荷速度特性
• 此时油量调节机构所处的位置被确定为 实际运转中允许达到的极限位置。为了 使柴油机运转中，供油量不超过这一极 限位置，实船上的柴油机均在这一位置 上设置限位块。
• 逐渐增加柴油机的外负荷，使柴油机在 低于超负荷功率转速的若干个不同转速 下稳定运转，测量并记录相应转速下的 性能参数。
1．全负荷速度特性曲线的测取
• ⑴标准环境状态 • ①对陆用柴油机： • 大气压力为p0=101kPa(760mmHg)， • 环境温度293K（20℃） • 相对湿度60%。
1．全负荷速度特性曲线的测取
• ⑴标准环境状态 • ②对船用柴油机： • 大气压力p0=101kPa(760mmHg) • 环境温度303K（30℃） • 相对湿度 60%。 • 当试验环境状况与标准状况不一致时，应
• 负荷特性曲线的测取，通常是在专门的 试验台上进行的。在有条件的船厂或实 船上，也可以测取。
一、负荷特性曲线及其制取
• 其测取具体步骤如下： • ⑴首先按柴油机开动起来，并逐渐将转速
加至标定转速nb，再通过测功器稍加外负 荷，使柴油机达到稳定的热状态。 • ⑵依此将负荷从零加至标定负荷的 25%→50%→75%→100%→110% 。 每 加 一次负荷都适当地增加供油量，以维持柴 油机的转速不变。记录每次负荷下柴油机 的各性能参数。
2．机械效率ηm的变化情况
根据公式
而
当
时，
当
时，ηm达到最大值。
3．有效热效率ηe和有效耗油率ge 的变化情况
• ηi主要取决于过量空气系数α，而α则取决于 每循环的供油量与充气量。对于非增压柴油 机，当转速n不变时，每循环的充气量几乎不 变，α的变化主要取决于循环供油量。随着负 荷的增加，供油量加大，α则减小。对于废气 涡轮增压柴油机，充气量还受到增压器输出 空气压力pk的影响，α随负荷增加而下降的速 度有所不同，但总的趋势仍是α随负荷的增加 而减小的。
• 但当Pe达Pb时，若再加大转速，因换气 质量恶化，使燃烧不良，因摩擦而引起的 机械损失也增大，因此使功率Pe又开始 随转速升高而下降。
⑵有效功率 Pe的变化情况
• 所以，全负荷速度特性曲线中Pe =f(n) 曲线反映了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有效功 率。
• 柴油机装到实船上工作时，因机舱的环境 温度较高，排气管路长，阻力大以及各种 航行条件等因素的影响，如果仍要按试验 台上所测得的标定功率工作，柴油机必然 要超负荷。所以船舶主机在长期运转中所 使用的功率往往要比标定功率小这个功率 称为运转功率。