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1、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,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Pecn3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。,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
2、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、e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,一、速度特性的测量二、速度特性分类三、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,一、速度特性
3、的测量1标准试验环境状况2标定功率3速度特性的测量/,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。“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 M
4、CR（Maximun Continuous Ratings),速度特性的测量测量步骤 1)试验机先开空车，缓慢加速至标定转速nb，2)通过测功器逐渐增加外负荷，使柴油机达到标定工况。3)将油量调节机构与调速器分离并加以固定，4)逐渐增大外负荷，以降低柴油机转速，调整到测量工况点。5)测取并记录对应各转速下的各个参数。6)绘出全负荷速度特性曲线。,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,二、速度特性分类1全负荷速度特性2超负荷速度特性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
5、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。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。功率贮备 主机长期运转最大功率要低于标定功率一个值。/,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。,超负荷速度特性超负荷特性的测定(1)使柴油机在标定转速nb下稳定运行，(2)增加柴油机的外负荷，使之达到超负荷功率和相应的转速。(3)把喷油泵油量调节机构固定(4)逐渐增加柴油
6、机的外负荷，在低于超负荷功率对应转速下稳定运行，(5)并测量、记录各转速下的各项柴油机性能指标和工作参数。(6)最后根据所测数据在坐标图上标绘超负荷速度特性曲线。,3部分负荷速度特性部分负荷速度特性 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。,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。,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
7、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,PePp MeMp,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=KFnpD4,据螺旋桨理论：,Mp=KMnpD5,KF KM随进程比p的增大而减小 随进程比p的减小而增大,p随航行阻力条件变化，阻力条件一定，p不变,p不变，则KF KM不变，则有:Fp=C1np Mp=C2np,装载、气候、海面状况等,进程比p 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,p=vp/npD=hp/D,航行阻力条件变化时桨特性的
8、变化,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),推进特性测定柴油机推进特性是根据Pe=cn3关系，在试验台上测定的 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下运行;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线。,推进特性的测取：,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
9、数、排气温度tr以及涡轮增压器转速n等参数 作为限制因素。其中较常用的是Me、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,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Mb。,Me=9550Pe/n Mb=9550Pb/nb 如 Me=Mb 则由、两式的出 Pe=Pb/nbn=cn,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
10、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,等限制特性:以不小于标定的b为条件来 限制各转速下的功率工况下。,柴油机的调速特性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。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,调速特性的测定 1.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,1,2,3,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,
