第七章 柴油機(jī)特性

第七章柴油機(jī)特性

一．船舶柴油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況柴油機(jī)在各種不同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)的工作狀況（功率和轉(zhuǎn)速）稱為柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況。

柴油機(jī)在船上的用途：主機(jī)，副機(jī)，應(yīng)急發(fā)動(dòng)機(jī)

1.發(fā)電機(jī)工況：為保持電站v.f

恒定，則柴油機(jī)轉(zhuǎn)速n必須恒定，即n不變，功率隨負(fù)荷變化

2.螺旋槳工況：柴油機(jī)用作船舶主機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳，滿足Pe∝n***33.其它工況：柴油機(jī)功率與轉(zhuǎn)速之間沒有一定的關(guān)系，轉(zhuǎn)速由工作機(jī)械所需的速度決定，功率由工作機(jī)械運(yùn)行中的阻力所決定。二.柴油機(jī)特性及研究柴油機(jī)特性的目的

1.柴油機(jī)特性及特性曲線柴油機(jī)主要性能指標(biāo)和工作參數(shù)隨運(yùn)轉(zhuǎn)工況的變化而變化的規(guī)律稱為~

這種變化規(guī)律的曲線形式稱為柴油機(jī)的特性曲線。

2.掌握柴油機(jī)特性的目的①評(píng)價(jià)柴油機(jī)性能：從出廠時(shí)的特性曲線中可以對(duì)新出廠或大修后的柴油機(jī)的動(dòng)力性，經(jīng)濟(jì)性，可靠性和使用可能性等做出鑒定。對(duì)使用者而言

柴油機(jī)特性是選型配套和提出產(chǎn)品改進(jìn)意見的重要依據(jù)。②確定柴油機(jī)工況：由特性可決定柴油機(jī)在船舶使用條件下的極限容許使用范圍，選擇最佳工作點(diǎn)和合理地調(diào)整柴油機(jī)，使它在常用工況下具有較好的工作性能。③分析影響特性的因素，以便尋找改變發(fā)動(dòng)機(jī)特性的途徑，使柴油機(jī)性能得到進(jìn)一步提高。④檢測柴油機(jī)工作狀態(tài)：將運(yùn)轉(zhuǎn)中檢測到的主要性能指標(biāo)和工作參數(shù)與特性曲線給出的相應(yīng)工況下的數(shù)值進(jìn)行比較，借以查明柴油機(jī)的工作質(zhì)量和技術(shù)狀態(tài)。以便發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)調(diào)整和檢修。三.柴油機(jī)特性分類

1、速度特性2、負(fù)荷特性3、推進(jìn)特性

4、調(diào)速特性

5、限制特性（等轉(zhuǎn)矩限制特性和等排溫限制特性）四.速度特性定義：將噴油泵油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定在某一位置，改變柴油機(jī)負(fù)荷，使柴油機(jī)轉(zhuǎn)速變化，測得柴油機(jī)主要性能指標(biāo)和工作參數(shù)隨轉(zhuǎn)速而變化規(guī)律。分類：全負(fù)荷速度特性，部分負(fù)荷速度特性，超負(fù)荷速度特性，極限速度特性

1、全負(fù)荷速度特性（額定外特性）曲線3：額定工況供油量

2、部分負(fù)荷速度特性（部分外特性）

曲線4、5：額定工況（90%、75%…..40%）供油量

3、超負(fù)荷速度特性（超額功率外特性）

超額功率---110%額定功率運(yùn)行至少一小時(shí),而不冒黑煙

曲線2：超額功率供油量

4、極限速度特性（極限外特性）

曲線1：各傳速下最大功率之油量附：標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)環(huán)境狀況：中國國家標(biāo)準(zhǔn)：大氣壓力為100KPa

；相對(duì)濕度為30%；環(huán)境溫度為25℃國際船級(jí)協(xié)會(huì)（IACS）：大氣壓力為100KPa

；相對(duì)濕度為60%；環(huán)境溫度為

45℃；中冷器冷卻介質(zhì)進(jìn)口溫度為32℃

五.負(fù)荷特性、推進(jìn)特性1.負(fù)荷特性定義：在轉(zhuǎn)速保持不變的情況下，柴油機(jī)各項(xiàng)性能指標(biāo)和工作參數(shù)隨負(fù)荷變化的規(guī)律。

A.發(fā)電柴油機(jī)按負(fù)荷特性運(yùn)轉(zhuǎn)

B.裝有全制式調(diào)速器的船舶主機(jī)，在設(shè)定轉(zhuǎn)速不變的情況下，當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，柴油機(jī)按負(fù)荷特性運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.推進(jìn)特性在船舶推進(jìn)系統(tǒng)中，船、機(jī)、槳三者組成一個(gè)統(tǒng)一整體。根據(jù)螺旋槳理論：螺旋槳的推力Fp

Fp=KF.ρ.np2.D4

螺旋獎(jiǎng)的扭矩Mp

Mp=Km.ρ.np2.D5

螺旋槳的功率Pp

Pp=Km.ρ.D5.np3

螺旋槳的進(jìn)程比λp

λp=vp/(np.D)

螺旋槳特性：螺旋槳的推力和轉(zhuǎn)矩與其轉(zhuǎn)速的平方成正比；螺旋槳所需的功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。這個(gè)規(guī)律稱為~

推進(jìn)特性：柴油機(jī)依照螺旋槳特性工作時(shí)，其各性能指標(biāo)和工作參數(shù)隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。稱為~六.調(diào)速特性和限制特性1.調(diào)速特性：調(diào)速器轉(zhuǎn)速設(shè)定機(jī)構(gòu)固定在某一位置時(shí)，當(dāng)外界負(fù)荷從零到最大值或相反過程的全部變化范圍內(nèi)，柴油機(jī)的功率，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的變化規(guī)律。它不涉及柴油機(jī)的內(nèi)部工作過程；而只與調(diào)試器的工作性能有關(guān)。

2.柴油機(jī)的限制特性為提高柴油機(jī)工作的可靠性和使用壽命，對(duì)柴油機(jī)工作的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷都加以必要的限制，既要防止超功率，又要防止超扭矩；既要防止超轉(zhuǎn)速，也要防止超溫度。實(shí)現(xiàn)上述限制的理論手段即為柴油機(jī)的限制特性。

A.等轉(zhuǎn)矩限制特性Pe=Men/9550Me≤Mb=9550Pb/nb

Pe=Cn

B.等排溫限制特性----限制熱負(fù)荷

七.柴油機(jī)和螺旋槳的配合原則：既使柴油機(jī)功率得到充分利用，又不會(huì)使其在全部的運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)超負(fù)荷。

1.以主機(jī)標(biāo)定工況配槳根據(jù)主機(jī)的標(biāo)定功率Pb和標(biāo)定轉(zhuǎn)速nb來選配螺旋槳，使所選槳特性曲線與柴油機(jī)全負(fù)荷速度特性曲線相交于標(biāo)定工況點(diǎn)a，柴油機(jī)在a點(diǎn)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，螺旋槳完全吸收柴油機(jī)發(fā)出全部功率。稱之為以主機(jī)標(biāo)定工況配槳

2.螺旋槳結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)機(jī)槳配合的影響螺旋槳主要結(jié)構(gòu)參數(shù)---直徑D或螺距比H/D不同，其螺旋槳特性曲線不同

H/D越大，螺旋槳特性曲線越陡。機(jī)槳配合“過重”或“過輕”分析。

變工況時(shí)的機(jī)槳配合重載污底逆風(fēng)淺水區(qū)-----λp↓螺旋槳特性曲線為Ⅰ,變陡

順風(fēng)順?biāo)樍?----λp↑螺旋槳特性曲線為Ⅲ，變平正常航行時(shí)螺旋槳特性曲線為Ⅱ八.柴油機(jī)主機(jī)的選型區(qū)域每一種型號(hào)的船用柴油主機(jī)都有一種選型區(qū)域（layoutdiagram）,區(qū)域內(nèi)任何一工況點(diǎn)都可被選為:約定最大持續(xù)功率CMCRCMCR（ContactMaximumContinuousRating）:所謂約定最大持續(xù)功率是指由船東和廠方商定的在船上實(shí)際使用的最大功率。它的確定需考慮多種因素，如推進(jìn)功率，螺旋槳效率，航行的效率，功率和轉(zhuǎn)速儲(chǔ)備等。CMCR

確定后，便可確定柴油機(jī)允許運(yùn)行范圍。

SulzerRTA功率55~100%轉(zhuǎn)速72~100%R1為最大持續(xù)功率點(diǎn)即MCRR1-R3等平均有效壓力線MAN/B&WMCL1L3為額定等平均有效壓力線L2L4為80%等平均有效壓力線L1L2為額定等轉(zhuǎn)速線L3L4為75%額定等轉(zhuǎn)速線選型區(qū)域內(nèi)，最高爆壓Pz相同九.約定最大持續(xù)功率的確定

1.螺旋槳設(shè)計(jì)點(diǎn)的確定船舶類型；載重量；航速確定→螺旋槳確定→不帶海況儲(chǔ)備的螺旋槳特性曲線確定→螺旋槳設(shè)計(jì)點(diǎn)PD確定。

2.約定最大持續(xù)功率的確定

實(shí)際航行中考慮到螺旋槳和船體污染，海況惡劣→海況儲(chǔ)備15%PD

發(fā)動(dòng)機(jī)使用一段時(shí)間后性能下降→柴油機(jī)功率儲(chǔ)備10~15%CMCR

正常航行