示功图分析课件

第一节第一节 示功图的测录示功图的测录示功图：气缸内工质压力随气缸容积或曲轴转角变化的图形。示功图的面积代表柴油机气缸内一个工作循环所作的指示。示功图功用：（1）研究气缸内工作过程的重要依据：燃烧过程、燃烧放热率、气体与缸壁传热过程、进排气过程等。（2）计算柴油机指示功率、负荷调整和分析、确定最高爆发压力和压缩压力，计算缸内温度等的依据。第一节示功图的测录1示功器：测取示功图的仪器。根据其工作原理不同，可分为机械式、气电式和电子式（电阻应变式、压电式）。示功器：测取示功图的仪器。根据其工作原理不同，可分为机械式、2一、机械示功器一、机械示功器1、结构与工作原理组成及作用：压力感受机构：小活塞及活塞杆、示功弹簧；感受气缸气体力变化并以位移输出。转筒机构：绳索、转筒；反映气缸内活塞位移。记录机构：杠杆、记录机构；平行放大小活塞的位移并记录在示功纸上。一、机械示功器3示功弹簧：螺旋弹簧式、柱形弹簧式（中速机）。工作原理：机械位移方法测量缸内压力及活塞位移，绘出气缸内压力随活塞位移变化图形，即p-V示功图。示功弹簧：螺旋弹簧式、柱形弹簧式（中速机）。42、小活塞和弹簧的选择1）小活塞：三套活塞（连同相应的小气缸）及一套刚度不同的示功弹簧。活塞标号：11（标准活塞直径为20.27mm）；12（其面积为11活塞的12，活塞直径为14.35mm）；15（其面积为11活塞的15，活塞直径为9.06mm）。2、小活塞和弹簧的选择52）示功弹簧：用弹簧比例M标记的多根弹簧弹簧比例M：表示缸内压力每变化1MPa时弹簧的变形量（mm），单位为mmMPa。弹簧比例M选择：根据小活塞标号和柴油机缸内最高爆发压力pz，使所测取的示功图接近示功图纸高度的最大高度。示功纸规格：高度50mm/60mm如测p-V示功图可选用1/5小活塞，并根据缸内最高爆发压力pz=8.0MPa，可选用M=6mmMPa的示功弹簧。2）示功弹簧：6弹簧比例与最高爆发压力关系（1/5活塞）：M（mm/Mpa）1210876543Pz（Mpa）4.05.06.07.08.01012.515.0（1）弹簧比例越小，标准小活塞直径越小，最高爆发压力越高，所用弹簧越硬；（2）测P-V示功图和爆发压力时，用1/5小活塞、硬弹簧及低弹簧比例；（3）测弱弹簧示功图和换气压力时，用1/1小活塞、软弹簧及高弹簧比例；（4）当弹簧不变时，将1/1标准小活塞换为1/5标准小活塞时，意味着由测低换气压力改为测高爆发压力，弹簧比例应小、减小为原来的1/5。弹簧比例与最高爆发压力关系（1/5活塞）：73、传动机构作用：把活塞的运动规律按比例传给示功器转筒机构。两个基本要求：（1）使活塞行程的缩小比例要与转筒的周长相适应；（2）转筒的运动规律与活塞的运动规律同步。传动机构类型：（1）曲柄式（2）凸轮式（3）杠杆式3、传动机构81）曲柄式传动机构小曲柄连杆机构的运动规律与柴油机活塞运动规律同步条件：小曲柄半径r与连杆3长度l之比：r/l=R/L（R柴油机曲柄半径，L柴油机连杆长度）。1）曲柄式传动机构92）凸轮式传动机构：示功凸轮装在凸轮轴上，示功凸轮的外形是按柴油机活塞运动规律设计并按一定的位置安装在凸轮轴上，其高度、最低位置也与活塞的上、下止点对应。当测量完毕时，可用插销通过销孔5和6把导杆3提起使之脱离凸轮轴控制。3）杠杆式传动机构采用一套杠杆机构铰接在活塞或十字头上，按比例反映活塞运动规律。因铰接点易磨损造成失真，很少使用。2）凸轮式传动机构：104、机械示功器的主要优缺点及适用范围主要优点：结构简单，使用方便而广泛地作为低速柴油机的随机供应仪表，供监控柴油机使用。主要缺点：各感应元件均由弹簧系统组成，必须具有一定质量（因强度要求），而其弹簧刚度不能大大（灵敏度要求），致使它的自振频率较低，不适用于高、中速机使用。使用范围：400rpm以下低速机（螺旋弹簧）和部分中速机（柱形弹簧）。4、机械示功器的主要优缺点及适用范围115、示功图的测取方法及注意事项示功图的测取方法及注意事项（1）使用前示功器的检查和标定；（2）柴油机负荷应稳定，即各运行参数正常并保持稳定；（3）选择气象和海况条件适宜；（4）示功器安装前开一下示功阀，吹净通路中杂质等；（5）示功器安装后应先在转筒记录纸上画出大气压力线；（6）测量时轻按画笔尖以防划破记录纸（机械式）；（7）测取满意的示功图后应标明缸号、日期、排温、喷油泵齿条格数、弹簧比例、转速等参数；（8）为保证准确，最好每缸测取2个示功图。每测取56个示功图后应拆下示功器使之冷却。示功器使用完毕应进行清洁保养。5、示功图的测取方法及注意事项12二、电子式示功器二、电子式示功器组成：传感器、测量电路、记录显示装置。工作原理：通过传感器把气缸内的气体压力、曲轴转角等非电量按一定比例转换成相应的电量输出，经放大器等中间环节输送到记录显示装置进行显示或打印，测取p-示功图。分类（按压力传感器形式）电阻应变式、压电石英式、电容式、电感式。曲轴转角传感器：磁电式、光电式。1、电阻应变式示功装置、电阻应变式示功装置1）工作原理：利用电阻应变式压力传感器把被测压力转换成应变片的电阻值，通过应变仪把电阻值的变化转换并放大成所需的电压或电流信号送往显示记录装置。电阻应变式压力传感器应变仪显示记录装置。二、电子式示功器132）结构：应变片7粘贴在应变筒4外壁，应变筒由薄壁（0.20.3mm）合金钢制成，下端焊有很薄的悬链薄膜5。此薄膜既薄又柔软，只传递压力而不产生弹力。丁烯橡胶套管6保证应变片良好绝缘，同时也起到阻尼作用，消减应变筒的高频振动。调整垫片3可保证安装时应变筒有适当的预紧力。应变筒轴向压缩应变和横向拉伸应变组成电桥两臂，两个应变片组成测量臂并起温度补偿作用，使测量精度提高。2）结构：应变片7粘贴在应变筒4外壁，应变筒由薄壁（0.142、压电石英式示功装置、压电石英式示功装置1）组成：压电式压力传感器、前置放大器和示波器。2）工作原理压电式压力传感器前置放大器示波器3）前置放大器作用：放大压电传感器的微弱信号并将传感器的高阻抗输入变为低阻抗输出。它的绝缘性能对测量精度影响极大，通常多采用电荷放大器。2、压电石英式示功装置154）压电石英传感器根据石英晶体的压电效应制成的。压电效应是指某些晶体在沿其某个结晶轴方向受到外力作用时，其内部将产生极化现象：在其表面上有电荷集结，且此电荷的大小与外力成正比，当外力消失，晶体又恢复至不带电状态。具有压电效应的晶体称压电晶体。4）压电石英传感器根据石英晶体的压电效应制成的。165）结构缸内气体压力经膜片4传递给套筒7和石英晶体3（二片），晶体受压时产生的负电荷由电荷引出片6汇集并经导线5引出。为减少温度变化对传感器工作的不利影响，一般需对传感器采用强制水冷却。某些新型传感器工作时可不需冷却。5）结构17 3、电子示功装置的标定、电子示功装置的标定上止点位置的确定和对压力传感器的定期标定。电子示功装置的标定包括压力值标定和曲轴转角（时间坐标）标定等。1）压力值标定（1）静态标定：指向测量系统输入稳定的标定压力信号，通过调节电荷放大器或者应变仪的线性度，使其输出的压力信号误差满足精度要求。（2）动态标定：对传感器输入已知频率及幅值的压力信号或者通过激波管产生一阶跃压力，记录它的输出或者根据它的输出曲线求出频率响应特性，以便在使用时根据它的输出响应得到准确的输入压力信号。（3）随机标定：在测量过程中，对一整套动态压力测量装置进行标定。3、电子示功装置的标定182）曲轴转角标定：指给出具有一定精度的上止点记号和已知频率的时标标记或曲轴转角标记。理论与实践指出，上止点标记明显影响示功图计算的准确度。若上止点有1CA误差，则示功图计算有5.5的误差，因而要求上止点标记误差满足0.20.5CA的要求。上止点的确定对于运转的多缸柴油机，一般通过暂时单缸停油法测录。4电子示功装置的优缺点及适用范围电子示功装置的优缺点及适用范围（1）固有频率高，即具有良好的高频特性，与适当的测试环节匹配可获得良好的频响特性，所以它的频率特性宽，适合于低、中、高速柴油机使用，测量误差小于1。2）曲轴转角标定：19（2）灵敏度高、线性好，但它易受外界干扰影响，如电源压力波动、电磁场干扰以及环境温度变化等均影响其工作稳定性。因而它对测量电路要求较高，需设补偿装置。（3）它与计算机组成一套完整的多参数综合测量系统，可实现对柴油机的远距离监测、数字显示及自动控制，完成对柴油机的诊断、趋向预报等监控技术。三、示功图的种类与用途三、示功图的种类与用途用机械示功器可测取p-V示功图、p-V转角示功图、弱弹簧示功图、纯压缩图、手拉展开图及梳形图等；用气电示功器及电子示功器可测取p-示功图。（2）灵敏度高、线性好，但它易受外界干扰影响，如电源压力波动201、p-V示功图示功图1）形状：a）和b）分别为四冲程柴油机与二冲程柴油机的p-V示功图。主要区别：尾部形状不同。2）功用：计算指示功率、调整各缸负荷均匀性、量取最高爆发压力、判断各缸燃烧情况以及计算缸内瞬时温度等。既能定量也能定性分析工作工作。1、p-V示功图212、p-V转角示功图转角示功图传动机构的小曲柄超前所测气缸曲柄82。利用小活塞的最大运动速度带动转筒快速转动，以记录气缸内上止点附近的压力变化，即将上止点附近缸内压力，曲线横坐标放宽。功用：定性分析研究缸内燃烧过程。但图形已失去示功图原形。2、p-V转角示功图223、手拉展开示功图手拉展开示功图在不能测取p-V转角示功图的柴油机上，为了能研究缸内燃烧过程情况。如发火时刻等，可测取手拉展开图。此时转筒机构的绳索用手工快速拉动。3、手拉展开示功图234、梳形图如需较准确的测取缸内最高爆发压力（pz）和 压 缩 压 力（pc）可测取梳形图。此时可慢慢拉动示功器转筒绳索，测出多条pz线和pc线（单缸停油）。4、梳形图245、弱弹簧示功图弱弹簧示功图研究和检查换气过程的情况，则应测取弱弹簧示功图。示功器应换用11标准活塞和软弹簧。5、弱弹簧示功图256、p-示功图（用电子示功器测取）示功图（用电子示功器测取）功用：计算指示功率，评估燃烧与换气过程，测量最高爆发压力pz和压缩压力pc、计算放热率、测定发火角等。6、p-示功图（用电子示功器测取）26第二节第二节 示功图的分析与计算示功图的分析与计算示功图分析就是把所测示功图与正常示功图进行比较，判断柴油机工作过程的优劣并进行必要的调整。第二节示功图的分析与计算27一、正常示功图的特征（一、正常示功图的特征（船舶试航报告提供）（1）工作过程曲线圆滑，曲线过渡处无锐角或突变形状；（2）工作过程各主要特征值，如最高爆发压力pz、压缩压力pc等符合试航报告的规定值；（3）工作过程曲线无异常波动现象；（4）示功图尾部形状应符合不同扫气形式的正常轨迹。一、正常示功图的特征（船舶试航报告提供）28若发现示功图上的某些热力参数不正常，必须查明原因，根据说明书上的要求进行调整。在调整之后，各缸有关热力参数的不均匀度应满足如下要求：工作参数不均匀度（）压缩压力pc5最高燃烧压力pz5平均指示压力pi5排气温度Tr 5（中、高速增压机为8）不均匀度=最大（最小）值-各缸平均值100各缸平均值若发现示功图上的某些热力参数不正常，必须查明原因，根据说明书29二二、示功器传动机构不正常引起的畸形示功图示功器传动机构不正常引起的畸形示功图1）示功器传动机构超前）示功器传动机构超前特征：特征：压缩线降低、膨胀线升高，示功图变胖。压缩线降低、膨胀线升高，示功图变胖。二、示功器传动机构不正常引起的畸形示功图302、示功器传动机构定时滞后示功器传动机构定时滞后特征：特征：压缩线升高、膨胀线降低，示功图变瘦。压缩线升高、膨胀线降低，示功图变瘦。2、示功器传动机构定时滞后31实践表明，传动机构超前或滞后对示功图形状影响极大。一般每相差1CA，则平均指示压力pi相差5.5。实践表明，传动机构超前或滞后对示功图形状影响极大。一般每相差32纯压缩图：判断畸形图形是否因传动机构的不正常所引起。压缩线与膨胀线基本重合，则表示传动机构与柴油机活塞位移同步。若膨胀线在上压缩线在下，则为传动机构超前。若膨胀线在下压缩线在上，则为传动机构滞后。纯压缩图：判断畸形图形是否因传动机构的不正常所引起。33三、示功器故障引起的畸形示功图三、示功器故障引起的畸形示功图1、示功器转筒绳索太长或太短、示功器转筒绳索太长或太短示功器传动方向：膨胀行程使转筒弹簧拉紧，而在压缩行程时使转筒弹簧放松，绳索太长：切头，绳索太短：切尾，示功图长度变短。严重时将绳索拉断或将转筒拉坏。三、示功器故障引起的畸形示功图342、示功图变长示功图变长:（1）转筒弹簧太软（2）转筒惯性作用（3）示功器机构中间隙太大等。2、示功图变长:353、示功器小活塞卡紧示功器小活塞卡紧:原因：原因：当示功器的气缸润滑不良或有结炭时，小活塞容易产生卡紧现象，使小活塞运动阻力增加。特征：（1）压缩线低于正常值且出现波动；（2）膨胀线高于正常值且波动；（3）Pz降低。所测的手拉图也有类似波动现象。3、示功器小活塞卡紧:原因：当示功器的气缸润滑不良或有结炭时36四、气缸内工作过程不四、气缸内工作过程不正常引起的畸形示功正常引起的畸形示功图图 1、燃燃烧烧太太早早的的畸畸形形示示功图功图1）特征：（1）图形高度即最高爆发压力pz增大，压力上升曲线陡削，示功图头部尖瘦；（2）燃烧曲线过早脱离压缩曲线，着火点提前；（3）膨胀曲线降低；（4）排气温度降低。四、气缸内工作过程不正常引起的畸形示功图372）造成燃烧太早的原因：（1）喷油正时提前；（2）喷油器启阀压力降低；（3）调压弹簧断裂；（4）改用优质燃油而未减小喷油提前角等。3）危害：燃烧太早将增加柴油机的机械负荷，严重情况下将会引起燃烧（热）敲缸现象，影响柴油机的工作可靠性。2）造成燃烧太早的原因：382、燃燃烧烧太太晚晚的的畸畸形形示功图示功图1）特征：）特征：（1）最高爆发压力pz明显降低即图形高度下降；（2）示功图头部圆滑，着火点明显后移，表示燃烧后移；（3）膨胀线升高；（4）排气温度升高。2、燃烧太晚的畸形示功图392）造成燃烧太晚的原因（1）喷油正时滞后；（2）喷油器启阀压力过高；（3）改用劣质燃油而未调大喷油提前角；（4）喷油器或喷油泵漏油；（5）喷油器的缝隙式滤器堵塞等。2）造成燃烧太晚的原因403、喷油器漏油时的示功图（发火点基本不变）1）危害：如喷油器阀座漏油时，燃油雾化不良，油气混合不佳，造成燃烧延后，排气温度升高。2）特征：最高爆发压力下降并重复上升多次，膨胀线高，且呈锯齿形，锯齿向上，示功图面积减小。3、喷油器漏油时的示功图（发火点基本不变）413）区别：示功器小活塞卡滞：膨胀线不规则下降并呈阶梯形波动，示功图面积增大。喷油器漏油：膨胀线高，且呈锯齿形，锯齿向上，示功图面积减小。3）区别：424、喷油泵漏油时的示功图如柱塞过度磨损漏油时，一方面泵压下降，使喷油延后造成后燃，排气温度升高；另一方面喷油量减少，功率明显下降，排气温度降低，后者影响大。与燃烧太晚区别：膨胀线下降。4、喷油泵漏油时的示功图435、喷喷油油器器喷喷孔孔部部分分堵堵塞塞的的畸畸形示功图形示功图1）危害：喷孔流通面积减小、流阻增大、单位时间喷油量减少，喷油时间延长，出现后燃。2）与燃烧太晚不同点：（1）着火点基本不变（喷油正时不变）主要依据（2）头部和膨胀线中通常会出现压力波动，Pz降低，膨胀线升高，（喷油压力升高，波动加剧，甚至发生重复喷射）。5、喷油器喷孔部分堵塞的畸形示功图443）征兆：可感觉出喷油泵泵油时有明显的冲击、振动，高压油管脉动过强并伴有发热等现象。3）征兆：456、缸缸内内空空气气不不足足的的畸畸形示功图形示功图1）特征（1）最高爆发压力pz与压缩压力pc均降低；（2）膨胀线与压缩线均降低并可能出现波动（因燃油雾化、混合、燃烧变差）；（3）示功图面积减小，指示功降低，但排气温度升高。6、缸内空气不足的畸形示功图462）原因：（1）气缸漏气（如活塞环漏气、排气阀漏气）；（2）扫气空气供应不足（如气口堵塞、增压器进气滤器堵塞、空冷器堵塞、增压器污堵等）；（3）排气系统受阻；（4）环境状态变化等。2）原因：47五、P-V示功图的计算及多缸柴油机功率的计算1、平均指示压力pi的计算方法1）面积法：（1）hi=f/L（mm）；（2）pi=hi/M（Mpa）2）十等分法：（1）hi=1/10（y0+y10）/2+y1+y2+y9）（2）pi=hi/M五、P-V示功图的计算及多缸柴油机功率的计算48某六缸柴油机在标定工况下运转时测得表列各项参数指标，试问该机能否满足安全运转技术要求，若不满足应进行哪些正确的调整？缸号：123456Pz（MPa）：8.27.68.18.57.68.45Pi（x10*5Pa)：1.251.151.231.221.211.30Tr（C）：385360390370400405Pz平=8.075（5.3%、-5.9%）；Pi平=1.23（5.7%，-6.5%）；Tr平=385（5.2%、-6.5%）；pi调油门；Pz、Tr调提前角；No.1、3不动；No.2加油门；No.4减小提前角；No.5加大提前角；No.6减油门。某六缸柴油机在标定工况下运转时测得表列各项参数指标，试问该机496ESDZ78/155柴油机各缸示功图面积（mm）为：300、310、290、300、308、292；示功图长度50mm，示功弹簧比例6mm/Mpa，转速100r/min，油耗量为1400Kg/h，机械效率为0.88，求：指示功率、有效功率、指示耗油率、有效耗油率、指示热效率、有效热效率？C=1/4DSm/60000=1.23x10*（-5）f平均=300；hi=300/50=6mm；Pi=6/6=1MPa；指示功率=Cpini=1.23x10*（-5）x10*（6）x100 x6=7380Kw有效功率=7380 x0.88=6494.4KW；指示油耗率=1400/7380=0.1897Kg/KWh=190g/KWh;6ESDZ78/155柴油机各缸示功图面积（mm）为：50第三节柴油机主要运行参数的测量一、最高爆发压力的测量机械式测爆表按力平衡原理工作多用于中、低速柴油机，精度差。第三节柴油机主要运行参数的测量一、最高爆发压力的测量51二、燃油消耗量的测定1、测量方法1）容积法2）质量法3）流量法二、燃油消耗量的测定521、容积法燃油消耗量=V容积x密度x3600/t（kg/h）V-m；-kg/mt-消耗V所需时间（s），一般应大于30s。dt=d200.000672(t20)rt=r150.00063(t15)(渣油)；rt=r150.00065(t15)(重柴油)；1、容积法dt=d200.000672(t20)532、流量计法利用在被测流体中自由旋转的叶轮转速与被测流体的流速成正比，即把流体流速（流量）测量转换为叶轮转速的测量。由涡轮流量变送器（磁阻式）和流量指示计算仪组成。在磁场中，涡轮叶片周期性切割磁力线使磁阻周期性变化，在感应线圈内产生脉冲电动势。该脉冲信号频率正比于涡轮转速，经放大和计算，显示瞬时体积流量和累计体积流量。2、流量计法54