《船舶动力系统》课件2-4

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,船舶动力系统,第二章 柴油机（,4,）,柴油机特性：柴油机的,主要性能指标,和,工作参数,随,工况,而变化的规律,柴油机特性,表征柴油机运行状态的主要工作参数：,转速,n,进气压力,p,a,增压压力,p,k,最高爆发压力,p,z,排气温度,t,r,冷却水温度,t,w,增压器转速,n,T,柴油机主要性能指标：,平均有效压力,p,e,有效功率,P,e,有效转矩,M,e,有效耗油率,g,e,有效热效率,e,研究柴油机特性的目的,（,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,柴油机性能改进,（,4,）检测柴油机的状态,船舶柴油机的工况,柴油机的功率、转速随着被驱动的设备而变化,发电机工况：拖带发电机。要求，柴油机转速,n,不变或变化很小，负荷根据需要从零变化到最大：,主机工况： 直接拖带螺旋桨。要求，柴油机负荷和转速都在一定的范围内变化，且满足,P,e,=cn,3,其它工况：拖带调距桨、船上应急空气压缩机、船上应急消防泵、陆上的车用柴油机,柴油机转速和扭矩变化范围都较大，且各自任意变化，相互之间没有一定的依赖关系。,几种柴油机特性,速度特性：,p,e,不变,（喷油量不变）,，,n,变,负荷特性：,n,不变，,p,e,变,推进特性：,以螺旋桨为负载。,n,和,p,e,均变，且满足,P,e, n,3,限制特性：,为保证柴油机安全而对柴油机的,负荷加以的限制,柴油机速度特性,保持柴油机油杆位置不变，改变负荷，测量得到，（,运行指标,-n,）、（工作参数,-n,）曲线，称为速度特性,在柴油机试验台架上测量得到，无法在船舶使用条件下测量,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。在试验过程中，润滑油和冷却水的温度和压力应始终保持在最佳状态。,速度特性反映了性能参数随转速的变化规律，与使用条件无关,根据喷油泵油量调节机构固定的位置不同,（即每循环供油量不同），柴油机速度特性可分为,全负荷速度特性，又称外特性,超负荷速度特性,部分负荷速度特性,全负荷速度特性（外特性）,测量方法：,建立标定工况,：,开空车，使柴油机达到,标定转速,，通过测功器逐步增加柴油机的外负荷，同时相应加大油门，使机器发出,标定功率,，此时轴上的转矩为标定转矩,。,固定油量调节杆，记录该转速下的各性能参数,调节测功器，增加负荷，降低转速：,使柴油机在（标定转速最低稳定转速）之间各个不同的转速（一般,6,8,个测试点）下稳定运转 ，测量并记录某转速下柴油机的各性能参数,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。是最大持续功率的,110,。,可作为商船的超负荷功率,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。,船舶柴油机用它来标定功率，并同时标定其相应转速,通常所说的标定功率就是指这种功率，标定工况指这种功率及其相应转速,根据国家标准对每一台柴油机都应按用途特点，在柴油机名牌上标明上述四种标定功率中的两种及其相应的转速,国外,船用柴油机,常用的几种功率（工况）名称,MCR,（,Maximum Continuous Rating,）最大持续功率，同时标有相应的转速。船舶主机的柴油机在长期运转中使用的最大功率,SMCR,（,specified maximum continuous rating,）：约定工况点，一般是标定点,CSR,（,continuous service rating,）,：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。一般从经济性方面考虑，一般是,80-85%,标定转速,超负荷速度特性,我国船用柴油机标准规定，船用柴油机的超负荷功率为,110 %,标定功率，对应转速为,103 %,标定转速,在,12h,运转期内允许超负荷运转,lh,，且,排气不冒黑烟。,柴油机达到超额负荷功率和相应的转速,（发电柴油机时为标定转速；主机为,103%,标定转速）,。此时油量调节机构所处的位置为实际运转中允许达到的,极限位置,为使柴油机运转中，供油量不超过极限位置，实船上的柴油机均在这一位置上设置限位块,按超负荷速度特性工作，柴油机是处于超负荷下工作，气缸内温度、压力很高，机件受到热应力和机械应力大,运行,时间,=,n,b,不同转速时的每循环供油量必须正确调整,等排气温度限制特性,柴油机的热负荷与气缸内的过量空气系数,有直接关系,柴油机在各种转速下保持,H,（标定转速、标定负荷过量空气系数值）,热负荷不会超出规定值。然而，柴油机在实际运转中的,值难以测定，且保持,值不变困难,实际，常采用平均排气温度,t,r,代替,限制柴油机的热负荷,平均排气温度不能准确表现各缸热负荷的情况，只能大致反映柴油机热负荷的大小,等排温限制线：各转速下保持标定工况点的排气温度不变时，功率和转速的变化关系,线，曲线,1,线,2,：等扭矩限制线,3,：柴油机限制特性,转速下降初期，以转矩作为主要限制参数，而转速下降后期，则以排温作为限制特性,柴油机推进特性,柴油机推进特性：,柴油机依螺旋桨特性工作时,各主要性能参数随转速而变化的规律称为柴油机的推进特性,柴油机驱动螺旋桨时，,主机功率随转速变化的规律就是螺旋桨吸收功率随转速变化的规律,.,柴油机推进特性在试验台架上测试得到,柴油机作为船舶的主机，带动螺旋桨工作时，主机和螺旋桨保持能量上的平衡,螺旋桨的水动力特性,当船舶定速航行时， 一定，,K,T,、,K,M,为常数,进程比：螺旋桨每转一转产生的位移与螺旋桨直径,D,之比,当,螺旋桨结构参数、运行状况确定,时，有,螺旋桨特性,螺旋桨功率与转速三次方成正比,因为，柴油机作主机带动螺旋桨工作时，主机功率,=,螺旋桨所需功率,所以，,主机所发出的有效功率,Pe,与转速,n,的关系也遵循三次方的规律，即,P,e,=P,p,=Cn,3,根据,P=cn,3,关系，可算出主机在各种转速下的对应功率百分数，其值如下表,转速 功率,(1.03),3,=1.1,(1),3,=1,(0.965),3,=0.9,(0.91),3,=0.75,(0.795),3,=0.50,(0.63),3,=0.25,推进特性曲线的测量方法,在柴油机工作范围内，建立标定点,根据柴油机的标定功率、标定转速的值，按公式,P,e,=Cn,3,计算出各标定点对应的转速和负荷,建立各标定工况，记录相应数据,以转速,n,为横横坐标，以记录的性能参数、运转参数作为纵坐标，绘制成曲线,曲线,I,是柴油机的推进特性，曲线上的点对应 在不同油门位置，主机发出的功率,-,转速,主柴油机的推进特性,调速特性,当调速手柄固定在某一工况位置时，负荷从零逐渐增加到最大值（或相反过程），在调速器的作用下，柴油机的的功率、扭矩等随转速的变化规律,1,：全负荷速度特性,只与调速器的工作性能直接有关,试验方法：,满足保准试验条件时，先在标定转速和标定负荷下稳定运转。卸去全部负载，使其转速达到最高空载转速，逐步增加负荷到标定负荷，记录各测试点的参数,柴油机允许工作范围,船用柴油机允许工作范围由四个方面来限制,最大功率：等转矩限制特性、等排温限制线,柴油机在运转中功率负荷、热负荷、机械负荷的最大允许极限,最小功率：柴油机在各种转速下允许达到的最小功率。喷油系统和增压系统要求限制最低负荷,负荷,喷油少,气缸工作不稳定,燃烧恶化，积碳严重,排气温度低,增压器不工作,最高转速：标定工况点的调速特性曲线,5,最低转速：按推进特性曲线工作的最低稳定转速曲线,10,来限制的,柴油机的负荷特性,柴油机的负荷特性：当转速保持一定时，各性能参数随负荷（,p,e,）变化的关系,装有全制式调速器的船用主机在给定某一转速下运转情况，带发电机的柴油机可认为按负荷特性工作的,测量方法：,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,逐步增大外负荷至选定的不同负荷（,25,、,50,、,75,、,90,、,100,、,110,P,b,），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,。,记录的性能参数、运转参数作为纵坐标，,P,e,（或,p,e,）,为横坐标绘制成曲线,负荷特性较容易测得，在柴油机调试中，常用来作为性能的比较标准。,例如选择喷油提前角、喷油器开启压力、柴油机与增压器配合、进排气道尺寸等不同值进行调试，用测得的负荷特性来比较优劣。所以，有时称之为调整特性,随负荷增加过量空气系数,减少（随着负荷的增加，每小时供油量增加，,but,转速不变，则进气量变化不大，,=,实际空气量,/,理论空气量,）,随着供油量增加，放热量增多,排气温度,Tr,、排气烟度都增加,低负荷时增加缓慢；高负荷时，由于,减少，混合气形成恶化，引起燃烧不完全，烟度增加较大；,如果再继续增加供油量，则产生大量黑烟，功率反而下降，因此柴油机在任一转速下的负荷特性有一个冒烟极限,由于柴油机的机械损失主要与转速有关，所以在转速不变的情况下，机械损失变化不大，因此随负荷增加，机械效率增高,有效油耗率：低负荷时，虽然,较大，指示油耗率较低，但此时的机械效率也很低，所以有效油耗率仍较高；,随着负荷进一步增加，虽然,有所减小，但仍足够高，使指示油耗增加不多，但机械效率增加，总的结果使有效油耗降低；,当负荷增加到一定程度后，因,下降得太多，燃烧不完全，经济性下降，指示效率对单位油耗量 的影响超过机械效率增高对单位油耗的影响，使有效油耗率增加,涡轮增压柴油机来说，,40,50%,标定负荷），涡轮增压器转速增加使柴油机进气压力提高，因此过量空气系数,减小的趋势比非 增压柴油机平缓，所以有效油耗率曲线不象非增压柴油机那样有明显的向上弯曲部分,