柴油机的性能指标.

轮机工程系2/10/2020JMIChapter1柴油机的基本知识§1-1柴油机的工作原理§1-2柴油机的性能指标§1-3柴油机的分类和发展2§1-2柴油机的性能指标指标的作用：•用来从总体上或从某一方面来判断或衡量一台柴油机的性能。包括：•动力性指标、经济性指标、运转性指标（冷起动、加速性与加载性、排放性）、可靠性和耐久性指标、重量和外形尺寸指标等。3§1-2柴油机的性能指标1.动力性指标2.经济性指标3.其他常用参数性能指标4§1-2柴油机的性能指标性能指标的分类：指示指标有效指标评价气缸内工作完善程度的指标，考虑燃烧的完善程度和传热损失。在指示指标的基础上考虑了机械损失后，在柴油机输出轴上所得到的指标。柴油机的工作参数表征柴油机的机械负荷、热负荷、基本结构和强化程度的参数。51.动力性指标——用以评价柴油机对外作功能力的指标。动力性指标1.1平均指示压力pi1.2指示功率Pi1.4有效功率Pe1.5平均有效压力pe1.3机械效率ηm1.6转速和活塞平均速度62.柴油机的经济性指标指示油耗率gi指示热效率ηi有效油耗率ge有效热效率ηe经济性指标7柴油机性能指标两大类指示指标（以气缸为基础）有效指标（以飞轮输出端为基础）动力性指标pi－平均指示压力pe－平均有效压力Pi－指示功率Pe－有效功率经济性指标ηi－指示热效率ηe－有效热效率gi－指示燃油消耗率ge－有效燃油消耗率ηm81.1平均指示压力pi•定义：发动机每个工作循环，单位气缸容积所做的指示功Li。Pi=Li/Vs(N/m2或pa)•作用：用来比较不同类型和不同气缸尺寸的气缸工作容积的做功能力；评价气缸工作容积的利用程度。Pi↑——气缸强化程度↑，工作循环完善程度↑。•影响Pi因素：（循环供油量和燃烧质量）p12（1）（2）（3）（4）。从柴油机工作循环完善的角度进行分析。•判断下列哪种情形的Pi高？为什么？增压机与非增压机；四冲程机与二冲程机；二冲程直流扫气与弯流扫气。91.2指示功率Pi•定义：发动机在单位时间内气缸内工质推动活塞所做的功（kW）。)(60000kWnimVpPsii对既定柴油机而言，∵VS和m为定值，令C=VSm/60000，C——气缸常数。∴上式可表达为：Pi=Cpinim——冲程数“四”取1/2;“二”取1101.3机械效率ηm1）机械损失——指作用在活塞上的指示功率传递到曲轴的（有效功率）过程中所损失的功率。机械损失的功率Pm作用在活塞上的指示功率传递到曲轴的过程中所损失的功率。包括：a.摩擦损失——活塞环与缸套之间最大b.拖动损失——随转速↑而加大；c.泵气损失——仅发生在非增压四冲程机。（增压机不但不损失，反而增加规律；二冲程机无进排气冲程，为零）。111.3机械效率ηm2）机械效率ηmηm=（Pi-Pm）/Pi=1-Pm/Pi从上式可知：Pm↑→ηm↓机械效率ηm影响因素：负荷、转速、滑油温度、冷却水温、安装质量等。对同一台柴油机而言：•n不变，负荷↑→ηm↑。柴油机空载运行，全部指示功消耗于摩擦损失，ηm=0。•负荷不变，n↑→摩擦耗功↑→ηm↓通常柴油机出厂时，厂家以ηm—n的形式给出ηm值，可根据使用转速和负荷查出ηm。121.4有效功率Pe定义：柴油机曲轴飞轮端单位时间所输出的功。Pe=Pi–Pm=Piηm注：实际使用时，Pe不是通过计算，而是由测功器测出。制动功率（BHP，BrakeHorsePower）——在柴油机试验台上用水力测功器（电力测功器）测定输出扭矩再计算出的功率。)(955010006021000kWnMnMMPeeee轴功率（SHP，ShaftHorsePower）——在柴油机装船后，用传递式测功仪测得。一般BHP＞SHP。131.4平均有效功率Pe定义：柴油机曲轴飞轮端单位时间所输出的功。Pe=Pi–Pm=Piηm注：实际使用时，Pe不是通过计算，而是由测功器测出。制动功率（BHP，BrakeHorsePower）——在柴油机试验台上用水力测功器（电力测功器）测定输出扭矩再计算出的功率。)(955010006021000kWnMnMMPeeee轴功率（SHP，ShaftHorsePower）——在柴油机装船后，用传递式测功仪测得。一般BHP＞SHP。142.1指示热效率与指示油耗率1）指示热效率ηi指示功的热当量与相应消耗的燃料热当量之比。若测得：柴油机每小时油耗量为B(kg/h)，查得：燃油的发热值为Hu，一般取值为42700(kj/kg)。则：燃料的热当量为：B×Hu/3600(kj/s;kW)那么：ηi=3600Pi/B×Hu2）指示油耗率gi指单位指示功率每小时燃油消耗量。gi=B/Pi（kg/kW·h）指示热效率与指示油耗率的关系：（成反比关系）uiiHg3600152.2有效燃油消耗率与有效效率1）有效燃油消耗率ge——每一千瓦有效功率每小时消耗的燃油量。•ge=B/Pe（kg/kW·h）•ge的意义：①评价不同形式柴油机的经济性；•②用来计算航次载油量和油舱容积。2）有效热效率ηe——曲轴有效功所消耗的热量。miueeBHP3600163.柴油机其他常用参数3.1最高爆发压力pZ3.2排气温度tr3.3活塞的平均速度Cm3.4行程缸径比S/D3.5强化系数pe·Cm3.6压缩比ε3.7重量指标3.8外形尺寸指标——表征柴油机机械负荷、热负荷、基本结构、强化程度和排放性能的参数。173.1最高爆发压力pZ表征柴油机机械负荷的主要参数之一。pZ↑——动力性↑、经济性↑但过大→尺寸↑，笨重；——应力↑——变形、疲劳裂纹→可靠性、寿命↓；——磨损↑——振动噪音↑pZ取值范围：非增压机pZ=6～8MPa增压低速二冲程机pZ=7～15MPa增压中高速机pZ=7～17MPa3.2排气温度tr表征柴油机热负荷的主要参数之一。用来衡量缸内热负荷大小和燃烧质量，一般不大于550℃。18193.3活塞的平均速度CmCm↑→柴油机功率Pe↑；但Cm↑——机械负荷↑、热负荷↑、磨损↑解决办法：——柴油机采用长行程、低转速，提高螺旋桨推进效率。•30602SnSnCm203.4行程缸径比S/D——是柴油机的主要结构参数之一。1）S/D↑→曲柄半径R↑→柴油机宽度、高度、重量↑2）S/D↑（一般转速↓）→往复惯性力↓→机械负荷↓3）S/D↑→气缸散热面积↑→热负荷↓（缸套热负荷↑、缸盖热负荷↓）4）S/D↑，在同等压缩比情况下，燃烧室容积Va↑→混合质量↑5）S/D↑→扫气效果↓，对直流扫气影响小，对弯流扫气影响大（弯流扫气S/D＜2.2）6）S/D↑→曲柄半径R↑→曲轴刚度↓7）S/D↑→振动↑。短行程柴油机：2.5SD长行程柴油机：2.53.0SD超长行程柴油机：3.0SD213.4行程缸径比S/D3.5强化系数pe·Cm表征柴油机受热负荷和机械负荷两方面的综合强烈程度。取值参见表1-622233.6压缩比ε•对性能影响很大的结构参数。•1）对经济性影响•ε↑→经济性↑（ε＞12影响减弱），但ε↑↑→Va↓对雾化、燃烧不利→经济性↓•2）对动力性及机械负荷的影响——决定ε上限取值•ε↑→压缩压力p↑→爆发压力pz↑→动力性↑•→机械负荷、磨损↑•增压机∵进气压力↑→爆发压力pz已经较高，故↓ε，避免pz过高。（随技术和材料技术的↑，ε已达16～19）•3）对燃烧起动性影响——决定ε下限取值•ε↓→压缩压力p↓→压缩终点温度↓（柴油机考压燃点火）→起动性↓。3.7重量指标——通常以比重量来衡量。比重量（gw）又称单位功率重量，即：ewwPGg（kg/kw）24253.8外形尺寸指标外形尺寸指标又称紧凑性指标，是指柴油机总体布置紧凑程度的指标。通常以柴油机的单位体积功率来衡量。单位体积功率Nv，即：•VPPev（kW/m3）式中：V=LBH，其中L、B、H为柴油机的最大长、宽、高尺寸。26排放污染指标柴油机的有害排放物：船舶柴油机的排放受到国际海事组织公约的限制等2,,,SONOHCCOx排放物中速机g/(kW.h)低速机g/(kW.h)NOX1217CO1.61.6HC0.50.5CO2660660SO24.2×%S4.2×%S