第2讲柴油机特性g

2020/2/26第四节柴油机的推进特性一、螺旋桨的特性二、柴油机的推进特性三、推进特性参数分析四、柴油机与螺旋桨匹配2020/2/26一、螺旋桨的特性桨的推力和转矩应符合：Fp=Kpρn2D4，Mp=Kmρn2D5根据螺旋桨理论，可以得知：螺旋桨所需的吸收功率与其转速的三次方成正比。C、C1与螺旋桨的结构参数及其运转时的动力情况有关。对于选定的螺旋桨，C、C1主要取决于进程比λp=hp/D。3ppCnP21ppnCM2020/2/26螺旋桨的水动力特性2020/2/262020/2/26二、柴油机的推进特性柴油机作主机带动螺旋桨工作时，根据主机功率与螺旋桨所需功率相等的原则，主机所发出的有效功率Pe与转速n的关系也应遵循三次方的规律。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。2020/2/26二、柴油机的推进特性其测取具体步骤如下：柴油机的推进特性是在专门的试验台上进行测试的。将柴油机调整到在推进特性的各对应点上稳定运行，测取各对应点下柴油机的各主要性能参数（见附表），然后以转速为横坐标，以所测参数为纵坐标绘成曲线，即为柴油机的推进特性曲线。附表柴油机推进特性在各转速下的功率百分数值nb％103100908070605040Pb％11010072.951.834.321.612.56.42020/2/262020/2/266300型柴油机推进特性2020/2/266L350PN型柴油机推进特性曲线2020/2/26三、推进特性参数分析2020/2/26四、柴油机与螺旋桨匹配在进行船舶设计时，是根据主机来选配螺旋桨的。原则：使柴油机的功率得到充分发挥，又要使柴油机在全部的工作转速范围内都不超负荷。设计时，通常是以柴油机标定功率的85%~95%作为配桨功率，目的是使柴油机留有一定的功率储备。2020/2/26柴油机与螺旋桨匹配特性2020/2/262020/2/262020/2/26第五节柴油机的调速特性一、双制式调速器的调速特性二、全制式调速器的调速特性2020/2/26第五节柴油机的调速特性柴油机的调速特性是指当调速器的转速调节机构固定于某一位置时，在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关系。2020/2/26第五节柴油机的调速特性调速特性的特点：调速特性与柴油机的其它特性不同，它并不涉及柴油机内部的工作过程，只与调速器的工作性能直接有关──主要指稳定调速率δ2。2020/2/26第五节柴油机的调速特性调速特性的试验方法先在标定转速nb和标定负荷Pb下满足标准试验条件稳定运转时，先卸去全部负荷，使其转速达到最高空载转速，然后逐步增加负荷至标定负荷，记录各测试点的柴油机转速、扭矩和油耗等参数并绘成曲线，便得到柴油机的调速特性曲线。2020/2/26一、双制式调速器的调速特性在最低和最高控制转速时起作用，低速加油高速断油。2020/2/26双制式调速器的调速特性2020/2/26二、全制式调速器的调速特性全制式调速器不仅在低速和高速范围内有调速作用，而且在整个运行转速范围内都有调速作用。2020/2/26全制式调速器调速特性2020/2/26二、全制式调速器的调速特性由全负荷变化至空负荷，经调速器调节，转速由na变化到nb。如果nb＞na，说明柴油机在负荷变化时，存在转速差，调速器的转速调节称为有差调节；如果na=nb，转速差为零，（即稳定调速率δ2=0），调速器的调节为无差调节。2020/2/26第六节柴油机的限制特性及运转范围一、柴油机的限制特性二、船用柴油机的允许工作范围三、典型柴油机的选型区域和运行范围2020/2/26一、柴油机的限制特性柴油机的限制特性是指限制柴油机在各种转速下的运转功率，以使柴油机的机械负荷示热负荷不超出为保证它可靠工作而规定的允许范围。2020/2/26一、柴油机的限制特性对非增压柴油机来说，会因转矩增大而导致机械负荷超出允许范围；而对废气涡轮增压柴油机，当转速降低时，还会因废气能量迅速减少，增压器输出空气压力降低，进入气缸的空气量变少而使α降低，会引起气缸内燃烧不良、燃气温度升高，从而可能导致柴油机的热负荷在低负荷时也超出允许范围。2020/2/26一、柴油机的限制特性按照柴油机类型的不同，在确定其限制范围时，通常把最高爆发压力Pz、平均有效压力pe、曲轴转矩Me、过量空气系数α、排气温度Tr和增压器转速nT等参数作为限制因素。其中看常用的是Me和Tr。2020/2/261．等转矩限制特性──限制机械负荷只要限制柴油机的转矩Me，使之在任何情况下都不超过标定工况下的转矩Mb，轴系就不致因超机械负荷而损坏。转矩限制特性在Pe-n坐标图上是一条通过坐标原点和标定工况点的直线。在等转矩特性线以下的全部工作转速范围内，柴油机不会超机械负荷。2020/2/26柴油机的热负荷与过量空气系数α有直接的关系。过量空气系数α会随转速的降低而减小引起燃烧不良，排气温度升高而导致柴油机在低速运行时热负荷超过允许范围。但是，柴油机在运转过程中，过量空气系数α的值很难测定。所以实际上常以排气温度Tr作为限制柴油机热负荷的参数来建立相应的限制特性——等排温限制特性。2．等排温限制线──限制热负荷2020/2/262．等排温限制线──限制热负荷从实验可知，柴油机在标定工况下运行时，机械负荷和热负荷都不会超出规定值。当转速降低时，在转速开始下降的初期，按等转矩线变化的功率小于按等排气温度线变化的功率；而到转速下降的后期，按等转矩线变化的功率却大于按等排气温度线变化的功率。因此，柴油机的限制特性中，在转速下降的初期，以转矩作为主要限制参数；而在转速下降的后期（低转速范围），则以排气温度作为主要限制参数。2020/2/26限制特性曲线2020/2/26二、船用柴油机的允许工作范围为了使船用柴油机能够经济、稳定、可靠地工作和具有较长的使用寿命，必须对它的运行工况作出一定的限制，即确定一个允许的工作范围。使运行中的柴油机的最大功率（负荷）、最小功率、最高转速和最低转速都限制在一定的范围。2020/2/26船用柴油机一般所允许的工作范围。2020/2/261、最大功率柴油机在各种转速下允许达到的最大功率，在不同的工作条件下分别由超负荷速度特性。负荷速度特性、等排气温度限制特性和等转矩限制特性来加以限制。柴油机在各种转速下的功率如果超过这些特性曲线所规定的上限，其经济性和可靠性都将显著下降。2020/2/262、最小功率柴油机在各种转速下的最小功率由最小的部分负荷速度特性（曲线8）来限制。最小功率一般规定为长期使用功率的10%～25%。循环供油量也要相应减小。若减至太小，会使各缸的供油量变得很不均匀，甚至可能导致个别气缸不喷油或不发火，使柴油机运转不稳定；并且还会产生因燃烧不良，燃烧室表面严重积炭或有未经燃烧的柴油沿气缸壁流人曲轴箱污染并稀释润滑油、低温腐蚀加剧等不良后果。2020/2/263、最高转速柴油机转速过高，会产生过大的惯性力和惯性力矩，导致机件的振动和磨损加剧。使柴油机不能安全工作。柴油机在各种负荷下可能达到的最高转速，在装有调速器的情况下，由调速特性来限制。2020/2/264、最低转速柴油机在各种负荷下的最低转速也是有限制的，柴油机在过低的转速下运转时，油泵柱塞的速度下降，泵油压力降低得过多，致使燃油雾化不良，混合气形成的质量变差，加上各喷油泵的柱塞套筒在加工方面存在的缺陷，可能使个别缸不能连续发火，柴油机工作不稳定甚至导致燃油不能自燃而停车。决定这条限制线的是按全负荷速度特性工作的最低稳定工作转速和按推进特性工作时的最低稳定运转转速。2020/2/26二、船用柴油机的允许工作范围综上所述，对于作为船用主机的柴油机来说，其允许的工作范围如图上l-3-5-8-10曲线所围成的面积。2020/2/26三、典型柴油机的选型区域和运行范围主机工作的好坏不仅取决于主机本身的性能，同时也与船舶设计部门及船东如何选择和使用有密切关系。在主机选型时，除了使主机在船舶试航时满足设计要求的各项指标以外，还要考虑一定时间后机器性能下降、船体变脏情况下主机和和螺旋桨的配合情况，同时还要考虑船舶在复杂海况及不同水域时的适应特性。主机选型应考虑柴油机性能的优化及船舶在整个使用期内的主要运行工况。2020/2/26SulzerRT-flex型MANB＆WS60MC-C型2020/2/261、功率储备螺旋桨设计工况点——PD点；船体工作储备——SP点，约为15％PD指示的功率。发动机功率储备10％MP点，即10%MCR。优化工作点（OptimizingPoint）。2020/2/262、RTA型柴油机运行范围2020/2/262、MC型柴油机运行范围2020/2/262、SMC带VIT运行范围