任务柴油机特性分析.ppt

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,*,*,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,*,【,项目描述,】,通过柴油机特性、螺旋桨推进特性和机桨配合特性等方面的知识学习和技能训练，达到,STCW78/95,公约和中华人民共和国海船船员适任考试大纲关于船舶推进装置工况管理方面的适任标准要求,项目九 船舶推进动力装置的工况管理,任务,9.1,柴油机特性分析,任务,9.2,推进特性与机桨配合工况管理,任务,9.1,柴油机特性分析,【,任务介绍,】,介绍了船舶柴油机的运转工况、速度特性、负荷特性、调速特性和限制特性等方面的知识,知识目标,能力目标,具备正确分析柴油基本工作特性及其影响因素的初步能力,掌握柴油机速度特性、负荷特性、调速特性和限制特性等方面的基本知识,任务,8.1,船舶轴系及传动设备的管理,任务,9.1,柴油机特性分析,知识陈述,柴油机运转工况：,柴油机在各种不同条件下运转的工作状况（功率和转速）,分类：,根据柴油机在船上应用时的不同条件，分为,发电机工况、螺旋桨工况和其他工况,三种工况,一、船舶柴油机的运转工况,发电机工况,转速不变而功率随时发生变化的工况。,螺旋桨工况,螺旋桨吸收功率,P,p,和柴油机功率,P,e,与转速,n,的三次方成比例的工况,螺旋桨工况,发电机工况,其他工况,柴油机功率与转速之间没有一定的关系。柴油机的转速是由工作机械所需的速度决定的。而功率则由运行中所遇到的阻力决定。柴油机在一定的负荷和一定的转速范围内的任何工况下工作。即柴油机在一定的转速下工作，要求有不同的输出功率，或在某一功率下工作时可以有不同的转速，此类工况亦称,面工况,任务,9.1,柴油机特性分析,知识陈述,面工况指阴影部分,柴油机特性,柴油机的主要性能指标和工作参数随运转工况变化的规律。,柴油机特性曲线图,在坐标图上用曲线的形式表达的柴油机特性。,分类,：,P,e,=f,(,p,e,n,),速度特性,-,p,e,不变，柴油机性能参数随,n,变化的关系,负荷特性,-,n,不变，柴油机性能参数随负荷（,p,e,）变化的关系,推进特性,-,机带桨时，按螺旋桨特性工作时性能参数随,n,或,p,e,变化的关系,调速特性,-,主要取决于调速器的工作性能,限制特性,-,p,e,按不同的规定加以限制测得的有效功率随转速的关系,1,、,柴油机特性的基本概念,任务,9.1,柴油机特性分析,知识陈述,二、,柴油机特性及研究柴油机特性的目的,任务,9.1,柴油机特性分析,知识陈述,2,、,研究柴油机特性的目的,评价柴油机性能,从出厂时的特性曲线中可以对新出厂或大修后的柴油机的动力性、经济性、可靠性和使用可能性等作出鉴定。也是选型配套和提出产品改进意见的重要依据。,确定柴油机工况,由特性可决定柴油机在船舶使用条件下的极限允许适用范围，选择最佳工作点和合理地调整柴油机。,分析影响特性的因素,以便寻找改善发动机特性的途径，使发动机的性能得到进一步提高。,检测柴油机的状态,将运转中测得的主要性能指标和工作参数与特性曲线给出的相应工况下的数值比较，借以查明柴油机工作质量和技术状态。,任务,9.1,柴油机特性分析,知识陈述,三、,柴油机的速度特性,速度特性,在柴油机试验台上将喷油泵油量调节机构固定在某一位置上，改变柴油机负荷，使柴油机转速变化，所测得柴油机主要性能指标和工作参数随转速变化的关系。,速度特性的分类,按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，柴油机速度特性分为,全负荷速度特性、超负荷速度特性和部分负荷速度特性,速度特性的意义,从本质上反映出柴油机所具有的潜在的最大工作能力,任务,9.1,柴油机特性分析,知识陈述,1,、,全负荷速度特性（外特性）,定义,将柴油机喷油泵油量调节机构固定在相当于标定转速下发出标定功率的供油位置上，通过调节实验负荷逐步改变柴油机的转速，测取对应的,p,e,、,M,e,、,P,e,、,b,e,、,t,r,、,p,k,、,n,T,等参数值随转速变化的规律。,全负荷速度特性的测量标准,标准试验环境状况和试验功率。,标准试验环境,国标规定的标准环境为：大气压力,p,0,=100,kPa,，,相对湿度,o,=60%,，环境温度,T,ex,=,298,K,或,25,，中冷器进口冷却介质温度,T,ex,=,298K,或,25,；对“无限船舶”应遵循,IACS,标准,：,p,0,=100,kPa,，,o,=60%,，,T,o,=318K,或,45,，,T,ex,=,305K,或,32,试验功率,国标规定：标定功率按不同用途分为,15,min,功率、,1,h,功率，,12,h,功率和持续功率。我国,海规,规定以,持续功率,作为船用柴油机的标定功率。国外船用柴油机的最大持续运转功率,MCR,即为标定功率,超负荷速,度特性线,全负荷速,度特性线,部分负荷,速度特性线,任务,9.1,柴油机特性分析,知识陈述,全负荷速度特性可表达了柴油机在不超过标定供油量的条件下，,各转速下所能发出的最大功率。,作为船舶主机，在实际使用时考虑到航行条件和船舶污底情况，主机须留有适当的,功率储备,，即主机长期运转最大功率要低于标定功率一个值,任务,9.1,柴油机特性分析,知识陈述,2,、超,负荷和部分负荷速度特性,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标定功率的,110%,（与之对应的转速为标定转速的,103%,），并且在,12,h,运转期内允许超负荷运转,1,h,。,把喷油泵油量调节机构固定超负荷油门位置，测得的柴油机主要性能指标和工作参数随转速的变化规律称为超负荷速度特性。它反映了柴油机在各种不同的转速下可能达到的最大功率,部分负荷速度特性,将喷油泵油量调节机构固定在比标定功率油量小的各个位置上，测得的柴油机的主要性能指标和工作参数随转速变化的关系,任务,9.1,柴油机特性分析,知识陈述,3,、,柴油机按速度特性工作时主要工作参数的变化规律（,循环供油量,b,i,=,常数,）,非增压柴油机,增压柴油机,（,1,）充量系数,v,转速升高时，进排气系统的流阻增大，且循环频率增大，缸壁温度升高，充气量减少，,v,减小。,（,2,）过量空气系数,b,i,常数时，,值取决于每循环充气量,G,a,。而,G,a,=,V,s,v,a,，,对非增压机,V,s,为定值，,a,基本不变，,G,a,及,变化规律与,v,相同,对废气涡轮增压机，,v,和,a,均随转速变化。,b,i,不变而,n,增加时，气缸排出的废气能量增加，增压器输出的空气压力增加，提高了进气空气密度,a,。当转速,n,升高时，虽,v,呈下降趋势，但,a,增大的幅度大于,v,减小的幅度，,g,a,和,随,n,升高而增大,任务,9.1,柴油机特性分析,知识陈述,（,3,）指示热效率,i,i,随,n,变化的规律主要取决于,随,n,变化的规律。,i,-,f,(,n,),和,-,f,(,n,),两条曲线在形态上相似,（,4,）平均指示压力,p,i,由,p,i,=W,i,/V,S,=b,i,H,u,i,/,(,AV,S,),=A,/,b,i,i,（,A,/,为常数）。因,b,i,=,常数，可见,p,i,基本上与,i,成正比。,p,i,和,i,随,n,变化的曲线可以在同一坐标系中用不同的比例尺将,p,i,-n,和,i,-n,用一条曲线来表示,（,5,）机械效率,m,m,=1-P,m,/P,i,可知，,m,取决于平均机械损失压力,P,m,和平均指示压力,p,i,。,对于非增压柴油机，当,n,增大时，,P,m,增大，而,P,i,减小，使比值,P,m,/,P,i,增大，,m,则减小。对废气涡轮增压柴油机，当,n,增大时,P,m,和,P,i,同时增大。低增压柴油机 比,P,i,增大得快，使,P,m,/,P,i,增大，,m,减小；高增压柴油机,P,m,比,P,i,增大得慢，使比值,P,m,/,P,i,减小，,m,增大,任务,9.1,柴油机特性分析,知识陈述,（,6,）有效指标,p,e,、,M,e,、,P,e,和,b,e,、,e,随转速,n,变化的规律,由,p,e,=P,i,m,，在已知,P,i,、,m,随,n,变化规律后，可很方便地从二者乘积中找出,p,e,随,n,变化的规律。对于非增压柴油机，,n,增大时，,P,i,和,m,同时减小，所以,p,e,随,n,升高而减小。对于低增压柴油机，一般情况为,p,e,随,n,升高而减小，但减小幅度比非增压柴油机要小；对于高增压柴油机，,p,e,随,n,的升高而增大，但增大幅度并不太大。,由,M,e,=,Cp,e,可知，,M,e,和,p,e,可用不同的比例尺以同一条曲线来表示。由,P,e,=,Cp,e,n,可知，在柴油机的正常转速范围内，,p,e,总是随,n,的增大而增大，对于高增压柴油机增大得更快些,四、,柴油机的负荷特性,负荷特性,保持柴油机转速保持不，在试验台上或实船条件下测得的柴油机各项主要性能指标和工作参数随负荷变化的规,测定条件,负荷特性一般是在标定转速下测取的,速度特性的意义,负荷特性是标志柴油机动力性与经济性的基本特征。可用于比较不同柴油机的性能或评价同一柴油机的结构设计改变或调整后的效果；标定柴油机的功率；绘制万有特性曲线（柴油机各种性能参数相互关系的综合特性曲线）,任务,9.1,柴油机特性分析,知识陈述,1,、,负荷特性的概念,任务,9.1,柴油机特性分析,知识陈述,负荷特性曲线,2,、,柴油机按负荷特性工作时主要工作参数的变化规律,柴油机按负荷特性工作时，转速不变而只改变循环供油量，即当外界负荷变化时，柴油机改变循环供油量使输出功率改变。表征,P,e,和,p,e,关系可简化为,P,e,=Bp,e,，而,p,e,可认为只与循环供油量有关。,（,1,）有效功率,P,e,和指示功率,P,i,P,e,=Bp,e,是通过原点有一定斜率的直线。,P,i,Bp,e,+Bp,m,，转速不变时，,p,m,=,常数，所以,P,i,f,(,p,e,/p,b,),是一条截距为,Bp,m,、近似平行于,P,e,f,(,p,e,/p,b,),的直线。,在低负荷区，m随pe降低而急剧减小，致使e也以很大的变化率下降。,作为船舶主机，在实际使用时考虑到航行条件和船舶污底情况，主机须留有适当的功率储备，即主机长期运转最大功率要低于标定功率一个值,（1）有效功率Pe和指示功率PiPe=Bpe是通过原点有一定斜率的直线。,当pe减小时，涡轮前废气压力pT和温度tT减小，扫气空气压力pk和流量相应减小。,全负荷速度特性的测量标准标准试验环境状况和试验功率。,这种情况使得增压机的随pe降低时的增大速率小于非增压机。,当转速n升高时，虽v呈下降趋势，但a增大的幅度大于v减小的幅度，ga和随n升高而增大,当pe减小时，bi减小，增大。,掌握柴油机速度特性、负荷特性、调速特性和限制特性等方面的基本知识,即柴油机在一定的转速下工作，要求有不同的输出功率，或在某一功率下工作时可以有不同的转速，此类工况亦称面工况,柴油机按负荷特性工作时，在低于pe/pb的某一个值下都有一个e的最大值和be的最小值。,（4）平均指示压力pi由pi=Wi/VS=biHui/(AVS)=A/bii（A/为常数）。,具备正确分析柴油基本工作特性及其影响因素的初步能力,等转矩限制线若Me=Mb，Me=9550Pe/n和Mb=9550Pb/nb，有,（2）等排气温度限制特性柴油机的热负荷主要取决于过量空气系数。,（,2,）机械效率,m,由,m,=,1-,P,m,/P,i,，而,p,i,1-,p,m,+p,e,，可见,m,与,p,e,之间的关系：当,p,e,=0,时，,m,=0,，说明柴油机无功率输出，燃料能量全部消耗在机械损失上；,m,随,p,e,增大而增大，增大率随负荷增大而减小，在高负荷时，几乎看不出,m,随,p,e,变化而变化。这种,m,随,p,e,变化的规律对于按负荷特性工作的任何柴油机都是一样的,任务,9.1,柴油机特性分析,知识陈述,（,3,）指示热效率,i,i,主要取决于,、,又主要取决于循环空气量,G,a,和循环供油量,b,i,。对于非增压柴油机，当,n,不变而,p,e,改变时，,主要取决于,b,i,。当,p,e,减小时，,b,i,减小，,增大。对废气涡轮增压柴油机，,G,a,受增压压力,p,k,影响很大。当,p,e,减小时，涡轮前废气压力,p,T,和温度,t,T,减小，扫气空气压力,p,k,和流量相应减小。这种情况使得增压机的,随,p,e,降低时的增大速率小于非增压机。,m随pe增大而增大，增大率随负荷增大而减小，在高负荷时，几乎看不出m随pe变化而变化。,把喷油泵油量调节机构固定超负荷油门位置，测得的柴油机主要性能指标和工作参数随转速的变化规律称为超负荷速度特性。,二、柴油机特性及研究柴油机特性的目的,1 船舶轴系及传动设备的管理,值难以测定，且在整个运转转速范围内是动态变化的，实际上常以平均排气温度tr代替和tm来表示柴油机的热负荷,当pe减小时，bi减小，增大。,这种情况使得增压机的随pe降低时的增大速率小于非增压机。,由Pe=Cpen可知，在柴油机的正常转速范围内，pe总是随n的增大而增大，对于高增压柴油机增大得更快些,调速特性-主要取决于调速器的工作性能,（5）有效指标e和bee是i和m的乘积。,通过柴油机特性、螺旋桨推进特性和机桨配合特性等方面的知识学习和技能训练，达到STCW78/95公约和中华人民共和国海船船员适任考试大纲关于船舶推进装置工况管理方面的适任标准要求,（2）等排气温度限制特性柴油机的热负荷主要取决于过量空气系数。,2、柴油机按负荷特性工作时主要工作参数的变化规律,发电机工况转速不变而功率随时发生变化的工况。,柴油机特性曲线图在坐标图上用曲线的形式表达的柴油机特性。,表征Pe和pe关系可简化为Pe=Bpe，而pe可认为只与循环供油量有关。,（3）指示热效率ii主要取决于、又主要取决于循环空气量Ga和循环供油量bi。,介绍了船舶柴油机的运转工况、速度特性、负荷特性、调速特性和限制特性等方面的知识,（,5,）有效指标,e,和,b,e,e,是,i,和,m,的乘积。当,p,e,从,p,b,下降初期，,i,i,随,p,e,下降而增大，,m,却,p,e,降而减小。在大多数情况下，开始时,i,的变化率大于,m,的变化率。,e,随,p,e,降低而提高。当,p,e,继续下降，,i,增大率减缓，而,m,减小率增大。在低负荷区，,m,随,p,e,降低而急剧减小，致使,e,也以很大的变化率下降。,b,e,与,e,成反比,。柴油机按负荷特性工作时，在低于,p,e,/,p,b,的某一个值下都有一个,e,的最大值和,b,e,的最小值。此值出现的位置根据柴油机的类型而异。部分高增压柴油机该值可能出现在,p,e,/,p,b,=1,或,p,e,/,p,b,1,处。在低负荷下,e,降低，,b,e,增大，且负荷越低此规律越显著，这是一切柴油机所共有的特性,任务,9.1,柴油机特性分析,知识陈述,五、,柴油机的限制特性,限制特性,指限制柴油机在各种转速下的最大有效功率，使柴油机的机械负荷和热负荷不超出为保证它可靠工作而规定的允许范围，它是速度特性的一种。,种类,可把最高爆发压力,p,z,、平均有效压力,p,e,、曲轴转矩,M,e,、过量空气系数,、排气温度,t,r,以及涡轮增压器转速,n,T,等参数作为限制因素。其中较为常见的是,M,e,、,和,t,r,任务,9.1,柴油机特性分析,知识陈述,任务,8.1,船舶轴系及传动设备的管理,知识陈述,（,1,）等转矩限制特性,限制柴油机在各种转速下长期运转时,M,e,都不大于,M,b,，以免柴油机曲轴因机械负荷过大而损坏。,等转矩限制线,若,M,e,=,M,b,，,M,e,=,9550,P,e,/n,和,M,b,=,9550,P,b,/n,b,，有,在,p,e,-n,坐标系中等转矩限制特性线是一通过坐标原点，斜率,C=p,b,/,n,b,=,的直线,等转矩限制线,任务,8.1,船舶轴系及传动设备的管理,知识陈述,（,2,）,等排气温度限制特性,柴油机的热负荷主要取决于过量空气系数,。,值难以测定，且在整个运转转速范围内是动态变化的，实际上常以平均排气温度,t,r,代替,和,t,m,来表示柴油机的热负荷,等排气温度限制线,柴油机,是在标定转速,n,b,下降初期以转矩作为主要限制参数，后期则以排气温度作为主要限制参数,限制特性曲线,