船舶动力系统2-2

船,第二章柴油机（2）,舶,动,力,系,统,柴油机的性能指标,柴油机的性能可从动力性、经济性、运转性（冷车起动、排放性、加速性、加载性等）、可靠性、耐久性等方面来加以衡量动力性指标经济性指标,柴油机性能指标的分类：指示指标：反映气缸内工作完善程度。考虑缸内燃烧程度、传热损失有效指标：输出轴上的指标，在指示指标的基础上考虑了一系列机械损失,平均指示压力pi,假设一个不变的压力作用在柴油机气缸活塞上，这个假想的压力被称为平均指示压力pi一个工作循环内，平均指示压力所做的功=实际工作循环的指示功,二冲程示功图,示功图的功率计算,Pi表征柴油机单位气缸工作容积做功能力的大小可用来评定不同类型柴油机的做功能力和工作循环完善程度,示功图：柴油机气缸内气体压力随气缸容积变化的图形。横坐标-气缸容积V(m3)纵坐标-缸内压力p（MPa）a-活塞上止点b-活塞下止点a、b的距离即表示活塞的一个行程示功图包围面积=一个工作循环所作指示功Wi,四冲程示功图.swf,pi与气缸容积无关，气缸工作容积的利用程度pi单位气缸工作容积的作功能力大工作循环完善,气缸强化程度,既定的柴油机，pi主要由循环供油量（即负荷大小）决定，还受换气质量、燃油雾化质量影响每循环供油量大，pi提高过量空气系数增大，缸内的燃烧质量提高，pi提高；但当过量空气系数过高时，由于油气浓度过低，使pi降低工质混合完善程度高，pi高。换气质量提高，pi高,一般情况下，pi增压柴油机非增压柴油机四冲程机二冲程机直流扫气式柴油机的弯流扫气式柴油机,柴油机实际运行中，当进、排气阀定时或喷油定时发生变化气缸漏泄增加燃油喷射压力调节不当燃油雾化质量下降增压系统故障pi降低实际运行中，可根据示功图变化判断柴油机工作过程的优劣，并进行必要调整,【例】燃烧太早特征：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；燃烧曲线过早脱离压缩曲线，着火点提前；膨胀曲线降低；排气温度降低原因：喷油正时提前；喷油器启阀压力降低；调压弹簧断裂；改用优质燃油而未减小喷油提前角等。,危害：增加柴油机的机械负荷，严重情况下会引起燃烧（热）敲缸现象，影响工作可靠性。,【例】燃烧太晚特征：最高爆发压力pz明显降低;示功图头部圆滑，着火点明显后移，表示燃烧后移；膨胀线升高；排气温度升高。原因喷油正时滞后；喷油器启阀压力过高；改用劣质燃油而未调大喷油提前角；喷油器或喷油泵漏油；喷油器的缝隙式滤器堵塞等。,指示功率Pi,指示功率：单位时间，柴油机缸内工质推动活塞所做的功（KW）,如各缸负荷不均匀，将各缸功率相加得到整台柴油机指示功在船上，应定期测量示功图并计算柴油机的指示功率。对既定的柴油机，指示功率为,指示热效率i,指示热效率：指示功的热当量/消耗燃料热量,指示燃油消耗率gi,指示燃油消耗率：一千瓦指示功率每小时消耗的燃油,有效功率Pe,有效功率Pe：从发动机曲轴输出的功率=指示功率机械损失功率=PiPmPe通过测功器测量得到制动功率（BHP，BrakeHorsePower）：柴油机性能试验台架上由水力（电力、电涡流）测功器测量出扭矩，计算得到轴功率（SHP,ShaftHorsePower）：柴油机装船后，用扭矩仪测量出扭矩，计算得到一般BHPSHP,机械损失功率摩擦损失功率：克服柴油机各相对运动部件表面摩擦力所消耗的功率活塞、活塞环与气缸套壁间的摩擦损失（约占全部摩擦损失的5565）十字头滑快与导板、各轴承处的摩擦损失（约占全部摩擦损失3545）,拖动损失功率：带动柴油机辅助机械(喷油泵、注油器、气阀传动机构、扫气泵、空气分配器、自驱动滑油泵等)所消耗的功率拖动损失功率随着柴油机转速的提高而增加。,泵气损失功率：非增压四冲程柴油机的进、排气过程中所消耗的功率增压式四冲程柴油机中，由于进气压力高于排气压力，在换气过程中，工质是对外做功的，因而，不但没有损失，反而可以获得有用功。在二冲程柴油机中，没有单独的进气与排气行程，所以泵气损失功率为零,a)四冲程非增压发动机b)四冲程增压发动机c)二冲程发动机,机械效率,机械效率的影响因素：设计、制造；负荷、转速、滑油温度、冷却水温度、安装质量等同一台柴油机，转速n不变时，负荷增加时，机械效率相应增加。当柴油机空载运行时，m0，即全部指示功均消耗于摩擦损失同一柴油机，负荷不变时，转速增加摩擦损失增加机械效率下降,不同型式的柴油机，转速、负荷对m的影响随使用方式不同而不同柴油机出厂时给出m-n曲线，可根据使用转速查处m,柴油机有效热效率：,燃油消耗率：轴功率每小时的燃油消耗量高速柴油机：=212251；中速柴油机：=197281；低速柴油机：=160190；,滑油消耗率在标定工况时，每千瓦小时所消耗滑油量的克数，单位为g/kWh滑油在机内不断循环使用的，其消耗的主要方式有：.滑油经活塞环窜入燃烧室或由气阀导管流入缸内烧掉，未烧掉的则随废气排出。.有一部分燃油在曲轴箱内雾化或蒸发，而由曲轴箱通风口排出。一般为0.54g/kwh,船用柴油机的常见经济指标范围,柴油机其他常用参数,表征柴油机机械负荷、热负荷、基本结构、强化程度、排放性能的参数最高爆发压力排气温度活塞平均速度行程缸径比强化系数压缩比重量指标外形尺寸,最高爆发压力pZ燃烧过程中气缸内工质的最高压力最高燃烧压力pz是柴油机周期性变化的机械负荷的主要外力，它引起各受力部件的应力和变形，造成疲劳破坏、磨损和振动,pz值的大小对柴油机的结构与性能有很大的影响：pz增大，柴油机结构尺寸增大，柴油机笨重pz增大，螺栓预力增大，接合面比压增大pz增大，磨损、振动、噪音等相应增大。为了避免工作粗暴，一般限制其平均压力增长率pz增大，会破坏润滑油膜，加剧零部件的磨损，降低柴油机的使用寿命适当提高pz、压缩比、压力升高比(=最高爆发压力/压缩压力)，可以提高柴油机的热效率，降低燃油消耗率,目前柴油机pz值的数据范围是：非增压柴油机，68MPa增压低速二冲程柴油机，718MPa增压中、高速柴油机，720MPa,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非增压柴油机的排气温度：排气管内废气的平均温度增压柴油机的排气温度：气缸盖排气道出口处废气的平均温度,船舶上通常用排气温度来衡量热负荷的大小柴油机排气温度过高，标志热负荷过高，经济性下降、可靠性下降、排放性能下降等排气温度是柴油机运转管理中重要的监测参数,3.活塞的平均速度vm曲轴一转两个行程中活塞运动速度的平均值活塞平均速度是影响柴油机机械负荷、热负荷、寿命的重要参数之一提高vm可以提高柴油机的功率，但零件的机械负荷、热负荷同时增加，机件的磨损也相应增加，因而靠提高vm来提高功率是有限度的,近代船用大型二冲程柴油机多采用长或超长行程。为了维持较长的寿命和适当的vm值，均选用较低转速如标定转速低于100r/min，甚至仅为60-70r/min,4.行程缸径比S/D是柴油机的主要结构参数之一当活塞平均速度vm及缸径D为定值时（1）行程缸径比影响柴油机的尺寸和重量。S/D增大柴油机的宽度、高度及重量均增加,（2）影响机械负荷缸内气体压力不直接受S/D的影响，但最大往复惯性力Fjmax随S/D的增加而减小，即S/D增加，机械负荷减小（3）影响热负荷S/D增大气缸散热面增大，热负荷减小，同时影响燃烧室各部件的传热量分配比例,（4）影响混合气形成S/D增大，燃烧室余隙高度增大，有利于混合气的形成（5）影响扫气效果S/D增大气流在缸内流动路线长降低扫气效果此影响随扫气形式不同而不同。如对直流扫气的影响较小，允许使用较大的S/D值，而对弯流扫气的影响比较大，不允许使用较大的S/D值(通常不高于2.2),（6）影响曲轴刚度S/D增大曲柄半径变大，曲轴轴颈的重叠度降低，曲轴刚度下降（7）影响轴系的振动性能S/D增大，轴系的纵振及扭振固有频率降低，容易产生不允许的纵振和扭振,船用柴油机的S/D值范围,5.强化系数Pevm表征柴油机受热负荷和机械负荷两方面的综合强烈程度,6.压缩比影响柴油机的经济性、动力性、燃烧起动性对经济性的影响在一定范围内提高可明显提高经济性，but当12后对经济性的影响程度减弱；过高时将由于余隙高