第二章第五节柴油机的运转特性

1、1 轮机概论轮机概论 第五节 第二章 船舶柴油机动力装置 一、柴油机的工况（概述） 柴油机在各种不同运转条件下的工作状况(功率和 转速)称为柴油机的工况。 在船上，根据用途和使用条件不同，分成以下三类： 2 轮机概论轮机概论 第二章 第四节 1带动发电机的柴油机 发电机工况的特点： 转速恒定，以保持供电电压和频率稳定。 功率，在恒定的转速下，在零至最大值之间变化，取决于电网用电情况。 如：电力传动的船舶主机 发电副机 功率N 转速n 3 轮机概论轮机概论 第二章 第四节 2带动螺旋桨的柴油机 柴油机发出功率 = 螺旋桨吸收功率相等 柴油机的工况变化规律取决于螺旋桨特性，称为螺旋桨工况 转速n

2、功率N 4 轮机概论轮机概论 第二章 第四节 3其他工况 转速和功率之间没有一定的关系。 如： 1）驱动调距桨的主机是根据不同的调 距桨叶的角度在某一转速下要求不同 的功率； 2）驱动应急救火泵或应急空压机的柴 油机分别要求符合水泵或空压机的工 况。 船舶阻力发生变化时（海况、天气、航区、装载、船舶污底以及 船舶转向），通过螺旋桨影响主机的功率和转速。使柴油机可能在一 定负荷和一定转速范围内的任何工况下工作，即在同一转速下可有不 同输出功率，在同一功率下可有不同转速，运转范围较广。 柴油机可能发出的最大功率 的阴影线区域来表示。 此类工况常称为面工况。 5 轮机概论轮机概论 第二章 第四节 概

3、述概述 总结一下： Pe(柴油机有效功率)=C pe（柴油机平均有效压力）n（转速）i 1)速度特性 pe不变，n改变 2)负荷特性 n不变， pe改变 3)推进特性 n和pe均改变化 6 轮机概论轮机概论 第二章 第四节 1、 扭矩 （外特性） 7 轮机概论轮机概论 第二章 第四节 2、推进特性 动 （1）螺旋桨特性 8 轮机概论轮机概论 第二章 第四节 当进程比变大时，同一转速下，螺旋桨的扭矩和功率都将降低。 有两种情况： 一是船速不变，螺旋桨转速减少，如主机紧急停车； 二是螺旋桨转速不变，而船速提高，如船舶顺风顺水等使船舶前进阻力 减小时。 主机变 阻力变 进程比是指螺旋桨每转一转实际产

4、生的位移与螺旋桨直径之比。 船速=0 进程比=0 阻力大 螺旋桨推力大 船速高 进程比大 阻力小 螺旋桨推力小 9 轮机概论轮机概论 第二章 第四节 10 轮机概论轮机概论 第二章 第四节 （2）柴油机推进特性 11 轮机概论轮机概论 第二章 第四节 主机在各转速下对应功率的百分数 当转速超过柴油机标定转速的3时，功率就会达到标 定值的110，即达到了柴油机超负荷功率。 显然继续提高转速是不允许的，超速运转会给柴油机 带来严重的超负荷后果。 另一方面，转速减少到标定转速的63时，功率已下 降至标定值的25。 转速较低时柴油机发出的功率大为减少，会使得每工 作循环喷油量很少，导致喷油压力降低、雾

5、化变差、燃烧 不良、各缸喷油量不均等。 对船舶操纵 习惯要求 12 轮机概论轮机概论 第二章 第四节 当柴油机的转速n不变，柴油机性能参数随负荷变化的关系， 称为负荷特性。 1）带动发电机的柴油机，转速基本上保持不变； 2）装有全制式调速器的主机，在设定转速不变的情况下； 按负荷特性工作按负荷特性工作 3负荷特性 13 轮机概论轮机概论 第二章 第四节 将调速器的转速设定机构固定于某一位置，在调速器 起作用的情况下，柴油机功率、扭矩等与转速的变化关系。 调速特性只与调速器的工作性能有关。 装有全制式调速器柴油机的调速特性 见图： 1为全负荷速度特性。 26为转速设定机构固定于不同位 置时的调速

6、特性。 na 到nb的变化范围， 说明了调速器性能的好坏， 此范围越小调速性能越好。 以斜线5为例： 全负荷时工作于a点，na。 负荷的减小，供油量自动减小，转 速增加。 负荷到零，转速增加到nb。 4调速特性 14 轮机概论轮机概论 第二章 第四节 5限制特性（柴油机的使用范围） 柴油机能长期工作的最高允许负荷与转速的关系称为限制特性。 在各种转速下的最大有效功率， 机械负荷和热负荷不超（限制） 属于速度特性。 Pe(柴油机有效功率)=C pe（柴油机平均有效压力）n（转速）i 现代柴油机随着增压度的提高，机械负荷和热负荷已 接近可靠工作允许的极限，限制柴油机在各种运转条件下 的机械负荷和热

7、负荷非常重要。 重要意义 15 轮机概论轮机概论 第二章 第四节 1）等转矩限制特性（限制机械负荷） 船用柴油机在各种转速下保持标定功率Nb和标定 转速nb下的标定扭矩Mb不变时，功率和转速的变化 关系称为等转矩限制特性。 建立等转矩限制特性的条件是： 各转速下的Me都等于标定工况点的Mb。 由Ne=Men/9550 Ne=Mbn/9550=An （A=Mb/9550） 可知： 16 轮机概论轮机概论 第二章 第四节 等转矩限制特性曲线是一条通过坐标原 点和标定工况点的直线，当柴油机在这条直 线以下工作时，可保证轴系的机械负荷都不 超过允许值。 17 轮机概论轮机概论 第二章 第四节 (2)等

8、排温限制特性 排气温度反映柴油机热负荷的大小； 排气温度的平均值容易测取。 排气温度作为限制柴油机热负荷的参数所建立的 限制特性称为等排温限制特性。 18 轮机概论轮机概论 第二章 第四节 扭矩和排气温度对柴油机工况的限制 图示： 1）在转速从标定转速下 降初期，等扭矩变化的 功率小于等排气温度变 化的功率。 2）后期则相反。 3）标定转速在高转速区 以扭矩为主要限制参数； 在低转速区则以排气温 度作为主要限制参数。 19 不能增加油门来恢复原转速，油量增加而最高爆发压力增高，导 致机械负荷增加；与此相反还应该减小油门。 三、主机在各种航行条件下的操纵 现象 1在大风浪中航行 各种阻力增加，船

9、速降低；螺旋桨的进程比减小，特性线变陡； 油门不变，转速下降，功率降低；在新的推进力与船舶阻力下平衡。 操纵 对策 后果 油门不变： 机器低速，增压压力降低，燃烧恶化和废气温度升高致使气缸过 热； 气缸最高爆发压力不变，而运动部件的惯性力减小，导致轴承负 荷增加，可能引发轴承故障。 在大风浪中航行不应要求主机保持原来转速，而应适当降低转速。结论 20 三、主机在各种航行条件下的操纵 现象 对策 2在浅水、窄航道和污底条件下航行 在船舶由深水进入浅水时，主机转速和船速都会自动下降。 如要保持原定船速而增加油门，主机就会超负荷。 窄航道中航行阻力增大。要注意不能随意加车。 船舶污底阻力增加，船速和

10、主机转速下降，如此时要保持主机原 来设定转速而加大油门就必然会使主机超负荷。 21 由于惯性，船速是从零逐渐增加，如果将油门加大， 使主机转速达到较高，就会引起主机超负荷。 因为：螺旋桨转速增加的快，而船速增加的慢，致使 螺旋桨负荷加大。 尽管主机转速没有超过标定转速，但主机已经超 负荷运转。 在起航加速和从慢速航行加速时，应随着船速的 加快而逐渐提高主机转速。 3起航和加速 现象 对策 22 倒航，阻力比正航时大，螺旋桨的效率较低； 一般倒航转速不超过额定转速的7080。 从正航转为倒航，阻力会更大。 在紧急制动的情况下，船舶仍在前进，主机倒车运转后，当 达到标定转速的40以上时，转矩就可能

11、会达到额定值。若转速 过高，主机和轴系就会超负荷。 操纵：应控制主机转速。不得以才能强制主机超负荷运转。 4转弯 5倒航 转弯时，阻力增加，不能增大油门去保持主机原来的转速。 操纵时，应尽可能避免突然的大舵角转弯。 对于设有轴带发电机的船舶更应注意。 曾有船因为突然使用大舵角转向造成发电机跳电的事故。 23 轮机概论轮机概论 第二章 第四节 三、主机在各种航行条件下的操纵 1在大风浪中航行 船舶航行时，船体在推进力和阻力平衡的条件下，保持稳定船速前行。其位于水 ：部分承受空气阻力而水下部分则承受水的阻力。当风力不大时，空气阻力很小， 船舶阻力主要是水的阻力。一般水阻力与船速的平方成正比。在风力

12、增加到5级以 上后，风对船舶的阻力开始明显增加。空气阻力的大小取决于风力、风向、船体上 层建筑的受风面积和船速。风力加大后，船体在风浪中产牛摇摆起伏也将引起兴波 阻力。 一40一 船舶在风浪中为保持航向，舵经常需要偏转一定角度，从而使船舶阻力进一步增 加，因此，风浪增大后，船舶的各种阻力都明显增加，在推进力不变阶情况下，船 速就会相应降低；船速的降低使螺旋桨的进程比减小，其特性线变陡；在油门不变 的情况下，柴油机转速就会下降，发出的功率也有所降低；最后船舶将在降低后新 的推进力与船舶阻力(船速降低时船舶空气阻力和水阻力都减小的幅度大)平衡的情 况下，以较低的航速前进。此时，不能因为主机转速降低

13、，用增加油门来恢复原转 速，那会使柴油机循环供油量增加而最高爆发压力增高，导致机械负荷增加；与此 相反还应该减小油门。这样做的主要原因是柴油机在低速运转下，如果仍保持油门 不变，一方面由于废气涡轮的总能量减少，使增乐器转速下降而增压压力降低，气 缸内供气不足，导致燃烧恶化和废气温度升高致使气缸过热；另一方面气缸最高 爆发压力不变而运动部件的惯性力减小，导致轴承负荷增加，可能引发轴承故障。 因此，在大风浪中航行不应要求主机保持原来转速，而应适当降低转速。 2在浅水、窄航道和污底条件下航行 船舶在水中的阻力可分为：摩擦阻力、形状阻力和兴波阻力。船舶在浅水中航行 时，船体 下面的水流受到海底的限制，

14、被迫流过船体两侧而使两侧水流速度增大，从而引 起摩擦阻力和形状阻力增加。此外，船舶的结构发生变化，使兴波阻力增加。因此， 在船舶巾深水进入浅水时，主机转速和船速都会自动下降。如要保持原定船速而增 加油门，主机就会超负荷。窄航道中航行和在浅水中时相同，船舶周围的水流受到 限制而造成阻力增大。如果浅水和窄航道同时现，船舶阻力增加的程度会更大， 更要注意不能随意加车， 船舶污底是由于船体水下部分附着的海生物增多而造成的。污底时船舶阻力增加， 船速 和主机转速因而下降，如此时要保持主机原来设定转速而加大油门就必然会 使主机超负荷。 3起航和加速 船舶起航时，由于惯性，船速是从零逐渐增加，如果将油门加大

15、，使主机转速 达到较高，就会引起主机超负荷。这是因为螺旋桨转速增加的快，而船速增加的慢， 致使螺旋桨负荷加大， 此时尽管主机转速没有超过标定转速，但主机已经超负荷 运转，因此，在起航加速和从慢速航 行加速时，应随着船速的加快而逐渐提高主 机转速。 4转弯 船舶在转弯时，船体在斜水流中航行，船舶阻力增加，同样也不能增大油门去保 持主机原 来的转速。在操纵船舶时也应尽可能避免突然的大舵角转弯，尤其对于 设有轴带发电机的船 舶更应注意。曾有船因为突然使用大舵角转向造成发电机跳 电的事故。 5倒航 由于倒航时船舶阻力比正航时大，而且螺旋桨的效率也比较低，所以主机倒航时 的转速要 比正航时的转速低，一般

16、倒航转速不超过额定转速的7080。 如果船舶是从正航转为倒航，则其阻力会更大。特别是在紧急制动的情况下，船 舶仍在前 进，主机倒车运转后，当达到标定转速的40以上时，转矩就可能会 达到额定值。若转速过 高，主机和轴系就会超负荷，此时操纵应根据紧急情况， 控制主机转速。除非不得以，在保船不保机的情况下才能强制土机超负荷运转。 上述使船舶阻力增加的各种场合，都应注意不能增大主机油门去维持转速；相反 还要适当 降低油门刻度使主机的热负荷和机械负荷都在限制范围之内。具体操作 可根据最高爆发压力 和排烟温度来适当控制油门刻度。 一41 24 轮机概论轮机概论 第二章 第四节 三、主机在各种航行条件下的操

17、纵 1在大风浪中航行 船舶航行时，船体在推进力和阻力平衡的条件下，保持稳定船速前行。其位于水 ：部分承受空气阻力而水下部分则承受水的阻力。当风力不大时，空气阻力很小， 船舶阻力主要是水的阻力。一般水阻力与船速的平方成正比。在风力增加到5级以 上后，风对船舶的阻力开始明显增加。空气阻力的大小取决于风力、风向、船体上 层建筑的受风面积和船速。风力加大后，船体在风浪中产牛摇摆起伏也将引起兴波 阻力。 一40一 船舶在风浪中为保持航向，舵经常需要偏转一定角度，从而使船舶阻力进一步增 加，因此，风浪增大后，船舶的各种阻力都明显增加，在推进力不变阶情况下，船 速就会相应降低；船速的降低使螺旋桨的进程比减小

18、，其特性线变陡；在油门不变 的情况下，柴油机转速就会下降，发出的功率也有所降低；最后船舶将在降低后新 的推进力与船舶阻力(船速降低时船舶空气阻力和水阻力都减小的幅度大)平衡的情 况下，以较低的航速前进。此时，不能因为主机转速降低，用增加油门来恢复原转 速，那会使柴油机循环供油量增加而最高爆发压力增高，导致机械负荷增加；与此 相反还应该减小油门。这样做的主要原因是柴油机在低速运转下，如果仍保持油门 不变，一方面由于废气涡轮的总能量减少，使增乐器转速下降而增压压力降低，气 缸内供气不足，导致燃烧恶化和废气温度升高致使气缸过热；另一方面气缸最高 爆发压力不变而运动部件的惯性力减小，导致轴承负荷增加，

19、可能引发轴承故障。 因此，在大风浪中航行不应要求主机保持原来转速，而应适当降低转速。 2在浅水、窄航道和污底条件下航行 船舶在水中的阻力可分为：摩擦阻力、形状阻力和兴波阻力。船舶在浅水中航行 时，船体 下面的水流受到海底的限制，被迫流过船体两侧而使两侧水流速度增大，从而引 起摩擦阻力和形状阻力增加。此外，船舶的结构发生变化，使兴波阻力增加。因此， 在船舶巾深水进入浅水时，主机转速和船速都会自动下降。如要保持原定船速而增 加油门，主机就会超负荷。窄航道中航行和在浅水中时相同，船舶周围的水流受到 限制而造成阻力增大。如果浅水和窄航道同时现，船舶阻力增加的程度会更大， 更要注意不能随意加车， 船舶污

20、底是由于船体水下部分附着的海生物增多而造成的。污底时船舶阻力增加， 船速 和主机转速因而下降，如此时要保持主机原来设定转速而加大油门就必然会 使主机超负荷。 3起航和加速 船舶起航时，由于惯性，船速是从零逐渐增加，如果将油门加大，使主机转速 达到较高，就会引起主机超负荷。这是因为螺旋桨转速增加的快，而船速增加的慢， 致使螺旋桨负荷加大， 此时尽管主机转速没有超过标定转速，但主机已经超负荷 运转，因此，在起航加速和从慢速航 行加速时，应随着船速的加快而逐渐提高主 机转速。 4转弯 船舶在转弯时，船体在斜水流中航行，船舶阻力增加，同样也不能增大油门去保 持主机原 来的转速。在操纵船舶时也应尽可能避

21、免突然的大舵角转弯，尤其对于 设有轴带发电机的船 舶更应注意。曾有船因为突然使用大舵角转向造成发电机跳 电的事故。 5倒航 由于倒航时船舶阻力比正航时大，而且螺旋桨的效率也比较低，所以主机倒航时 的转速要 比正航时的转速低，一般倒航转速不超过额定转速的7080。 如果船舶是从正航转为倒航，则其阻力会更大。特别是在紧急制动的情况下，船 舶仍在前 进，主机倒车运转后，当达到标定转速的40以上时，转矩就可能会 达到额定值。若转速过 高，主机和轴系就会超负荷，此时操纵应根据紧急情况， 控制主机转速。除非不得以，在保船不保机的情况下才能强制土机超负荷运转。 上述使船舶阻力增加的各种场合，都应注意不能增大

22、主机油门去维持转速；相反 还要适当 降低油门刻度使主机的热负荷和机械负荷都在限制范围之内。具体操作 可根据最高爆发压力 和排烟温度来适当控制油门刻度。 一41 25 轮机概论轮机概论 第二章 第四节 三、主机在各种航行条件下的操纵 1在大风浪中航行 船舶航行时，船体在推进力和阻力平衡的条件下，保持稳定船速前行。其位于水 ：部分承受空气阻力而水下部分则承受水的阻力。当风力不大时，空气阻力很小， 船舶阻力主要是水的阻力。一般水阻力与船速的平方成正比。在风力增加到5级以 上后，风对船舶的阻力开始明显增加。空气阻力的大小取决于风力、风向、船体上 层建筑的受风面积和船速。风力加大后，船体在风浪中产牛摇摆

23、起伏也将引起兴波 阻力。 一40一 船舶在风浪中为保持航向，舵经常需要偏转一定角度，从而使船舶阻力进一步增 加，因此，风浪增大后，船舶的各种阻力都明显增加，在推进力不变阶情况下，船 速就会相应降低；船速的降低使螺旋桨的进程比减小，其特性线变陡；在油门不变 的情况下，柴油机转速就会下降，发出的功率也有所降低；最后船舶将在降低后新 的推进力与船舶阻力(船速降低时船舶空气阻力和水阻力都减小的幅度大)平衡的情 况下，以较低的航速前进。此时，不能因为主机转速降低，用增加油门来恢复原转 速，那会使柴油机循环供油量增加而最高爆发压力增高，导致机械负荷增加；与此 相反还应该减小油门。这样做的主要原因是柴油机在

24、低速运转下，如果仍保持油门 不变，一方面由于废气涡轮的总能量减少，使增乐器转速下降而增压压力降低，气 缸内供气不足，导致燃烧恶化和废气温度升高致使气缸过热；另一方面气缸最高 爆发压力不变而运动部件的惯性力减小，导致轴承负荷增加，可能引发轴承故障。 因此，在大风浪中航行不应要求主机保持原来转速，而应适当降低转速。 2在浅水、窄航道和污底条件下航行 船舶在水中的阻力可分为：摩擦阻力、形状阻力和兴波阻力。船舶在浅水中航行 时，船体 下面的水流受到海底的限制，被迫流过船体两侧而使两侧水流速度增大，从而引 起摩擦阻力和形状阻力增加。此外，船舶的结构发生变化，使兴波阻力增加。因此， 在船舶巾深水进入浅水时，主机转速和船速都会自动下降。如要保持原定船速而增 加油门，主机就会超负荷。窄航道中航行和在浅水中时相同，船舶周围的水流受到 限制而造成阻力增大。如果浅水和窄航道同时现，