第06章柴油机的负荷特性课件

项目6负荷特性在转速保持不变的情况下，柴油机的主要性能指标和工作参数随负荷变化的规律。项目6负荷特性在转速保持不变的情况下，柴油机的主要1柴油机负荷特性是指在转速保持不变的情况下，柴油机的各项主要性能指标和工作参数随负荷变化的规律。负荷特性是在试验台上或实船条件下测取的。试验时，先将柴油机调定在标定转速下稳定运转并保持转速不变，然后由小逐渐增大柴油机负荷。在各负荷下分别测取柴油机的主要性能指标和工作参数(be、tr、ηm、α、pk、pz、Pi、Pe、ηi等)并绘制成曲线，即为负荷特性曲线。对柴油机负荷特性的研究，在实船柴油机管理中有着非常重大的意义。例如，发电副机和船舶上装有全制式调速器的主机，在设定转速不变的情况下，当负荷发生变化时其转速保持不变，可认为这些柴油机是按负荷特性工作的。柴油机负荷特性是指在转速保持不变的情况下2负荷特性一般是在标定转速下测取的。为了更全面地了解柴油机特性，必要时可在低于标定转速的若干不同转速下测取负荷特性。负荷特性是标志柴油机动力性与经济性的基本特性。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)。柴油机按负荷特性工作时，意味着转速不变而只改变喷油泵的循环供油量，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。因此，表征Pe和pe关系的公式可简化成Pe=Bpe，而pe可认为只与循环供油量有关。图7-5是典型的柴油机负荷特性，图中可看出各个性能参数随负荷pe变化的规律。负荷特性一般是在标定转速下测取的。为了更3（1）有效功率和指示功率

有效功率是通过原点，有一定斜率的直线。

指示功率是一条近似平行于有效功率的直线。（2）机械效率当有效功率等于0时候，机械效率等于0；机械效率随有效功率的增大而增大，增大率随负荷的增大而减小，在高负荷时，几乎看不出机械效率随有效功率的变化而变化。图7－5柴油机负荷特性（1）有效功率和指示功率图7－5柴油机负荷特性4（3）指示热效率如前所述，指示热效率主要取决于过量空气系数、混合气形成质量和燃烧质量。由于过量空气系数随有效功率降低而增大，因此指示热效率也随着有效功率的降低而增大，只是当有效功率降低到某一较低值时，指示热效率不再增大。（4）有效指标（有效热效率和有效耗油率）（3）指示热效率5课题二速度特性课题二速度特性6油量调节机构固定，改变外负荷，在这种条件下测得的柴油机性能指标和工作参数随转速变化的规律，分为：1）全负荷速度特性

（在标定工况油格）2）超负荷速度特性

（在超负荷工况油格）

（110%Pb,103nb）3）部分负荷速度特性

（在比标定油格小的油格）测取特性应遵循相应标准环境标准

功率标准特性测取Pe——nMe——n油量调节机构固定，改变外负荷，在这种条件下测得1）全负荷速度7一、1全负荷速度特性(外特性)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，然后，通过调节试验负荷，逐步改变柴油机的转速。在各个稳定转速下，测取对应的pe、Me、Pe、be、tr、pk、nT等参数值。由此得到的性能指标及工作参数随转速变化的规律即为全负荷速度特性，亦称外特性。全负荷速度特性的测量应遵循国家确定的统一试验标准。一个是标准试验环境状况，一个是试验功率。环境状况直接影响着柴油机的工作性能。我国国家标准规定的标准环境为：大气压力p0＝１００kPa（或750mmHg）,相对湿度φ0＝３０％，环境温度T0＝２９８Ｋ或25℃，中冷器进口冷却介质温度Tc0=298Ｋ或25℃。对于“无限航区”的船用内燃机其标准环境应遵循国际船级协会(IACS)规定的环境状况：大气压力p0＝１００kPa,相对湿度φ0＝6０％，环境温度T0＝31８Ｋ或45℃，中冷器冷却介质进口温度Tex＝305Ｋ或32℃。一、1全负荷速度特性(外特性)8标定功率指标准环境状况下，制造厂根据内燃机的用途和特点规定的标定转速下的有效功率(kW)。国标中规定：标定功率按不同用途分为：15min功率；1h功率；12h功率；持续功率。我国《钢质海船入级与建造规范》(1996年)规定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(MaximunContinuousRatings)即为标定功率。速度特性试验前，柴油机要经过试车、磨合、调整和排除故障，将配气、供油定时调至最佳值，各缸功率平衡，使柴油机具有良好的技术状态，然后进行特性试验。试验时，要保持柴油机稳定运转，冷却水、润滑油的压力、温度也要调整在最佳状态。测定时，试验机先开空车，缓慢加速至标定转速nb，通过测功器逐渐增加外负荷，同时通过调速器增加循环供油量，使柴油机在标定转速nb下发出标定功率Pb。此时测量并记录相应的各参数值。然后将油量调节机构与调速器分离并加以固定，逐渐增大柴油机的外负荷，以降低柴油机转速，使柴油机在标定转速nb和最低稳定转速nmin之间若干点上稳定运转。同时测取并记录对应各转速下的各个参数。最后以各性能参数作为纵坐标、转速为横坐标，将记录的参数(包括计算值)在坐标系中标绘。绘出的曲线即全负荷速度特性曲线，如图中曲线3所示。标定功率指标准环境状况下，制造厂根据内燃机的9柴油机速度特性Pe－n和Me－n的关系

柴油机速度特性Pe－n和Me－n的关系10全负荷速度特性可表示为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。作为船舶推进柴油机(主柴油机),在实际使用时考虑到航行条件和船舶污底情况，为保证主机在各种运转条件下均能长期可靠运转，主机都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。全负荷速度特性可表示为柴油机在不超过标定供油量11二、超负荷速度特性和部分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12h运转期内允许超负荷运转1h。测定超负荷特性时，首先使柴油机在标定转速nb下稳定运行，然后，通过测功器来增加柴油机的外负荷，并同时加大供油量，使之达到超负荷功率和相应的转速。此时把喷油泵油量调节机构固定，逐渐增加柴油机的外负荷，使柴油机在低于超负荷功率对应转速的若干个不同的转速下稳定运行，并测量、记录各转速下的各项柴油机性能指标和工作参数。最后根据所测数据在坐标图上标绘超负荷速度特性曲线，如图中曲线2所示。二、超负荷速度特性和部分负荷速度特性12该曲线显示了柴油机在各种不同的转速下可能达到的最大功率。在这种情况下，柴油机工作时，由于喷油泵油量调节机构固定在最大供油量位置上，气缸内的温度和压力都很高，致使机件受到很大的热应力和机械应力，柴油机处于超负荷状态下工作。因此，按超负荷特性工作的时间不能太长。如果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，然后通过上述方法分别测得柴油机的主要性能指标和工作参数随转速变化的关系，称为部分负荷速度特性。由于油量调节机构固定的位置不同，可测得若干条柴油机部分负荷速度特性曲线，如图中曲线4、5和6所示。该曲线显示了柴油机在各种不同的转速下可能达到13三、速度特性的参数分析

柴油机按速度特性工作时，喷油泵油量调节机构固定在相应的位置上，喷油泵的有效行程是不变；如果仅根据油泵柱塞的几何运动规律来看，每循环供油量是不变的。若平均有效压力只随循环供油量改变而变化，则平均有效压力与转速的关系应该是一水平直线，有效功率与转速的关系也应该是一条斜直线，但是事实上并非如此。三、速度特性的参数分析14

实际上有如下因素影响：

（1）每循环进气量与n有关。2）热态状与n有关。（3）指示效率的变化。（4）每循环喷油量也与n有关。定时，因此，pe是变化的。实际上有如下因素影响：151.充量系数当柴油机转速升高时，因排气系统的流阻增加，充入气缸内的新鲜空气量减少；同时由于循环频率增大，气缸内壁面温度升高，会引起进入气缸内的空气温度升高，使得缸内新鲜空气量减少。所以转速升高，充量系数是减少的。2.过量空气系数对于非增压柴油机：过量空气系数基本与充量系数相同变化相同。对于增压柴油机：过量空气系数随转速的升高而增大1.充量系数163.指示热效率可以认为：指示热效率随转速的变化的规律主要取决于过量空气系数随转速的变化的规律。4.平均指示压力可以看出，平均指示压力基本上与指示热效率成正比。3.指示热效率175.机械效率非增压低增压高增压6.有效指标随转速变化的规律5.机械效率18项目6负荷特性在转速保持不变的情况下，柴油机的主要性能指标和工作参数随负荷变化的规律。项目6负荷特性在转速保持不变的情况下，柴油机的主要19柴油机负荷特性是指在转速保持不变的情况下，柴油机的各项主要性能指标和工作参数随负荷变化的规律。负荷特性是在试验台上或实船条件下测取的。试验时，先将柴油机调定在标定转速下稳定运转并保持转速不变，然后由小逐渐增大柴油机负荷。在各负荷下分别测取柴油机的主要性能指标和工作参数(be、tr、ηm、α、pk、pz、Pi、Pe、ηi等)并绘制成曲线，即为负荷特性曲线。对柴油机负荷特性的研究，在实船柴油机管理中有着非常重大的意义。例如，发电副机和船舶上装有全制式调速器的主机，在设定转速不变的情况下，当负荷发生变化时其转速保持不变，可认为这些柴油机是按负荷特性工作的。柴油机负荷特性是指在转速保持不变的情况下20负荷特性一般是在标定转速下测取的。为了更全面地了解柴油机特性，必要时可在低于标定转速的若干不同转速下测取负荷特性。负荷特性是标志柴油机动力性与经济性的基本特性。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)。柴油机按负荷特性工作时，意味着转速不变而只改变喷油泵的循环供油量，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。因此，表征Pe和pe关系的公式可简化成Pe=Bpe，而pe可认为只与循环供油量有关。图7-5是典型的柴油机负荷特性，图中可看出各个性能参数随负荷pe变化的规律。负荷特性一般是在标定转速下测取的。为了更21（1）有效功率和指示功率

有效功率是通过原点，有一定斜率的直线。

指示功率是一条近似平行于有效功率的直线。（2）机械效率当有效功率等于0时候，机械效率等于0；机械效率随有效功率的增大而增大，增大率随负荷的增大而减小，在高负荷时，几乎看不出机械效率随有效功率的变化而变化。图7－5柴油机负荷特性（1）有效功率和指示功率图7－5柴油机负荷特性22（3）指示热效率如前所述，指示热效率主要取决于过量空气系数、混合气形成质量和燃烧质量。由于过量空气系数随有效功率降低而增大，因此指示热效率也随着有效功率的降低而增大，只是当有效功率降低到某一较低值时，指示热效率不再增大。（4）有效指标（有效热效率和有效耗油率）（3）指示热效率23课题二速度特性课题二速度特性24油量调节机构固定，改变外负荷，在这种条件下测得的柴油机性能指标和工作参数随转速变化的规律，分为：1）全负荷速度特性

（在标定工况油格）2）超负荷速度特性

（在超负荷工况油格）

（110%Pb,103nb）3）部分负荷速度特性

（在比标定油格小的油格）测取特性应遵循相应标准环境标准

功率标准特性测取Pe——nMe——n油量调节机构固定，改变外负荷，在这种条件下测得1）全负荷速度25一、1全负荷速度特性(外特性)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，然后，通过调节试验负荷，逐步改变柴油机的转速。在各个稳定转速下，测取对应的pe、Me、Pe、be、tr、pk、nT等参数值。由此得到的性能指标及工作参数随转速变化的规律即为全负荷速度特性，亦称外特性。全负荷速度特性的测量应遵循国家确定的统一试验标准。一个是标准试验环境状况，一个是试验功率。环境状况直接影响着柴油机的工作性能。我国国家标准规定的标准环境为：大气压力p0＝１００kPa（或750mmHg）,相对湿度φ0＝３０％，环境温度T0＝２９８Ｋ或25℃，中冷器进口冷却介质温度Tc0=298Ｋ或25℃。对于“无限航区”的船用内燃机其标准环境应遵循国际船级协会(IACS)规定的环境状况：大气压力p0＝１００kPa,相对湿度φ0＝6０％，环境温度T0＝31８Ｋ或45℃，中冷器冷却介质进口温度Tex＝305Ｋ或32℃。一、1全负荷速度特性(外特性)26标定功率指标准环境状况下，制造厂根据内燃机的用途和特点规定的标定转速下的有效功率(kW)。国标中规定：标定功率按不同用途分为：15min功率；1h功率；12h功率；持续功率。我国《钢质海船入级与建造规范》(1996年)规定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(MaximunContinuousRatings)即为标定功率。速度特性试验前，柴油机要经过试车、磨合、调整和排除故障，将配气、供油定时调至最佳值，各缸功率平衡，使柴油机具有良好的技术状态，然后进行特性试验。试验时，要保持柴油机稳定运转，冷却水、润滑油的压力、温度也要调整在最佳状态。测定时，试验机先开空车，缓慢加速至标定转速nb，通过测功器逐渐增加外负荷，同时通过调速器增加循环供油量，使柴油机在标定转速nb下发出标定功率Pb。此时测量并记录相应的各参数值。然后将油量调节机构与调速器分离并加以固定，逐渐增大柴油机的外负荷，以降低柴油机转速，使柴油机在标定转速nb和最低稳定转速nmin之间若干点上稳定运转。同时测取并记录对应各转速下的各个参数。最后以各性能参数作为纵坐标、转速为横坐标，将记录的参数(包括计算值)在坐标系中标绘。绘出的曲线即全负荷速度特性曲线，如图中曲线3所示。标定功率指标准环境状况下，制造厂根据内燃机的27柴油机速度特性Pe－n和Me－n的关系

柴油机速度特性Pe－n和Me－n的关系28全负荷速度特性可表示为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。作为船舶推进柴油机(主柴油机),在实际使用时考虑到航行条件和船舶污底情况，为保证主机在各种运转条件下均能长期可靠运转，主机都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。全负荷速度特性可表示为柴油机在不超过标定供油量29二、超负荷速度特性和部分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12h运转期内允许超负荷运转1h。测定超负荷特性时，首先使柴油机在标定转速nb下稳定运行，然后，通过测功器来增加柴油机的外负荷，并同时加大供油量，使之达到超负荷功率和相应的转速。此时把喷油泵油量调节机构固定，逐渐增加柴油机的外负荷，使柴油机在低于超负荷功率对应转速的若干个不同的转速下稳定运行，并测量、记录各转速下的各项柴油机性能指标和工作参数。最后根据所测数据在坐标图上标绘超负荷速度特性曲线，如图中曲线2所示。二、超负荷速度特性和部分负荷速度特性30该曲线显示了柴油机在各种不同的转速下可能达到的最大功率。在这种情况下，柴油机工作时，由于喷油泵油量调节机构固定在最大供油量位置上，气缸内的温度和压力都很高，致使机件受到很大的热应力和机械应力，柴油机处于超负荷状态下工作。因此，按超负荷特性工作的时间不能太长。如果将喷油泵油量调节机构固定在比标定功率油量小的