第七章 柴油机特性

第七章柴油机特性

一．船舶柴油机的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）称为柴油机运转工况。

柴油机在船上的用途：主机，副机，应急发动机

1.发电机工况：为保持电站v.f

恒定，则柴油机转速n必须恒定，即n不变，功率随负荷变化

2.螺旋桨工况：柴油机用作船舶主机驱动螺旋桨，满足Pe∝n***33.其它工况：柴油机功率与转速之间没有一定的关系，转速由工作机械所需的速度决定，功率由工作机械运行中的阻力所决定。二.柴油机特性及研究柴油机特性的目的

1.柴油机特性及特性曲线柴油机主要性能指标和工作参数随运转工况的变化而变化的规律称为~

这种变化规律的曲线形式称为柴油机的特性曲线。

2.掌握柴油机特性的目的①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做出鉴定。对使用者而言

柴油机特性是选型配套和提出产品改进意见的重要依据。②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容许使用范围，选择最佳工作点和合理地调整柴油机，使它在常用工况下具有较好的工作性能。③分析影响特性的因素，以便寻找改变发动机特性的途径，使柴油机性能得到进一步提高。④检测柴油机工作状态：将运转中检测到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进行比较，借以查明柴油机的工作质量和技术状态。以便发现问题，及时调整和检修。三.柴油机特性分类

1、速度特性2、负荷特性3、推进特性

4、调速特性

5、限制特性（等转矩限制特性和等排温限制特性）四.速度特性定义：将喷油泵油量调节机构固定在某一位置，改变柴油机负荷，使柴油机转速变化，测得柴油机主要性能指标和工作参数随转速而变化规律。分类：全负荷速度特性，部分负荷速度特性，超负荷速度特性，极限速度特性

1、全负荷速度特性（额定外特性）曲线3：额定工况供油量

2、部分负荷速度特性（部分外特性）

曲线4、5：额定工况（90%、75%…..40%）供油量

3、超负荷速度特性（超额功率外特性）

超额功率---110%额定功率运行至少一小时,而不冒黑烟

曲线2：超额功率供油量

4、极限速度特性（极限外特性）

曲线1：各传速下最大功率之油量附：标准试验环境状况：中国国家标准：大气压力为100KPa

；相对湿度为30%；环境温度为25℃国际船级协会（IACS）：大气压力为100KPa

；相对湿度为60%；环境温度为

45℃；中冷器冷却介质进口温度为32℃

五.负荷特性、推进特性1.负荷特性定义：在转速保持不变的情况下，柴油机各项性能指标和工作参数随负荷变化的规律。

A.发电柴油机按负荷特性运转

B.装有全制式调速器的船舶主机，在设定转速不变的情况下，当负荷变化时，柴油机按负荷特性运转。

2.推进特性在船舶推进系统中，船、机、桨三者组成一个统一整体。根据螺旋桨理论：螺旋桨的推力Fp

Fp=KF.ρ.np2.D4

螺旋奖的扭矩Mp

Mp=Km.ρ.np2.D5

螺旋桨的功率Pp

Pp=Km.ρ.D5.np3

螺旋桨的进程比λp

λp=vp/(np.D)

螺旋桨特性：螺旋桨的推力和转矩与其转速的平方成正比；螺旋桨所需的功率与转速的三次方成正比。这个规律称为~

推进特性：柴油机依照螺旋桨特性工作时，其各性能指标和工作参数随转速变化的规律。称为~六.调速特性和限制特性1.调速特性：调速器转速设定机构固定在某一位置时，当外界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，转矩与转速之间的变化规律。它不涉及柴油机的内部工作过程；而只与调试器的工作性能有关。

2.柴油机的限制特性为提高柴油机工作的可靠性和使用寿命，对柴油机工作的机械负荷和热负荷都加以必要的限制，既要防止超功率，又要防止超扭矩；既要防止超转速，也要防止超温度。实现上述限制的理论手段即为柴油机的限制特性。

A.等转矩限制特性Pe=Men/9550Me≤Mb=9550Pb/nb

Pe=Cn

B.等排温限制特性----限制热负荷

七.柴油机和螺旋桨的配合原则：既使柴油机功率得到充分利用，又不会使其在全部的运转范围内超负荷。

1.以主机标定工况配桨根据主机的标定功率Pb和标定转速nb来选配螺旋桨，使所选桨特性曲线与柴油机全负荷速度特性曲线相交于标定工况点a，柴油机在a点平稳运转，螺旋桨完全吸收柴油机发出全部功率。称之为以主机标定工况配桨

2.螺旋桨结构参数对机桨配合的影响螺旋桨主要结构参数---直径D或螺距比H/D不同，其螺旋桨特性曲线不同

H/D越大，螺旋桨特性曲线越陡。机桨配合“过重”或“过轻”分析。

变工况时的机桨配合重载污底逆风浅水区-----λp↓螺旋桨特性曲线为Ⅰ,变陡

顺风顺水顺流-----λp↑螺旋桨特性曲线为Ⅲ，变平正常航行时螺旋桨特性曲线为Ⅱ八.柴油机主机的选型区域每一种型号的船用柴油主机都有一种选型区域（layoutdiagram）,区域内任何一工况点都可被选为:约定最大持续功率CMCRCMCR（ContactMaximumContinuousRating）:所谓约定最大持续功率是指由船东和厂方商定的在船上实际使用的最大功率。它的确定需考虑多种因素，如推进功率，螺旋桨效率，航行的效率，功率和转速储备等。CMCR

确定后，便可确定柴油机允许运行范围。

SulzerRTA功率55~100%转速72~100%R1为最大持续功率点即MCRR1-R3等平均有效压力线MAN/B&WMCL1L3为额定等平均有效压力线L2L4为80%等平均有效压力线L1L2为额定等转速线L3L4为75%额定等转速线选型区域内，最高爆压Pz相同九.约定最大持续功率的确定

1.螺旋桨设计点的确定船舶类型；载重量；航速确定→螺旋桨确定→不带海况储备的螺旋桨特性曲线确定→螺旋桨设计点PD确定。

2.约定最大持续功率的确定

实际航行中考虑到螺旋桨和船体污染，海况恶劣→海况储备15%PD

发动机使用一段时间后性能下降→柴油机功率储备10~15%CMCR

正常航行