單元三 柴油機的負荷特性 1.概念:當轉(zhuǎn)速保持不變時,柴油機的各性能指標和工作參數(shù)(如排氣溫度Tr、最高爆發(fā)壓力pz、增壓壓力pk等)隨負荷的變化而變化的規(guī)律稱為柴油機的負荷特性。 2.負荷特性曲線的制取 ①起動柴油機,逐步將轉(zhuǎn)速升高到標定轉(zhuǎn)速,并使之穩(wěn)定運轉(zhuǎn)一段時間。 ②逐步增大外負荷至選定的不同負荷(25%、50%、75%、90%、100%、110%Nb),并分別在選定的不同負荷時穩(wěn)定運轉(zhuǎn),待有關(guān)參數(shù)穩(wěn)定后,測取并記錄有關(guān)性能參數(shù)和運轉(zhuǎn)參數(shù)。試驗中,每調(diào)節(jié)一次負荷,應同時改變調(diào)速手柄,使轉(zhuǎn)速保持不變。 ③將記錄的性能參數(shù)和運轉(zhuǎn)參數(shù)作為縱坐標,以Ne為橫坐標繪制成曲線。 3.各性能參數(shù)隨負荷變化的規(guī)律 (1)有效功率Ne和指示功率Ni為過原點的直線。 (2)Ne增加,ηm增大,空車時ηm=0 (3)Ne增加,ηi和α均降低。 (4)Ne增加,ηe先期增加,后期降低。所以必在運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)出現(xiàn)最大ηe(be)。 單元四 推進特性 一、螺旋槳特性簡介 1.螺旋槳水動力特性 根據(jù)螺旋槳理論,螺旋槳的推力FP和扭矩MP的公式為: FP=K1ρnP2D4 (9-1) MP=K2ρnP2D5 (9-2) 式中:ρ——流體的密度,千克/米3; nP——螺旋槳轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)/秒; D——螺旋槳直徑,米; K1——推力系數(shù); K2——扭矩系數(shù)。 由試驗可知,推力系數(shù)K1和扭矩系數(shù)K均與螺旋槳的進程比λP有關(guān)。λP表示螺旋槳每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)實際產(chǎn)生的位移VP/nP與直徑D之比,即λP=VP/(nPD)。在船舶穩(wěn)定航行時,λP=常數(shù),K1、K2均為定值,使螺旋槳吸收功率NP=CnP3,相應推力為FP=C1nP2 ,扭矩為 MP=C2nP2 。當轉(zhuǎn)速n不變而VP降低時(如航行阻力增加),λP減小,K1、K2增加,即推力和扭矩都增加,相應的特性曲線均變陡(左移)。當λP=0時,即n=0,VP=0,稱系泊工況,此時K1、K2最大, FP和MP 也達到最大值。 2.不同λP時的螺旋槳特性 3.不同H/D時的螺旋槳特性 二、推進特性 1.概念:當柴油機作為船舶動力驅(qū)動螺旋槳工作時,在Ne =Cn3 變化的情況下,各性能參數(shù)隨轉(zhuǎn)速變化而變化的關(guān)系。 2.推進特性曲線的制取方法 (1)試驗工況的確定 ①確定Ne =Cn3中的常數(shù)C。C=Ne/ n3,按標定點確定。 ②在柴油機工作的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),預先選定一組(6-7)轉(zhuǎn)速n1、n2、n3、n4、n5、n6、n7作為試驗中轉(zhuǎn)速參數(shù)。 ③由Ne =Cn3,通過計算求出一組Ne1、Ne2 、Ne3 、Ne4 、Ne5 、Ne6 、Ne7作為試驗中負荷參數(shù)。 表9-1 (2)試驗方法和步驟 ①起動柴油機,使之在接近n1的轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)。 ②調(diào)節(jié)柴油機的調(diào)速手柄和測功器負荷(水力測功器的進水量),使轉(zhuǎn)速為n1、負荷為Ne1,待穩(wěn)定運轉(zhuǎn)后,測量并記錄有關(guān)性能參數(shù)和運轉(zhuǎn)參數(shù)。 ③同理調(diào)節(jié)柴油機的另一個工況(n2、Ne2)穩(wěn)定工作,測量并記錄有關(guān)參數(shù)。④⑤⑥⑦因 ④以此類推可得其它選定工況點(n3、Ne3)......(n7、Ne7)的有關(guān)參數(shù)值。 ⑤以轉(zhuǎn)速n為橫橫坐標,以記錄的性能參數(shù)和運轉(zhuǎn)參數(shù)作為縱坐標,繪制成曲線。 三、各性能參數(shù)隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律 1.n增加,充量系數(shù)φC降低。 2.n增加,過量空氣系數(shù)α降低。 3.n增加,指示熱效率ηi降低(與α成正比)。 4.n增加,機械效率ηm增大(ηm=1-Pm/Pi,n增加,Pi的增大量超過Pm)。 5.n增加,初期ηe增加,be降低(ηm的增大量大于ηi的降低量);后期ηe降低,be增加。通常增壓機在80-90%nb時ηe最大。 單元五 調(diào)速特性 1.概念:當調(diào)速手柄固定在某一工況位置時,使負荷從零逐漸增加到最大值,在調(diào)速器的作用下,柴油機的的功率、扭矩等隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。 2.作用:考核調(diào)速器是否滿足使用要求。 3.調(diào)速特性曲線的制取方法 一般在制取調(diào)速特性曲線時應同時完成突變負荷試驗。 (1)突變負荷試驗 ①起動柴油機,逐步增加轉(zhuǎn)速至標定轉(zhuǎn)速,調(diào)節(jié)測功器,增加負荷,使柴油機在標定工況下穩(wěn)定運轉(zhuǎn),然后將調(diào)速手柄固定。 ②突然卸去全部負荷,柴油機在調(diào)速器的作用下,經(jīng)歷短暫時間后將在比最高瞬時轉(zhuǎn)速稍低的最高空載穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)。 (2)調(diào)速特性試驗(標定工況) ①從調(diào)速器控制的最高空載穩(wěn)定轉(zhuǎn)速起,以標定功率的25%、50%、75%、90%、100%或測功器讀數(shù)的整數(shù)值為測量點,調(diào)節(jié)測功器以增加負荷,每調(diào)節(jié)一次負荷,待柴油機穩(wěn)定運轉(zhuǎn)后,測量一次Me、Ne、ge、 Tr等參數(shù),直到轉(zhuǎn)速下降到突變負荷前轉(zhuǎn)速為止。 ②以轉(zhuǎn)速為橫座標,以Me、Ne、ge、 Tr等參數(shù)為縱座標繪出曲線。
下圖為裝有全制式調(diào)速器柴油機的調(diào)速特性。圖中斜線2~6相當于轉(zhuǎn)速設(shè)定機構(gòu)固定于不同位置時的調(diào)速特性。上包絡(luò)線1是全負荷速度特性。斜線5為標定位置時的調(diào)速特性。 單元六 限制特性和柴油機的使用范圍 一、柴油機的限制特性 1.限制特性的概念:是指柴油機在各種轉(zhuǎn)速下的最大有效功率,使柴油機的機械負荷和熱負荷不超過為保證它可靠工作而規(guī)定的允許范圍。 按柴油機的種類不同,在確定其運轉(zhuǎn)功率的限制范圍時,可把PZ、Pe、Me、α和Tr作為限制因素,通常是Me、α和Tr。 2.限制特性的作用:防止超扭矩和超溫度。 3.等轉(zhuǎn)矩限制特性(限制機械負荷) 船用柴油機在各種轉(zhuǎn)速下保持標定功率Nb和標定轉(zhuǎn)速nb下的標定扭矩Mb不變時,功率和轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系稱為等轉(zhuǎn)矩限制特性。 建立等轉(zhuǎn)矩限制特性的條件是:各轉(zhuǎn)速下的Me都等于標定工況點的Mb。 由Ne=Men/9550 Ne=Mbn/9550=An (A=Mb/9550)可知: 等轉(zhuǎn)矩限制特性曲線是一條通過坐標原點和標定工況點的直線,當柴油機在這條直線以下工作時,可保證軸系的機械負荷都不超過允許值。 4.等排溫限制特性(限制熱負荷) 柴油機在各種轉(zhuǎn)速下保持標定工況點過量空氣系數(shù)α不變時,功率和轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系稱為等過量空氣系數(shù)限制特性。 建立等過量空氣系數(shù)限制特性的條件是:各轉(zhuǎn)速下的α都等于標定工況點的αb。若柴油機在各種轉(zhuǎn)速下都保持不小于αb,則熱負荷不超過標定工況點水平。 但柴油機在實際運轉(zhuǎn)中的α值難于測量,同時保持α值不變是困難的,而排氣溫度是可測量的并能在一定條件下反映出柴油機的熱負荷,因此常用排氣溫度作為限制熱負荷的一個參數(shù)。 建立等排氣溫度限制特性的條件是:各轉(zhuǎn)速下保持標定工況點的排氣溫度不變時,功率和轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系稱為等排溫限制特性。 上圖為某一柴油機限制特性,從圖中可知,在轉(zhuǎn)速下降初期,是以轉(zhuǎn)矩作為主要限制參數(shù),而轉(zhuǎn)速下降后期,則以排溫作為限制特性。 二、柴油機的允許工作范圍 船用柴油機允許工作范圍是由最大功率、最小功率、最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速四個方面來限制。 1.柴油機在各種轉(zhuǎn)速下允許達到的最大功率(負荷),是由等轉(zhuǎn)矩限制特性曲線3和等排溫限制特性曲線1來限制。 2.柴油機在各種轉(zhuǎn)速下允許達到的最小功率(負荷),是由最小負荷速度特性曲線8來限制。 3.柴油機在各種負荷下允許達到的最高轉(zhuǎn)速是由標定工況點的調(diào)速特性曲線5來限制。 4.柴油機在各種負荷下允許達到的最低轉(zhuǎn)速是由按推進特性曲線工作的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速曲線10來限制的。 感謝閱讀,這里是龍de船人 |
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