福建交通职业技术学院教案纸 第 14 页课程： 船舶柴油机 学年 第_ _学期 第 周 月 日教 学 内 容 备 注船舶柴油机（轮机）--模块九 柴油机特性--黄步松 主讲福建交通职业技术学院船政学院模块九 柴油机特性重点：柴油机特性的分类，速度特性和负荷特性难点：推进特性和限制特性 单元一 概述一、柴油机的工况 1．发电机工况 转速恒定 2．螺旋桨工况 N=Cn3 3．其它工况 转速和扭矩之间没有一定的关系二、柴油机特性的分类1．柴油机特性柴油机的主要性能指标和工作参数（如排气温度Tr、最高爆发压力pz、增压压力pk等）随运转工况变化的规律称为柴油机的特性把这种变化规律在坐标上用曲线的形式表示出来，这种曲线称为柴油机的特性曲线2．目的（1）评价柴油机的性能（2）确定柴油机工况 （3）分析影响特性的因素（4）检测柴油机的状态三、柴油机特性的分类 Ne=Cpeni 1)速度特性 pe不变，n改变 2)负荷特性 n不变， pe改 3)推进特性 n和pe均改变化单元二 速度特性1．概念：将喷油泵油量调节杆固定在某一位置，改变柴油机外负荷以改变其转速，测量各转速下的功率Ne、扭矩Me（或平均有效压力pe）、有效耗油率ge和排气温度Tr等随转速的变化规律。
根据喷油泵油量调节机构固定的位置不同，有全负荷速度特性（亦称外特性）部分负荷速度特性和超负荷速度特性2．全负荷速度特性（1）概念：将喷油泵油量调节杆固定在标定供油量位置，改变柴油机外负荷以改变其转速，测量各转速下的功率Ne、扭矩Me（或平均有效压力pe）、有效耗油率ge和排气温度Tr等随转速的变化规律2）标准环境状况：（3）柴油机功率的标定：我国国家标准规定了内燃机标定功率分为15分钟功率、1小时功率、12小时功率、持续功率四级 15分钟功率：柴油机允许连续运行15分钟的最大有效功率商船不允许使用这么大的功率可作为军用车辆和舰艇的追击功率 1小时功率：柴油机允许连续运行1小时的最大有效功率可作为商船的超负荷功率是最大持续功率的110％1小时功率还可作为拖拉机、工程机械的最大使用功率 12小时功率：柴油机允许连续运行12小时的最大有效功率可以作为拖拉机、工程机械的正常使用功率 持续功率：柴油机允许长期连期运行的最大有效功率船舶柴油机就用它来标定功率，并同时标定其相应转速我们通常所说的标定功率就是指这种功率，标定工况就是指这种功率及其相应转速国外船用柴油机常用的几种功率（工况）名称MCR：最大持续功率，同时标有相应的转速。
原含义相当于国家标准的持续功率标定工况，是设计选配螺旋桨的依据OR：超负荷功率工况其功率为MCR功率的110％ CSR：持续使用功率工况船舶正常持久使用的功率工况CSR负荷定得比MCR小，留有一定的功率储备CSR是船舶计划船期，油耗的主要依据 ERP：按推进特性的经济功率工况 ERG：按负荷特性的经济功率工况4）全负荷速度特性曲线的制取①起动柴油机，逐步将转速升高到标定转速，热车再逐步增加负荷至标定功率并使之在标定工况下稳定运转②将供油拉杆（或齿条）固定，使供油拉杆保持在标定工况供油量位置上 ③以转速为测量点，调节水力测功器以增加负荷，使柴油机在标定转速和最低稳定转速之间的各个不同测量点上稳定运转同时测量并记录柴油机在各转速下的性能参数（Me、Pe、ge、Tr等），每个点测两次 ④将记录的性能参数作为纵坐标，以转速为横坐标绘制成曲线 图9-2 6ESDZ75/160B型柴油机的全负荷速度特性3．超负荷速度特性我国船舶建造规范规定，柴油机的超负荷功率为标定功率的110％（作为船舶主机此时的转速是103％标定转速） 并且在12h运转期内允许超负荷运转１小时。
4．部分负荷速度特性三、 速度特性的参数分析 柴油机按速度特性工作时，喷油泵供油量调节结构固定在相应位置上，此时可认为喷油泵供油系数变化不大，即循环供油量基本不变此时有关参数的变化规律如下：（1）n增加，充量系数φC降低2）n增加，非增压机过量系数α降低（φC降低），而增压机α增加（进气密度增加）3）n增加，非增压机指示热效率ηi降低（与α成正比），而增压机ηi增加4）n增加，非增压机平均指示压力Pi降低（与ηi成正比），而增压机Pi增加5）n增加，非增压机和低增压机机械效率ηm降低（ηm=1-Pm/Pi，n增加，Pm增大，而Pi降低），而高增压机ηm增加6）n增加，非增压机平均有效压力Pe（Me）降低，增压机P e（Me）增加7）n增加，非增压机和低增压机ηe降低，而高增压机ηe增加通常最大ηe（be）发生在低于nb的某一转速单元三 柴油机的负荷特性1．概念：当转速保持不变时，柴油机的各性能指标和工作参数（如排气温度Tr、最高爆发压力pz、增压压力pk等）随负荷的变化而变化的规律称为柴油机的负荷特性2．负荷特性曲线的制取①起动柴油机，逐步将转速升高到标定转速，并使之稳定运转一段时间。
②逐步增大外负荷至选定的不同负荷（25％、50％、75％、90％、100％、110％Nb），并分别在选定的不同负荷时稳定运转，待有关参数稳定后，测取并记录有关性能参数和运转参数试验中，每调节一次负荷，应同时改变调速手柄，使转速保持不变 ③将记录的性能参数和运转参数作为纵坐标，以Ne为横坐标绘制成曲线3．各性能参数随负荷变化的规律（1）有效功率Ne和指示功率Ni为过原点的直线2）Ne增加，ηm增大，空车时ηm=0（3）Ne增加，ηi和α均降低4）Ne增加，ηe先期增加，后期降低所以必在运转范围内出现最大ηe（be）单元四 推进特性 一、螺旋桨特性简介 1．螺旋桨水动力特性根据螺旋桨理论，螺旋桨的推力FP和扭矩MP的公式为： FP=K1ρnP2D4 （9-1） MP=K2ρnP2D5 （9-2）式中：ρ——流体的密度，千克/米3； nP——螺旋桨转速，转/秒; D——螺旋桨直径，米； K1——推力系数； K2——扭矩系数 由试验可知，推力系数K1和扭矩系数K均与螺旋桨的进程比λP有关。
λP表示螺旋桨每转一转实际产生的位移VP/nP与直径D之比，即λP=VP/（nPD）在船舶稳定航行时，λP=常数，K1、K2均为定值，使螺旋桨吸收功率NP=CnP3，相应推力为FP=C1nP2 ，扭矩为 MP=C2nP2 当转速n不变而VP降低时（如航行阻力增加），λP减小，K1、K2增加，即推力和扭矩都增加，相应的特性曲线均变陡（左移）当λP=0时，即n=0，VP=0，称系泊工况，此时K1、K2最大， FP和MP 也达到最大值 2．不同λP时的螺旋桨特性 3．不同H/D时的螺旋桨特性二、推进特性1．概念：当柴油机作为船舶动力驱动螺旋桨工作时，在Ne =Cn3 变化的情况下，各性能参数随转速变化而变化的关系2．推进特性曲线的制取方法（1）试验工况的确定①确定Ne =Cn3中的常数CC=Ne/ n3，按标定点确定②在柴油机工作的转速范围内，预先选定一组（6-7）转速n1、n2、n3、n4、n5、n6、n7作为试验中转速参数③由Ne =Cn3，通过计算求出一组Ne1、Ne2 、Ne3 、Ne4 、Ne5 、Ne6 、Ne7作为试验中负荷参数表9-1转速％506379.59196.5100103功率％12．525507590100110（2）试验方法和步骤①起动柴油机，使之在接近n1的转速下运转。
②调节柴油机的调速手柄和测功器负荷（水力测功器的进水量），使转速为n1、负荷为Ne1，待稳定运转后，测量并记录有关性能参数和运转参数③同理调节柴油机的另一个工况（n2、Ne2）稳定工作，测量并记录有关参数④⑤⑥⑦因④以此类推可得其它选定工况点（n3、Ne3）．．．．．．（n7、Ne7）的有关参数值⑤以转速n为横横坐标，以记录的性能参数和运转参数作为纵坐标，绘制成曲线 三、各性能参数随转速变化的规律1．n增加，充量系数φC降低2．n增加，过量空气系数α降低3．n增加，指示热效率ηi降低（与α成正比）4．n增加，机械效率ηm增大（ηm=1-Pm/Pi，n增加，Pi的增大量超过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增加通常增压机在80-90%nb时ηe最大 单元五 调速特性 1．概念：当调速手柄固定在某一工况位置时，使负荷从零逐渐增加到最大值，在调速器的作用下，柴油机的的功率、扭矩等随转速的变化规律2．作用：考核调速器是否满足使用要求3．调速特性曲线的制取方法 一般在制取调速特性曲线时应同时完成突变负荷试验1）突变负荷试验①起动柴油机，逐步增加转速至标定转速，调节测功器，增加负荷，使柴油机在标定工况下稳定运转，然后将调速手柄固定。
②突然卸去全部负荷，柴油机在调速器的作用下，经历短暂时间后将在比最高瞬时转速稍低的最高空载稳定转速下运转2）调速特性试验（标定工况）①从调速器控制的最高空载稳定转速起，以标定功率的25%、50%、75%、90%、100%或测功器读数的整数值为测量点，调节测功器以增加负荷，每调节一次负荷，待柴油机稳定运转后，测量一次Me、Ne、ge、 Tr等参数，直到转速下降到突变负荷前转速为止②以转速为横座标，以Me、Ne、ge、 Tr等参数为纵座标绘出曲线 下图为装有全制式调速器柴油机的调速特性图中斜线2～6相当于转速设定机构固定于不同位置时的调速特性上包络线1是全负荷速度特性斜线5为标定位置时的调速特性单元六 限制特性和柴油机的使用范围 一、柴油机的限制特性1．限制特性的概念：是指柴油机在各种转速下的最大有效功率，使柴油机的机械负荷和热负荷不超过为保证它可靠工作而规定的允许范围按柴油机的种类不同，在确定其运转功率的限制范围时，可把PZ、Pe、Me、α和Tr作为限制因素，通常是Me、α和Tr2．限制特性的作用：防止超扭矩和超温度3．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： 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。