第三節(jié)_柴油機的性能指標

1、1 1-3 柴油機的性能指標柴油機的性能指標指標的作用：指標的作用： 用來從總體上或從某一方面來判斷或衡量一臺柴油機的性能。 包括：包括： 動力性指標、經濟性指標、運轉性指標（冷起動、加速性與動力性指標、經濟性指標、運轉性指標（冷起動、加速性與加載性、排放性）、可靠性和耐久性指標、重量和外形尺寸加載性、排放性）、可靠性和耐久性指標、重量和外形尺寸指標等。指標等。 2 1-3 柴油機的性能指標柴油機的性能指標1. 動力性指標2. 經濟性指標3. 其他常用參數(shù)性能指標3 1-3 柴油機的性能指標柴油機的性能指標性能指標的分類：性能指標的分類：指示指標有效指標評價氣缸內氣缸內工作完善程度的指標，考慮

2、燃燒燃燒的完善程度和傳熱傳熱損失。在指示指標的基礎上考慮了機械損失后，在柴油機輸出軸上所得到的指標。 柴油機的工作參數(shù)表征柴油機的機械負荷、熱負荷、基本結構和強化程度的參數(shù)。 4 1. 動力性指標用以評價柴油機對外作功能力的指標。動力性指標1. 1 平均指示壓力 pi1.2 指示功率Pi1.4有效功率Pe 1.5平均有效壓力 pe1.3機械效率m1.6 轉速和活塞平均速度 5 2. 柴油機的經濟性指標指示油耗率gi指示熱效率i有效油耗率ge有效熱效率e經濟性指標6 柴油機性能指標兩大類指示指標指示指標（以氣缸為基礎） 有效指標有效指標（以飛輪輸出端為基礎） 動力性 指標pi平均指示壓力 pe平

3、均有效壓力Pi指示功率Pe有效功率經濟性 指標i指示熱效率e有效熱效率gi指示燃油消耗率ge有效燃油消耗率m7 1.1 平均指示壓力平均指示壓力pi定義：定義： 發(fā)動機每個工作循環(huán)，單位氣缸容積所做的指示功Li。 Pi=Li / Vs (N/m2或pa) 作用：作用： 用來比較不同類型和不同氣缸尺寸的氣缸工作容積的做功能力；評價氣缸工作容積的利用程度。 Pi氣缸強化程度強化程度 ，工作循環(huán)完善程度工作循環(huán)完善程度。 影響影響Pi因素：因素：（循環(huán)供油量和燃燒質量） p12（1）（2）（3）（4）。 從柴油機工作循環(huán)完善的角度進行分析。 判斷下列哪種情形的判斷下列哪種情形的Pi高？為什么？高？為

4、什么？ 增壓機與非增壓機；四沖程機與二沖程機；二沖程直流掃氣與彎流掃氣。 8 1.2 指示功率指示功率Pi 定義：定義： 發(fā)動機在單位時間內氣缸內工質推動活塞所做的功（kW）。)(60000kWnimVpPsii對既定柴油機而言，VS和m為定值，令 C= VS m /60000， C氣缸常數(shù)。 上式可表達為：Pi = C pi n im沖程數(shù) “四”取1/2;“二”取19 1.3 機械效率m1）機械損失）機械損失 指作用在活塞上的指示功率傳遞到曲軸的（有效功率）過程中所損失的功率。機械損失的功率機械損失的功率Pm 作用在活塞上的指示功率傳遞到曲軸的過程中所損失的功率。 包括：包括： a.摩擦損

5、失活塞環(huán)與缸套之間最大 b.拖動損失隨轉速而加大； c.泵氣損失僅發(fā)生在非增壓四沖程機。（增壓機不但不損失，反而增加規(guī)律；二沖程機無進排氣沖程，為零）。10 1.3 機械效率m2）機械效率）機械效率m m=（ Pi - Pm ）/ Pi =1- Pm / Pi 從上式可知：Pm m機械效率機械效率m影響因素：影響因素： 負荷、轉速、滑油溫度、冷卻水溫、安裝質量等。對同一臺柴油機而言：對同一臺柴油機而言： n不變，負荷 m 。柴油機空載運行，全部指示功消耗于摩擦損失， m = 0。 負荷不變，n 摩擦耗功 m 通常柴油機出廠時，廠家以通常柴油機出廠時，廠家以mn 的形式給出的形式給出m值值，可根

6、據(jù)使用轉速和負荷查出m。11 1.4 有效功率Pe定義：定義： 柴油機曲軸飛輪端單位時間所輸出的功。 Pe= Pi Pm = Pi m 注：實際使用時， Pe 不是通過計算，而是由測功器測出。制動功率（BHP，Brake Horse Power） 在柴油機試驗臺上用水力測功器（電力測功器）測定輸出扭矩再計算出的功率。)(955010006021000kWnMnMMPeeee軸功率（SHP，Shaft Horse Power） 在柴油機裝船后，用傳遞式測功儀測得。一般BHP SHP。12 1.4 平均有效功率Pe定義：定義： 柴油機曲軸飛輪端單位時間所輸出的功。 Pe= Pi Pm = Pi m

7、 注：實際使用時， Pe 不是通過計算，而是由測功器測出。制動功率（BHP，Brake Horse Power） 在柴油機試驗臺上用水力測功器（電力測功器）測定輸出扭矩再計算出的功率。)(955010006021000kWnMnMMPeeee軸功率（SHP，Shaft Horse Power） 在柴油機裝船后，用傳遞式測功儀測得。一般BHP SHP。13 2.1 指示熱效率與指示油耗率1）指示熱效率）指示熱效率i 指示功的熱當量與相應消耗的燃料熱當量之比。 若測得：柴油機每小時油耗量為B ( kg / h ) ，查得：燃油的發(fā)熱值為Hu，一般取值為42700 ( kj / kg ) 。則：燃料

8、的熱當量為： B Hu /3600 ( kj / s ; kW ) 那么： i = 3600Pi / B Hu 2）指示油耗率）指示油耗率gi 指單位指示功率每小時燃油消耗量。 gi=B/Pi（kg /kW h） 指示熱效率與指示油耗率的關系：（成反比關系） uiiHg360014 2.2 有效燃油消耗率與有效效率1）有效燃油消耗率）有效燃油消耗率ge 每一千瓦有效功率每小時消耗的燃油量。 ge =B/Pe（kg/kWh） ge的意義的意義：評價不同形式柴油機的經濟性； 用來計算航次載油量和油艙容積。 2）有效熱效率）有效熱效率e 曲軸有效功所消耗的熱量。miueeBHP360015 3. 柴

9、油機其他常用參數(shù)3.1 最高爆發(fā)壓力最高爆發(fā)壓力pZ3.2 排氣溫度排氣溫度tr3.3 活塞的平均速度活塞的平均速度Cm3.4 行程缸徑比行程缸徑比S/D3.5 強化系數(shù)強化系數(shù)peCm3.6 壓縮比壓縮比3.7 重量指標重量指標3.8 外形尺寸指標外形尺寸指標表征柴油機機械負荷、熱負荷、基本結構、強化程度和排放性能的參數(shù)。16 3.1最高爆發(fā)壓力pZ表征柴油機機械負荷的主要參數(shù)之一。 pZ 動力性、經濟性 但過大尺寸，笨重； 應力 變形、疲勞裂紋可靠性、壽命； 磨損 振動噪音 pZ 取值范圍： 非增壓機 pZ = 68 MPa 增壓低速二沖程機 pZ = 715 MPa 增壓中高速機 pZ

10、= 717 MPa 3.2 排氣溫度tr表征柴油機熱負荷的主要參數(shù)之一。 用來衡量缸內熱負荷大小和燃燒質量，一般不大于550。17 18 3.3 活塞的平均速度Cm Cm 柴油機功率Pe；但 Cm 機械負荷 、熱負荷 、磨損 解決辦法： 柴油機采用長行程、低轉速，提高螺旋槳推進效率。 30602SnSnCm19 3.4 行程缸徑比行程缸徑比 S/D是柴油機的主要結構參數(shù)之一。 1） S/D 曲柄半徑R 柴油機寬度、高度、重量 2）S/D （一般轉速） 往復慣性力 機械負荷 3） S/D 氣缸散熱面積 熱負荷 （缸套熱負荷、缸蓋熱負荷 ） 4） S/D ，在同等壓縮比情況下，燃燒室容積Va 混合

11、質量 5） S/D 掃氣效果 ，對直流掃氣影響小，對彎流掃氣影響大（彎流掃氣S/D 2.2） 6） S/D 曲柄半徑R 曲軸剛度 7） S/D 振動。 短行程柴油機：2.5S D 長行程柴油機：2.53.0S D超長行程柴油機：3.0S D 20 3.4 行程缸徑比行程缸徑比 S/D3.5 強化系數(shù) peCm 表征柴油機受熱負荷和機械負荷兩方面的綜合強烈程度。 取值參見表1-6 21 22 3. 6壓縮比 對性能影響很大的結構參數(shù)。 1）對經濟性影響 經濟性 （ 12影響減弱 ） ，但 Va 對霧化、燃燒不利經濟性 2）對動力性及機械負荷的影響決定上限取值 壓縮壓力p 爆發(fā)壓力pz 動力性 機

12、械負荷、磨損 增壓機進氣壓力 爆發(fā)壓力pz 已經較高，故 ，避免pz 過高 。（隨技術和材料技術的 ， 已達1619） 3）對燃燒起動性影響決定下限取值 壓縮壓力p 壓縮終點溫度 （柴油機考壓燃點火） 起動性。3.7 重量指標通常以比重量來衡量。 比重量（gw）又稱單位功率重量，即： ewwPGg （kg/kw）23 24 3.8 外形尺寸指標外形尺寸指標又稱緊湊性指標，是指柴油機總體布置緊湊程度的指標。 通常以柴油機的單位體積功率來衡量。 單位體積功率Nv，即： VPPev（kW/m3）式中：V=LBH，其中L、B、H為柴油機的最大長、寬、高尺寸。25 排放污染指標柴油機的有害排放物： 船舶

13、柴油機的排放受到國際海事組織公約的限制等2,SONOHCCOx排放物 中速機g/(kW.h) 低速機g/(kW.h) NOX 12 17 CO 1.6 1.6 HC 0.5 0.5 CO2660 660 SO24.2%S 4.2%S船用柴油機的發(fā)展.一、船舶柴油機的發(fā)展1776年瓦特蒸汽機1876年奧托四沖程煤氣機1880年D.ClerkJ.RobsonK.Benz二沖程內燃機1892年Rudolf Diesel壓縮發(fā)火內燃機1897年MAN公司首次使用柴油機1904年柴油機首次用于船舶推進裝置1927年在柴油機上正式使用Bosch噴油泵1927年MAN公司制造了廢氣渦輪增壓器20世紀50年代

14、中后期四項重大技術：大缸徑、焊接結構、透平技術、劣質燃油20世紀60、70年代子控制技術的使用2000年以后智能型柴油機的使用二、現(xiàn)代船用大型低速柴油機的結構特點二、現(xiàn)代船用大型低速柴油機的結構特點采用定壓渦輪增壓系統(tǒng)和高效率廢氣渦輪增壓器采用定壓渦輪增壓系統(tǒng)和高效率廢氣渦輪增壓器增大行程缸徑比增大行程缸徑比S/DS/D提高最高燃燒壓力提高最高燃燒壓力p pz z與平均有效壓力與平均有效壓力p pe e之比之比增大壓縮比增大壓縮比采用可變噴油定時（采用可變噴油定時（VIT)VIT)機構（機構（variational variational ignition timing)ignition ti

15、ming)燃燒室部件普遍采用鉆孔冷卻結構燃燒室部件普遍采用鉆孔冷卻結構 船用柴油機的發(fā)展采用旋轉式排氣閥及液壓式氣閥傳動機構采用旋轉式排氣閥及液壓式氣閥傳動機構 采用薄壁軸承采用薄壁軸承曲軸上增設軸向減振器曲軸上增設軸向減振器 焊接曲軸焊接曲軸 軸帶發(fā)電機（軸帶發(fā)電機（PTOPTO）（）（PowerPower Take Off) Take Off)船用柴油機的發(fā)展三三. .船舶柴油機的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢船舶柴油機的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 船用低速柴油機的主要參數(shù)船用低速柴油機的主要參數(shù)機型機型 RTA48TRTA48TRTA58TRTA58TRTA68TRTA68TRT-FLEX RT-FLEX 60C6

16、0CS50MC-CS50MC-CS60MC-CS60MC-CS70MC-CS70MC-CS60ME-CS60ME-C 缸徑（缸徑（mmmm） 480 480 580 580 680 680 600600500 500 600 600 700700600600 行程（行程（mmmm） 2000 2000 2416 2416 2720 2720 225022502000 2000 2400 2400 2800280024002400 行程缸徑比行程缸徑比S/D S/D 4.174.174.174.174.04.03.753.754.04.04.04.04.04.04.04.0 轉速（轉速（r rm

17、inmin） 12412410310392921141141271271051059191105105 活塞平均速度（活塞平均速度（m/sm/s） 8.38.38.38.38.38.38.558.558.58.58.48.48.58.58.48.4 平均有效壓力（平均有效壓力（barbar） 18.218.218.218.218.218.219.519.519191919191919.019.0 最高燃燒壓力（最高燃燒壓力（MpaMpa） 14.214.214.214.214.214.215.515.515.015.0 單缸功率（單缸功率（KwKw） 136013602000200027502

18、7502360236015801580225522553105310522602260 燃油消耗率（燃油消耗率（g/KW.hg/KW.h） 171171170170169169167167169169168168166166170170船用柴油機的發(fā)展三三. .船舶柴油機的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢船舶柴油機的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 船用中速柴油機的主要參數(shù)船用中速柴油機的主要參數(shù)機型機型MAN BMAN BW L27/38W L27/38W Wrtsilrtsil L32 L32W Wrtsilrtsil L64 L64缸徑（缸徑（mmmm） 270 270 320 320 640 640 行程（行程（mmmm） 380 380 400 400 900 900 行程缸徑比行程缸徑比S/DS/D1.41.41.251.251.41.4壓縮比壓縮比 16.516.516.016.0活塞平均速度（活塞平均速度（m ms s）10.110.110.010.09.89.8平均有效壓力（