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柴油機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo) |
柴油機(jī)的性能指標(biāo)主要反映在工作能力的大小及消耗燃料的多少,即稱(chēng)為柴油機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)方面的指標(biāo)。它們既是反映柴油機(jī)工作循環(huán)完善程度的參數(shù),更是評(píng)估柴油機(jī)性能的主要依據(jù)。主要包括功率、熱效率、機(jī)械效率、燃油消耗率、平均有效壓力和扭矩等。
V型16缸柴油機(jī)示意圖 |
一、性能指標(biāo)的分類(lèi)
指示動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)分別從量和質(zhì)兩個(gè)方面來(lái)評(píng)價(jià)柴油機(jī)的性能。
1、動(dòng)力性指標(biāo)
○ 平均指示壓力ρi
○ 指示功率Pi
○ 機(jī)械效率ηm
○ 有效功率Pe
○ 平均有效壓力Ρe
○ 轉(zhuǎn)速和活塞平均速度
2、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)
○ 指示油耗率gi
○ 指示熱效率ηi
○ 有效油耗率ge
○ 有效熱效率ηe
柴油機(jī)性能指標(biāo)示意圖 |
二、動(dòng)力性指標(biāo)
1、平均指示壓力
(1)定義
發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)工作循環(huán),單位氣缸容積所做的指示功(Li)。
ρi =Li/Vs(N/M2或Pα)
由式中可見(jiàn),平均指示壓力ρi 又可以看成單位氣缸工作容積每一工作循環(huán)的指示功。它消去了柴油機(jī)氣缸工作容積的因素,所以它的數(shù)值與氣缸工作容積的大小無(wú)關(guān)。因此可以用Pi來(lái)比較不同氣缸尺寸和不同類(lèi)型的柴油機(jī)的做功能力強(qiáng)化程度。ρi 值大,表明其單位氣缸工作容積的做功能力大,柴油機(jī)氣缸工作容積利用程度ρi 值大。噴入的燃油量相同時(shí),表明其工作循環(huán)進(jìn)行得比較完善。所以ρi 是評(píng)定柴油機(jī)工作循環(huán)動(dòng)力性的重要指標(biāo)。
柴油機(jī)平均壓力示意圖 |
(2)作用
用來(lái)比較不同類(lèi)型和不同氣缸尺寸的氣缸工作容功能力;評(píng)價(jià)氣缸工作容積的利用程度。
(3)影響ρi 因素:(循環(huán)供油量和燃燒質(zhì)量)
● 循環(huán)供油量(負(fù)荷)↑,則ρi↑,增壓度↑,ρi↑。
● 過(guò)量空氣系數(shù)α↑,缸內(nèi)燃燒質(zhì)量↑,ρi↑;
● 工質(zhì)混合完善程度↑,ρi相應(yīng)↑。
● 換氣質(zhì)量↑,ρi↑。
● 燃燒質(zhì)量↑,ρi↑。
2、指示功率Pi
發(fā)動(dòng)機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)氣缸內(nèi)工質(zhì)推動(dòng)活塞所做的功(kW)。
Pi=ρi Vsnim/60000(KW)
ρi——平均指示壓力,Pa或N/m²;
Vs——氣缸工作容積,m3;
N——柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速,r/min
m—每轉(zhuǎn)工作行程數(shù),四沖程機(jī)m=1/2,二沖程機(jī)m=1;
i——氣缸數(shù)。
對(duì)既定柴油機(jī)而言,Vs和m為定值,令C=Vsm/60000,根據(jù)上式可表達(dá)為:Pi=Cpini(C為氣缸常數(shù))。
3、機(jī)械效率ηm
(1)機(jī)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(guò)程中所損失的功率。
(2)機(jī)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(guò)程中所損失的功率。
包括:
a.摩擦損失-活塞環(huán)與缸套之間最大;
b.拖動(dòng)損失--隨轉(zhuǎn)速個(gè)而加大;
C.泵氣損失-僅發(fā)生在非增壓四沖程機(jī)。
(增壓機(jī)不但不損失,反而增加規(guī)律;二沖程機(jī)無(wú)進(jìn)排氣沖程,為零)。
(3)機(jī)械效率ηm
ηm=(Pi-Pm)/Pi=1-Pm/Pi
從上式可知:Pm↑→ηm↓
機(jī)械效率影響因素
負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、滑油溫度、冷卻水溫、安裝質(zhì)量等。
對(duì)同一臺(tái)柴油機(jī)而言:
?轉(zhuǎn)速不變,負(fù)荷↑→ηm↑。柴油機(jī)空載運(yùn)行,全部指示功消耗于摩擦損失,ηm=0。
?負(fù)荷不變,轉(zhuǎn)速↑→摩擦耗功↑→ηm↓
通常柴油機(jī)出廠時(shí),廠家以ηm——n的形式給出ηm值,可根據(jù)使用轉(zhuǎn)速和負(fù)荷查出ηm。
4、有效功率
柴油機(jī)曲軸飛輪端單位時(shí)間所輸出的功。
Pe=Pi-Pm=Piηm
注:實(shí)際使用時(shí),Pe不是通過(guò)計(jì)算,而是由測(cè)功器測(cè)出。
(1)制動(dòng)功率(BHP,Brake Horse Power)
在柴油機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上用水力測(cè)功器(電力測(cè)功器)測(cè)定輸出扭矩再計(jì)算出的功率。
(2)軸功率(SHP,Shaft Horse Power)
在柴油機(jī)裝船后,用傳遞式測(cè)功儀測(cè)得。
三、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)
(1)指示熱效率ηi
指示功的熱當(dāng)量與相應(yīng)消耗的燃料熱當(dāng)量之比。
若測(cè)得:柴油機(jī)每小時(shí)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:燃料的熱當(dāng)量為:B×Hu/3600(kj/s;kW)
那么:ηi=3600Pi/B×Hu
(2)指示油耗率gi
指單位指示功率每小時(shí)燃油消耗量。
gi=B/Pi(kg/kW·h)
指示熱效率與指示油耗率的關(guān)系:(成反比關(guān)系)
(3)有效燃油消耗率ge
每一千瓦有效功率每小時(shí)消耗的燃油量。
ge=B/Pe(kg/kW·h)
ge的意義:
①評(píng)價(jià)不同形式柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性;
②用來(lái)計(jì)算航次載油量和油艙容積。
(4)有效熱效率ηe
曲軸有效功所消耗的熱量。
四、柴油機(jī)其他常用參數(shù)
表征柴油機(jī)機(jī)械負(fù)荷、熱負(fù)荷、基本結(jié)構(gòu)、強(qiáng)化程度和排放性能的參數(shù)。
1、最高爆發(fā)壓加Pz
表征柴油機(jī)機(jī)械負(fù)荷的主要參數(shù)之一。
pZ↑——動(dòng)力性↑、經(jīng)濟(jì)性↑但過(guò)大→尺寸↑,笨重;
——應(yīng)力↑——變形、疲勞裂紋→可靠性、壽命↓;
——磨損↑;
——振動(dòng)噪音↑;
pZ取值范圍:
非增壓機(jī)pZ=6~8 MPa;
增壓低速二沖程機(jī)pZ=7~15 MPa;
增壓中高速機(jī)pZ=7~17 MPa.
2、排氣溫度tr
表征柴油機(jī)熱負(fù)荷的主要參數(shù)之一。用來(lái)衡量缸內(nèi)熱負(fù)荷大小和燃燒質(zhì)量,一般不大于550℃。
3、活塞的平均速度Cm
Cm↑→柴油機(jī)功率Pe↑;
Cm↑——機(jī)械負(fù)荷↑、熱負(fù)荷↑、磨損↑
解決辦法:
柴油機(jī)采用長(zhǎng)行程、低轉(zhuǎn)速,提高螺旋槳推進(jìn)效率。
4、程缸徑比S/D
是柴油機(jī)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)之一。
1)S/D↑→曲柄半徑R↑→柴油機(jī)寬度、高度、重量↑;
2)S/D↑(一般轉(zhuǎn)速↓)→往復(fù)慣性力↓→機(jī)械負(fù)荷↓;
3)S/D↑→氣缸散熱面積↑→熱負(fù)荷↓(缸套熱負(fù)荷↑、缸蓋熱負(fù)荷↓);
4)S/D↑,在同等壓縮比情況下,燃燒室容積Va↑→混合質(zhì)量↑;
5)S/D↑→掃氣效果↓,對(duì)直流掃氣影響小,對(duì)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(dòng)↑。
5、強(qiáng)化系數(shù)Pe•Cm。
短行程柴油機(jī):S/D≤2.5
長(zhǎng)行程柴油機(jī):2.5<S/D<3.0
超長(zhǎng)行程柴油機(jī):S/D>3.0
6、壓縮比ε
表征柴油機(jī)受熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷兩方面的綜合強(qiáng)烈程度。
對(duì)性能影響很大的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
1)對(duì)經(jīng)濟(jì)性影響
ε↑→經(jīng)濟(jì)性↑(ε>12影響減弱),但ε↑↑→Va↓對(duì)霧化、燃燒不利→經(jīng)濟(jì)性↓
2)對(duì)動(dòng)力性及機(jī)械負(fù)荷的影響——決定ε上限取值
ε↑→壓縮壓力p↑→爆發(fā)壓力pz↑→動(dòng)力性↑→機(jī)械負(fù)荷、磨損↑
增壓機(jī):進(jìn)氣壓力↑→爆發(fā)壓力pz已經(jīng)較高,故↓ε,避免pz過(guò)高。(隨技術(shù)和材料技術(shù)的↑,ε已達(dá)16~19)
3)對(duì)燃燒起動(dòng)性影響——決定ε下限取值
ε↓→壓縮壓力p↓→壓縮終點(diǎn)溫度↓(柴油機(jī)考?jí)喝键c(diǎn)火)→起動(dòng)性↓。
7、重量指標(biāo)
通常以比重量來(lái)衡量。比重量(g)又稱(chēng)單位功率重量,
8、外形尺寸指標(biāo)
外形尺寸指標(biāo)又稱(chēng)緊湊性指標(biāo),是指柴油機(jī)總體布置緊湊程度的指標(biāo)。
通常以柴油機(jī)的單位體積功率來(lái)衡量。
單位體積功率Nv,即:
式中:V=L*B*H,其中L、B、H為柴油機(jī)的最大長(zhǎng)、寬、高尺寸。
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