項目一模塊2柴油機性能指標計算

1、模塊模塊2 柴油機性能指標計算柴油機性能指標計算 本模塊應掌握的內容 柴油機的動力性和經(jīng)濟性指標及一些工作參數(shù)用來表征柴油機機械負荷、熱負荷和強化程度等性能。 動力性和經(jīng)濟性指標可分成指示指標和有效指標兩類。本模塊是評價柴油機作功能力大小和經(jīng)濟性高低的計算方法。學生通過學習認識: 了解柴油機性能指標的種類， 熟練掌握柴油機性能指標的計算方法以及影響因素， 能測量柴油機的壓縮比、最大爆發(fā)壓力和排氣溫度等有關參數(shù)。 11考綱在本模塊的考點4 NoImage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(jīng)濟

2、性指標、運轉性指標（冷起動、加速性與加動力性指標、經(jīng)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、重量和外形尺寸指標載性、排放性）、可靠性和耐久性指標、重量和外形尺寸指標等。等。 柴油機的性能通?？梢詮膭恿π?、經(jīng)濟性、運轉性、可靠性和耐久性等方面加以衡量，通常柴油機的性能指標主要有動力性指標和經(jīng)濟性指標。 動力性和經(jīng)濟性指標可以分為指示指標和有效指標兩類。 1. 指示指標（indicative)是建立在氣缸內燃氣對活塞所做功為基礎的性能指標。它只考慮缸內燃燒不完全及傳熱方面的損失，沒有考慮運動副間所存在的摩擦損失，它反映了氣缸內工作循環(huán)的完善程度。 2. 有效指標

3、（effective）是建立在柴油機輸出軸上所得到的有效功為基礎的性能指標。它既考慮了熱損失也考慮了一系列的機械損失。它是評定柴油機工作性能的最終指標NoImage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)。 1 1 平均指示壓力平均指示壓力p pi i 2 2 指示功率指示功率P Pi i 3 3 指示熱效率指示熱效率 i i 4 4 指示油耗率指示油耗率g gi i 注：注：

4、1.21.2反映了柴油機動力性能的的大小反映了柴油機動力性能的的大小 3.43.4用來衡量柴油機經(jīng)濟性的好壞用來衡量柴油機經(jīng)濟性的好壞一、指示指標一、指示指標1 平均指示壓力平均指示壓力piNoImage 平均指示壓力pi也就是一個工作循環(huán)中每單位氣缸工作容積所作的指示功。它的數(shù)值與氣缸容積無關 用pi來比較不同類型和不同氣缸尺寸的柴油機氣缸工作容積的利用程度。 pi值大，說明其單位氣缸工作容積的作功能力大，其工作循環(huán)比較完善。在實際船舶運營中，pi由測取的pV示功圖經(jīng)計算得到。 10 NoImage1.1 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

5、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。 對于既定的柴油機，影響pi大小的主要因素是循環(huán)供油量或負荷大小，其次是換氣質量、燃油霧化質量等影響燃燒質量的因素。 （1）循環(huán)供油量

6、（負荷）大，pi提高。（2）過量空氣系數(shù)增大，缸內的燃燒質量提高，pi提高，但當過量空氣系數(shù)過 高時，由于油氣濃度過低而使pi降低。（3）工質混合完善程度提高，pi提高。（4）換氣質量提高，pi提高。因此一般情況下: 增壓柴油機pi高于非增壓柴油機； 四沖程機pi高于二沖程機； 直流掃氣式柴油機的pi高于彎流掃氣式柴油機。實際運行的柴油機，當進、排氣閥定時或噴油定時發(fā)生變化、氣缸漏泄增加、燃油噴射壓力調節(jié)不當、燃油霧化質量下降、增壓系統(tǒng)故障等都會引起pi降低。12 NoImage1.2 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）。)(60000kW

7、nimVpPsii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113 NoImage1.3 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

8、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） uiiHg3600二、有效指標 1 平均指示壓力平均指示壓力pe 2 指示功率指示功率Pe 3 指示熱效率指示熱效率 e 4 指示油耗率指示油耗率ge 注：注：1.2反映了柴油機動力性能的的大小反映了柴油機動力性能的的大小 3.4用來衡量柴油機經(jīng)濟性的好壞用來衡量柴油機經(jīng)濟性的好壞NoImage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：

9、 摩擦損失活塞環(huán)與缸套之間最大 拖動損失隨轉速而加大； a.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）。16 NoImage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

10、值值，可根據(jù)使用轉速和負荷查出m。17 NoImage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，用扭力計測量測得。一般BHP SHP。18 NoImage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

11、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(jīng)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。miueeBHP36001 1 最高燃燒壓最高燃燒壓2 2 排氣溫度排氣溫度 3 3 活塞平均速度活塞平均速度 4 4 行程缸徑比行程缸徑比5 5 強化系數(shù)強化系數(shù)6 6 壓縮比壓縮比三、柴油機工作參數(shù)三、柴油機工作參數(shù)最高燃燒壓力最高燃燒壓力p pz z過大，使結構尺寸增大，柴油機笨重過大，使結構尺寸增大，柴油機笨重p pz z過大，使螺栓預緊力增大，過大，使螺栓預緊力增大，結合面比壓大結合面比壓大p p

12、z z過大，破壞潤滑油膜，磨損加劇過大，破壞潤滑油膜，磨損加劇p pz z過大，沖擊振動和噪聲增大過大，沖擊振動和噪聲增大p pz z大些，對提高柴油機熱效率降低油耗大些，對提高柴油機熱效率降低油耗有利有利目前柴油機pz值的數(shù)據(jù)范圍是： 非增壓柴油機：6-8MPa 增壓低速二沖程柴油機：7-18MPa 增壓中高速柴油機:7-20MPa排氣溫度排氣溫度非增壓柴油機：非增壓柴油機：排氣管內廢氣平均溫度排氣管內廢氣平均溫度增壓柴油機：氣缸蓋排氣道增壓柴油機：氣缸蓋排氣道出口處廢氣平均溫度出口處廢氣平均溫度排氣溫度高低反映了排氣溫度高低反映了缸內負荷的大小缸內負荷的大小和燃燒質量的好壞和燃燒質量的好壞

13、通常排氣溫度最高不超過通常排氣溫度最高不超過550,550,過高不但標志熱負過高不但標志熱負荷過高，還會引起經(jīng)濟性、荷過高，還會引起經(jīng)濟性、可靠性下降等可靠性下降等活塞平均速度活塞平均速度V Vm m=Sn/30=Sn/30（m/sm/s）影響柴油機機械負荷、影響柴油機機械負荷、熱負荷和壽命的重要參數(shù)熱負荷和壽命的重要參數(shù)為維持較長的壽命和適當?shù)臑榫S持較長的壽命和適當?shù)腣 Vm m值，采用長行程，以降低值，采用長行程，以降低n n，提高螺旋槳效率，提高螺旋槳效率行程缸徑比行程缸徑比S/D影響柴油機的尺寸和重量影響柴油機的尺寸和重量影響機械負荷；最大往復慣性力隨影響機械負荷；最大往復慣性力隨S/

14、D增加而減小，即機械負荷減小增加而減小，即機械負荷減小影響熱負荷；影響熱負荷；S/D增大，散熱面增大，散熱面積增大，熱負荷減小積增大，熱負荷減小影響混合氣形成影響混合氣形成;S/D增大，燃燒室余增大，燃燒室余隙容積增大，有利于混合氣的形成隙容積增大，有利于混合氣的形成影響掃氣效果影響掃氣效果影響曲軸剛度影響曲軸剛度影響軸系的振動性能影響軸系的振動性能強化系數(shù)強化系數(shù)pe*Cm表示柴油機所受表示柴油機所受熱負荷和機械負荷兩方面熱負荷和機械負荷兩方面的綜合強烈程度的綜合強烈程度高速機大于低速機；高速機大于低速機；四沖程機大于二沖程機四沖程機大于二沖程機壓縮比壓縮比影響經(jīng)濟性：影響經(jīng)濟性： 大則經(jīng)濟

15、性好，但大則經(jīng)濟性好，但 超過超過1212后，后，經(jīng)濟性則降低，因為經(jīng)濟性則降低，因為 過高則余隙容積過小過高則余隙容積過小不利于霧化和混合氣的形成不利于霧化和混合氣的形成 影響機械負荷：影響機械負荷： 增加使壓縮壓力增加使壓縮壓力p pc c和和p pz z提高，提高，則機械負荷增大，磨損加劇。此為上限限制則機械負荷增大，磨損加劇。此為上限限制影響燃燒和起動性能：影響燃燒和起動性能： 冷車起動時，冷車起動時， 越小，越小，起動和燃燒時需要的轉速就越高，此為下限起動和燃燒時需要的轉速就越高，此為下限限制限制比重量指標比重量指標gw：又稱單位功率重量，是柴油機凈重與標定功率的比值它與柴油機的類型

16、、結構、附件的大小有關，同時也與材料和制造技術有關，一般船用高速機為1.4-3.7；中速機為10-19；低速機為20-35單位體積功率單位體積功率Pv：是柴油機標定功率Pe與柴油機外廓體積V的比值，其中，柴油機的外廓體積是指其最大長寬高尺寸的乘積27 NoImage3. 柴油機其他常用參數(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)。

17、28 NoImage3.1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(jīng)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 = 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。29 30 NoImage3.3 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。 30602S

18、nSnCm31 NoImage3.4 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 32 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 33 34 NoImage3. 6壓縮比 對性能影響很大的結構參數(shù)。 1）對經(jīng)濟性影響 經(jīng)濟性 （ 12影響減弱 ） ，但 Va 對霧化、燃燒不利經(jīng)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 機械負荷、磨損 增壓機進氣壓力 爆發(fā)壓力pz 已經(jīng)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）