新聞主題	柴油機的主要技術(shù)指標

 

柴油機的性能指標主要反映在工作能力的大小及消耗燃料的多少，即稱(chēng)為柴油機的動(dòng)力性和經(jīng)濟性兩個(gè)方面的指標。它們既是反映柴油機工作循環(huán)完善程度的參數，更是評估柴油機性能的主要依據。主要包括功率、熱效率、機械效率、燃油消耗率、平均有效壓力和扭矩等。

 

V型16缸柴油機示意圖

 

 

一、性能指標的分類(lèi)

 

指示動(dòng)力性和經(jīng)濟性指標分別從量和質(zhì)兩個(gè)方面來(lái)評價(jià)柴油機的性能。

1、動(dòng)力性指標

○ 平均指示壓力ρ_i 

○ 指示功率P_i

○ 機械效率η_m 

○ 有效功率P_e

○ 平均有效壓力Ρ_e

○ 轉速和活塞平均速度

2、經(jīng)濟性指標

○ 指示油耗率g_i 

○ 指示熱效率η_i

○ 有效油耗率g_e

○ 有效熱效率η_e

 

柴油機性能指標示意圖

 

二、動(dòng)力性指標

 

1、平均指示壓力

（1）定義

發(fā)動(dòng)機每個(gè)工作循環(huán)，單位氣缸容積所做的指示功（L_i）。

ρ_i =L_i/V_s（N/M²或P_α）

由式中可見(jiàn)，平均指示壓力ρ_i 又可以看成單位氣缸工作容積每一工作循環(huán)的指示功。它消去了柴油機氣缸工作容積的因素，所以它的數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)型的柴油機的做功能力強化程度。ρ_i 值大，表明其單位氣缸工作容積的做功能力大，柴油機氣缸工作容積利用程度ρ_i 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ρ_i  是評定柴油機工作循環(huán)動(dòng)力性的重要指標。

柴油機平均壓力示意圖

 

（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；評價(jià)氣缸工作容積的利用程度。

（3）影響ρ_i 因素：（循環(huán)供油量和燃燒質(zhì)量)

● 循環(huán)供油量（負荷）↑，則ρi↑，增壓度↑，ρi↑。

● 過(guò)量空氣系數α↑，缸內燃燒質(zhì)量↑，ρi↑；但當α↑↑，油氣濃度↓，使ρi↓。

● 工質(zhì)混合完善程度↑，ρi相應↑。

● 換氣質(zhì)量↑，ρi↑。

● 燃燒質(zhì)量↑，ρi↑。

 2、指示功率P_i

發(fā)動(dòng)機在單位時(shí)間內氣缸內工質(zhì)推動(dòng)活塞所做的功（kW）。

P_i=ρ_i V_snim/60000（KW）

ρ_i——平均指示壓力，Pa或N/m²；

V_s——氣缸工作容積，m3；

N——柴油機的轉速，r/min

m—每轉工作行程數，四沖程機m=1/2，二沖程機m=1；

i——氣缸數。

對既定柴油機而言，Vs和m為定值，令C=V_sm/60000，根據上式可表達為：P_i=Cp_ini（C為氣缸常數）。

3、機械效率η_m

（1）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(guò)程中所損失的功率。

（2）機械損失的功率P_m

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--隨轉速個(gè)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，反而增加規律;二沖程機無(wú)進(jìn)排氣沖程，為零）。

（3）機械效率η_m

η_m=（P_i-P_m）/P_i=1-P_m/P_i

從上式可知：P_m↑→η_m↓

機械效率影響因素

負荷、轉速、滑油溫度、冷卻水溫、安裝質(zhì)量等。

對同一臺柴油機而言:

?轉速不變，負荷↑→η_m↑。柴油機空載運行，全部指示功消耗于摩擦損失，η_m=0。

?負荷不變，轉速↑→摩擦耗功↑→η_m↓

通常柴油機出廠(chǎng)時(shí)，廠(chǎng)家以η_m——n的形式給出η_m值，可根據使用轉速和負荷查出η_m。

4、有效功率

柴油機曲軸飛輪端單位時(shí)間所輸出的功。

P_e=P_i-P_m=P_iη_m

注：實(shí)際使用時(shí)，Pe不是通過(guò)計算，而是由測功器測出。

（1）制動(dòng)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。

（2）軸功率（SHP，Shaft Horse Power）

在柴油機裝船后，用傳遞式測功儀測得。

 

三、經(jīng)濟性指標

 

（1）指示熱效率η_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(shí)油耗量為B（kg/h），查得：燃油的發(fā)熱值為H_u，一般取值為42700（kj/kg）。則：燃料的熱當量為：B×H_u/3600（kj/s;kW)

那么：η_i=3600P_i/B×H_u

（2）指示油耗率g_i

指單位指示功率每小時(shí)燃油消耗量。

g_i=B/P_i（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g_e

每一千瓦有效功率每小時(shí)消耗的燃油量。

g_e=B/P_e（kg/kW·h）

g_e的意義：

①評價(jià)不同形式柴油機的經(jīng)濟性；

②用來(lái)計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、柴油機其他常用參數

 

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。

1、最高爆發(fā)壓加P_z

表征柴油機機械負荷的主要參數之一。

pZ↑——動(dòng)力性↑、經(jīng)濟性↑但過(guò)大→尺寸↑，笨重；

——應力↑——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pZ=6～8 MPa;

增壓低速二沖程機pZ=7～15 MPa;

增壓中高速機pZ=7～17 MPa.

2、排氣溫度t_r

_{表征柴油機熱負荷的主要參數之一。用來(lái)衡量缸內熱負荷大小和燃燒質(zhì)量，一般不大于550℃。}

3、活塞的平均速度C_m

Cm↑→柴油機功率Pe↑；

Cm↑——機械負荷↑、熱負荷↑、磨損↑

解決辦法：

柴油機采用長(cháng)行程、低轉速，提高螺旋槳推進(jìn)效率。

4、程缸徑比S/D

是柴油機的主要結構參數之一。

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(zhì)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(dòng)↑。

5、強化系數P_e•C_m。

短行程柴油機：S/D≤2.5

長(cháng)行程柴油機:2.5<S/D<3.0

超長(cháng)行程柴油機：S/D>3.0

6、壓縮比ε

表征柴油機受熱負荷和機械負荷兩方面的綜合強烈程度。

對性能影響很大的結構參數。

1）對經(jīng)濟性影響

ε↑→經(jīng)濟性↑（ε＞12影響減弱），但ε↑↑→Va↓對霧化、燃燒不利→經(jīng)濟性↓

2）對動(dòng)力性及機械負荷的影響——決定ε上限取值

ε↑→壓縮壓力p↑→爆發(fā)壓力pz↑→動(dòng)力性↑→機械負荷、磨損↑

增壓機：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16～19）

3）對燃燒起動(dòng)性影響——決定ε下限取值

ε↓→壓縮壓力p↓→壓縮終點(diǎn)溫度↓（柴油機考壓燃點(diǎn)火）→起動(dòng)性↓。

7、重量指標

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

外形尺寸指標又稱(chēng)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(lái)衡量。

單位體積功率N_v，即：

式中：V=L*B*H，其中L、B、H為柴油機的最大長(cháng)、寬、高尺寸。

 

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