柴油机的特性

柴油机的特性

一．柴油机工况的变化

柴油机由于用途和使用条件不同，它在实际运转中的工作状况的变化可以分成以下三类：1．带动发电机的柴油机：

其工作特点是要求转速恒定，以保持供电电压和频率稳定。在这个恒定的转速下，功率可在零到最大值之间变化，其大小取决于用电情况。

2．带动螺旋桨的柴油机：

柴油机转速与螺旋桨转速一致（或是倍乘关系），稳定运转时，柴油机发出功率与螺旋桨吸收功率相等。因此，柴油机的工况变化规律取决于螺旋桨特性。

3．车用柴油机：

柴油机的转速和扭矩之间没有一定的关系。转速取决于车速，扭矩取决于装载量、路面阻力。

二．柴油机特性的分类

我们已知表征柴油机性能的主要指标有：平均有效压力、有效扭矩、有效功率、有效耗油率、平均指示压力等。运转中的这些柴油机性能指标是随着柴油机运转工况的不同而变化的。柴油机的主要性能指标和工作参数（如排气温度、最高爆发压力、增压压力等）随运转工况变化的规律称为柴油机的特性。如果把这种变化规律在坐标轴上用曲线的形式表示出来，这种曲线即称为柴油机的特性曲线。

有了特性曲线，掌握了柴油机的特性，就可以合理利用柴油机的一系列特性，知道我们在使用柴油机时如何提高其可靠性、使用寿命，以及如何节油。如在各种使用条件下决定其极限允许使用范围，选择其最佳工作点，检查其工作质量（性能指标、工作参数）是否良好等。对于特定的柴油机在运转中可能使柴油机有效功率发生变化的参数只有平均有效压力和转速，它们是两个可以互相独立的基本参数。由此，根据平均有效压力和转速的变化情况可将柴油机的特性进行分类。

1．速度特性：

当平均有效压力不变（测定时是将油量调节机构固定，平均有效压力在实际上是略有变化的），柴油机的性能参数随转速变化的关系。

2．负荷特性：

当转速不变，定于某一设定值时，柴油机的性能参数随负荷（平均有效压力）变化的关系。柴油机的负荷通常是指柴油机阻力矩大小，由于平均有效压力正比于阻力矩，常用平均有效压力来表示负荷。

3．推进特性：

柴油机带动螺旋桨，按照螺旋桨特性工作时（平均有效压力、转速不再是相互独立的，而是按螺旋桨特性相互对应的），其性能参数随转速或平均有效压力变化的关系。

4。调速特性：

与上述各种柴油机特性不同，它一般并不表明柴油机内部的工作过程有关参数的变化情况，而只标出有效扭矩、平均有效压力、有效功率与转速的关系，它主要取决于调速器的工作性能。

速度特性

测定速度特性时，将喷油泵油量调节杆固定，然后改变柴油机外负荷以改变其转速，使柴油机在最高允许转速和最低稳定转速之间各不同的转速下稳定运转，并测量各转速下的功率、扭矩（或平均有效压力）、有效耗油率和排气温度等。将测得的数据整理在以转速为横坐标的图上，即得到柴油机的速度特性曲线。

***由于喷油泵油量调节机构固定的位置不同，即泵的有效行程不同，每循环的供油量不同，所测得的特性曲线也不同。如果把油量调节机构固定在标定位置（相当于柴油机在标定转速下发出标定功率的供油量）时，所测得的柴油机特性称为全负荷速度特性（习惯上亦称为外特性）。当油量调节机构固定在比标定位置小的位置时所测得的柴油机特性称为部分负荷速度特性（亦称部分特性）。

***我国船舶建造规范规定，柴油机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）。柴油机必须允许在超负荷功率下至少连续运转1小时。此时，油量调节机构所处的位置即为实际运转中允许达到的极限位置。在柴油机油量调节机构中装设有限制块，以防止油量调节机构在运转中超过这个极限位置。当油量调节机构固定在这一极限位置时所测得的速度特性称为超负荷速度特性。在这种情况下，由于喷油泵的调节机构在最大供油位置上，所以汽缸内的温度和压力都很高，致使机件受到很大的热负荷和机械负荷，工作条件恶劣。因此，按此特性工作的时间是有限制的。

***实际上油量调节机构在固定时的平均有效压力或有效扭矩并不是定值，这是因为：1．由于节流、泄漏，喷油泵每循环的喷油量随转速的变化略有变化。

2．增压柴油机指示效率（主要取决于过量空气系数）随转速增加会有所增加。

3．增压柴油机的机械效率随转速增加稍有降低。但对低速柴油机（主机）来说，因其转速低，变化范围小，喷油泵每循环喷油量随转速的变化很小；其过量空气系数很大，它的变化对热效率影响较小；其转速变化范围很小，机械效率随转速变化可以忽略。因此，可以认为：当柴油机油量调节机构位置一定时，转速变化其平均有效压力（或有效扭矩）不变。有效功率、平均有效压力或有效扭矩与转速呈线性关系。

推进特性

柴油机的推进特性是柴油机按照螺旋桨特性工作的特性。

一．螺旋桨特性简介

由试验可知推力系数和扭矩系数都是随螺旋桨的进程比而变化的。进程比表示螺旋桨每转一转实际产生的位移与直径之比。进程比是研究螺旋桨水动力性能的一个极重要的参数。进程比增加时，推力系数和扭矩系数则减小。当进程比一定时（即螺旋桨前进速度与螺旋桨转速之比的比值一定时），推力系数和扭矩系数四一定的。当进程比减小时，推力系数和扭矩系数都增加，即推力和扭矩都增加。当进程比为零时，推力系数和扭矩系数最大，此时螺旋桨的推力和扭矩也就达到最大值，这相当于系泊试验或船舶刚起航时（螺旋桨速度等于零）的情况。

***螺旋桨效率为螺旋桨输出功率（螺旋桨的推力X螺旋桨的前进速度）与它吸收主机功率（螺旋桨的阻力矩X回转角速度）之比。即：ηp（螺旋桨效率）=FpVp/（Mp2πn）

***式中Fp为螺旋桨的推力，Vp为螺旋桨的前进速度；Mp为扭矩，

商船，特别是货船和油船，正常定速航行时，船速与螺旋桨转速成正比，即螺旋桨的前进速度与螺旋桨的转速的比值比变。对于特定的螺旋桨，直径是一个常数，，所以进程比可视为常数。海水的密度变化很小，也可以认为是常数。

***论证：螺旋桨的推力和扭矩与其转速的平方成正比；螺旋桨所需的功率与其转速的三次