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柴油机调速特性

返回列表 来源:admin 浏览:285 发布日期:2019-05-07 00:33:11【
调  速   特  性
  柴油机的调速特性曲线是指调速器的转速设定机构固定在某一位置时在调速器起作用(调速器能依据负荷大小自动地改变供油量)的情况下,柴油机的功率、扭矩与转速之间的关系曲线。调速器的特性与柴油机的其它特性不同,它并不表明柴油机内部的工作过程,它与调速器的工作性能直接有关。
  当(全制式)调速器的转速设定机构固定于某一位置,如标定位置时,柴油机在全负荷下具有稳定转速。如果通过测功器使柴油机的负荷逐渐减小,调速器就会自动地把供油量减小,扭矩(平均有效压力)逐渐减小而转速稍有增加。当负荷减到零时,柴油机的稳定转速则增大到最高转速。当调速器转速设定机构固定在另一位置时,上述参数将另有变化。
 
柴油机的允许使用范围
一.柴油机的功率标定法  
  柴油机能发出的功率是有极限的,客观上受到许多因素的限制。如最高爆发压力、平均有效压力、曲轴扭矩、燃烧过量空气系数、排气温度、转速等。也就是说,柴油机所发出的功率有个客观极限。但是,一台柴油机的功率究竟标定多大才合适,却是根据柴油机的特性、使用特点以及寿命和可靠性等要求来确定的。
1.我国柴油机功率的标定:
  国家标准规定了内燃机标定功率分为15分钟功率、1小时功率、12小时功率、持续功率四级。
  极限功率为柴油机可能发出的最大功率,这时的机械负荷、热负荷等限制因素达到极限,促进可能损坏,不能可靠工作。依次,柴油机即使是出厂试验时,有不允许达到此极限
15分钟功率:
  柴油机允许连续运行15分钟的最大有效功率。商船不允许使用这么大的功率。可作为军舰和军用车辆的追击功率。
1小时功率:  
  柴油机允许连续运行1消逝的最大有效功率。可以作为商船的超负荷功率,是最大持续功率的110%。1小时功率还可作为拖拉机、工程机械的最大使用功率。
12小时功率:
  柴油机允许连续运行12小时的最大有效功率。可以作为拖拉机、工程机械的正常使用功率。
持续功率:
  柴油机允许长期连续运行的最大有效功率。船舶柴油机就用它来标定功率,并同时标定其相应转速。我们通常所说的标定功率就是指这种功率。标定工况就是指这种功率及其相应转速。
2.国外船用柴油机常用的几种功率(工况)的名称:
MCR:  
  最大持续功率,同时标有相应的转速。原含义相当于国家标准的持续功率标定工况,是设计选配螺旋桨的依据。近年螺旋桨与柴油机惯犯采用“减功率匹配”,其含义有所引伸。
OR:超负荷功率工况。其功率为MCR功率的110%。
 CSR: 
  持续使用功率工况,考虑到船舶遇到风浪、污底等情况,为了使柴油机寿命、可靠性、效率等性能较好,运转更经济,CSR负荷定的比MCR小,留有一定的功率储备。CSR是船舶计划船期、油耗的主要依据。
ERP:
  按推进特性的经济功率工况。
ERG:
  按负荷特性的经济功率工况。
 
二.柴油机的持续运转范围
  为了使主机经济、可靠地工作并具有一定的寿命,应对它工作时可能达到的功率(负荷)和转速做适当的限制。其中应特别注意允许持续工作的范围。
1.功率所受的限制:
最大功率限制:柴油机在各种转速下允许达到的最大功率(负荷),在不同的条件下可分别由超负荷速度特性、全负荷速度特性以及限制特性来限制。
柴油机的限制特性:柴油机的限制特性是用来限制柴油机在各种转速下持续运转的功率的。有效扭矩的大小可以代表柴油机机械负荷的大小。有效扭矩大说明曲轴工作时的扭矩(扭应力)大,说明平均有效压力(有关零件机械应力)大,也说明有关轴承的负荷大。所以,等扭矩限制就是进行机械负荷限制。这样,就可以避免柴油机因机械负荷过大而损坏。
  柴油机的全负荷速度特性也有上述对功率的限制。但是,对有些机型仍不够严格,当柴油机按全负荷速度特性工作时不能保证它在各种下都不超负荷。某些柴油机的平均有效压力以及有效扭矩在转速降低时将有所增大,这就可能使柴油机水泵的机械负荷在较低转速运转时超出允许值。
等过量空气系数的限制:这种限制即要求柴油机在各种转速下长期运转时过量空气系数都不小于标定工况下的过量空气系数。对一台技术状态良好的柴油机,工作循环的平均温度以及排气温度主要取决于长期运转时的过量空气系数。而这些温度与柴油机的热负荷又有直接的关系。因此,如果柴油机的过量空气系数在各种转速下都能保持不小于标定工况下的过量空气系数值。那么它的热负荷在各种转速下也就不会超出标定工况下的水平。所以,等过量空气系数限制就是进行热负荷限制。这样,就可以避免柴油机因热负荷过大而发生故障。热负荷限制对增压柴油机很重要,增压程度较高的柴油机都有此限制。这是因为如果仅用全负荷速度特性做限制,当柴油机转速降低时,尽管每循环喷油量不变,但单位时间汽缸排气次数减少,涡轮获得能量减少,增压压力降低,过量空气系数减小,循环平均温度升高,热负荷增大,导致热负荷在低转速运转时超出允许值。
最小功率限制:
  柴油机在各种转速下持续运转时的最小功率也有限制。因为柴油机在过小的负荷下工作时每循环供油量过少,各缸供油量在此情况下将变得很不均匀,结果导致各缸功率显著不均,有的汽缸甚至不喷油或不发火,因而使柴油机的运转不稳定。柴油机在各种转速下的最小功率(负荷)由最小负荷速度特性来限制。
2.转速所受的限制:
最高转速限制:
  柴油机在各种负荷下持续运转允许达到的最高转速是有限制的。如柴油机的转速超过限制值就不能可靠地工作。具体限制值各机型不一定相同,有的以标定转速为限,有的以103%标定转速为限。在装有调速器的情况下,由限制转速相应的调速特性来限制。如果在标定功率下,调速器上柴油机在标定转速下稳定运转,则当负荷变小时,柴油机将在调速特性所确定的转速(比标定转速只有小量增加)下稳定运转。
最低转速限制:
  柴油机在各种负荷下持续运转允许的最低转速也有限制。因为柴油机在过低的转速下运转时,燃油的雾化和混合质量将显著恶化,各种正时也变得不合适,因此导致柴油机工作不正常。这时柴油机的工作也将变得不稳定。
 
三.船舶主柴油机现行功率标定法及优化调整
1.柴油机与定螺距螺旋桨的匹配:
(1)匹配的基本原则
  为了使柴油机能充分发挥作用,同时得到高的经济性、可靠性和较长的寿命,对一台指定的柴油机必须选配一个合适的螺旋桨,使柴油机的功率得到充分的利用。而且使柴油机的功率在全部运转转速范围内都不超出允许的范围。
  选配螺旋桨时,原则上是柴油机在标定转速下使设计选配的螺旋桨吸收的功率恰好等于柴油机的标定功率。螺旋桨与柴油机采取这样的配合能作到:在标定工况下使柴油机的功率得到充分的利用,而且使柴油机的功率在全部运转转速范围内都不超出允许的范围。
  如果螺旋桨配的过重,要么造成柴油机超负荷(这是不允许的),要么柴油机的功率不足,柴油机的能力无法得到充分利用。
  如果螺旋桨配的过轻,要么造成柴油机超转速(这是不允许的),要么柴油机功率发不足,柴油机的能力也无法得到充分的利用。
  以上只是柴油机与螺旋桨匹配的基本原则,实际上在柴油机与螺旋桨配合时要留有一定的转速或功率储备。这是因为在实际运转时,有些因素如船体污底、海面风浪会变化等,会导致螺旋桨过重。对于现代船用柴油机,由于增压度提高,超负荷能力下降,这种考虑尤为重要。
2.柴油机与螺旋桨的减功率匹配及船用柴油机新的功率标定法:
  为了扩大使用范围及满足用户对节油的要求,给配置螺旋桨提供较大灵活性,近年来船用柴油机功率的标定方法多次更新。这是因为现代柴油机普遍使用的是减功率法。
(1)柴油机与螺旋桨的减功率匹配:
  船东与船厂根据船舶特性及螺旋桨特性选定柴油机型号及其与螺旋桨的选配工况点(又称合同最大持续工况点、CMCR点,选配工况点的功率和转速往往低于柴油机最大标定功率和转速)。然后调整柴油机和增压器,使选配点的最大爆发压力保持在100%的设计值,并使选配点的工作参数优化,就可获得更好的经济指标。这就是减功率法(Derating)。为了避免混淆不清,我们将某种机型可能输出的最大持续功率及其相应的转速工况点称为额定工况点MCR点。
减功率法大致可分为四种类型:
1)按推进特性减功率。由于平均有效压力降低,最高爆发压力与平均有效压力的比值变大,使燃烧最佳,就使有效耗油率降低,经济性提高。必要时(如油价较低时)可不必更换螺旋桨重新调整柴油机、增压器,使柴油机能发出的功率提高到额定MCR的值,最充分地发挥柴油机的动力性。
2)降低转速减功率。适用于可配置大直径、低转速螺旋桨的船舶(如油船)。由于配置低转速、螺旋桨效率高的螺旋桨,使柴油机动力装置总的经济指标提高。但是,为了有足够的过量空气系数,应重新选配合适的增压器。
3)按负荷特性减功率,适用与螺旋桨直径受到限制或配有可调螺距螺旋桨的船舶。这种方法着眼于降低平均有效压力,提高最高爆发压力与平均有效压力的比值,来降低柴油机的燃油消耗率。
4)选配转速较低、效率较高的螺旋桨;柴油机的平均有效压力降低,最高爆发压力和平均有效压力的比值提高,降低柴油机本身的燃油消耗率。这样可使总的经济指标最好。
  减功率法(不管是降低平均有效压力,还是降低转速)能提高经济性,但实质上是牺牲柴油机的动力性换来的。也就是提高造价来换取燃油费用的降低。例如最佳转速的选取,就得考虑燃油费用与投资费用的平衡。选取转速越低,螺旋桨效率越高,燃油消耗率就越低。然而建造成本也就越高。因此,最佳转速不一定就是柴油机的最低转速,而可能要高一些。
(3)柴油机在减功率选配点的优化调整:
    柴油机与螺旋桨匹配时,如果选配点的功率低于额定功率,就必须在选配点优化柴油机,进行一系列的调整,该调整一般包括:
1)喷油正时;
2)喷油装置规格;
3)包括增压压力在内的增压器优化;
4)排气阀正时;
5)压缩比;
6)扫气正时;
7)个零部件冷却液流动情况及泵、冷却器的容量等也需做相应的调整更换。
上海柴油机水泵制造商


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