7-3第三节 柴油机的允许使用范围

第七章 柴油机的特性及使用范围 307

第三节 柴油机的允许使用范围

一、柴油机的功率标定方法

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pz、平均有效压力pe、曲轴扭矩Me、燃烧过量空气系数α、排气温度Tr、转速n等。也就是说柴油机所发出的功率有个客观极限。但一台柴油机的功率究竟标定多大才合适，却是根据柴油机特性、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。它们的关系可用图7-3-1的速度特性曲线定性地说明。图中的功率极限为柴油机可能发出的最大功率，这时机械负荷、热负荷等限制因素达到极限，柴油机可能损坏，不能可靠工作。因此柴油机即使是出厂试验时，也不允许达到此极限。

15分钟功率：柴油机允许连续运行15分钟的最大

图7-3-1 柴油机各种功率的速度特性

有效功率。商船不允许使用这么大的功率。可作为军用车辆和舰艇的追击功率。

1小时功率：柴油机允许连续运行1小时的最大有效功率。可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。

上面只说明标定功率的分级，但功率究竟应标定多大（标定功率离开功率极限应为多少），没有统一规定办法，由建造公司根据长期的使用经验进行标定。 2．国外船用柴油机常用的几种功率（工况）名称

由于船用柴油机功率表示方法各公司不尽相同且不断演变，因此名称不统一或同一名称含义不一定完全一样。如要了解准确含义，应查阅该机型的有关资料。

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，是设计柴油机选配螺旋桨的依据。近年螺旋桨与柴油机广泛采用“减功率匹配”，其含义有所引伸。详见后述。

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。船舶正常持久使用的功率工况。考虑到船舶遇到风浪、污底等情况，为了使柴油机的寿命、可靠性、效率等性能较好，运转更经济，CSR负荷定得比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。

308 船舶柴油机

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

为了使主机可靠、经济地工作并具有一定寿命，应对它工作时可能达到的功率（负荷）和转速作适当的限制。其中应特别注意允许持续工作的范围。主机允许工作范围如图7-3-2所示。曲线11为螺旋桨特性曲线，MCR为标定工况（100%Nb，100%nb）点。其中有阴影线的面为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（图中曲线４）、全负荷速度特性（曲线２）以及限制特性（曲线1和3）来限制。

柴油机的限制特性（曲线1和3）

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最大功率的。

限制特性线1和3中的线段3是等扭矩限制特

图7-3-2 主柴油机的允许工作范围

性曲线。由关系式Ne=CMen可知，在Ne-n座标中等扭矩线为过原点的直线。过标定工况点与原点的

直线则是标定工况扭矩Mb的等扭矩线。柴油机在各种转速下长期运转时都不能超过此线，即Me不能超过标定工况点的扭矩Mb（设计柴油机是以标定工况作为依据的）。我们知道，Me大小可以代表柴油机机械负荷的大小。Me大说明曲轴工作时的扭矩（扭应力）大，说明平均有效压力pe（有关零件机械应力）大，也说明有关轴承的负荷大。所以线段3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作用。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转速下都不超负荷。某些柴油机的p（以e及Me）在n降低时将有所增大，这就可能使柴油机的机械负荷在较低转速运转时超出允许值。 限制特性线1和3中的线段1是等过量空气系数限制特性曲线。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α都不小于标定工况下的过量空气系数αb。我们知道，对于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α。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α在各种转速下都能保持不小于标定工况下的αb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。所以线段1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。

第七章 柴油机的特性及使用范围 309 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作限制，当柴油机转速减低时，尽管每循环喷油量不变。但单位时间气缸排气次数减少，涡轮获得能量减少，增压器转速降低，增压压力降低，过量空气系数α减小，循环平均温度升高，热负荷增大。必定导致热负荷在低转速运转时超出允许值。 然而，上述燃烧过量空气系数难于测定，工作循环的平均温度也无法直接测取，而排气温度的平均值却容易测 量。因此，实际上常以排气温度作为依图7-3-3 柴油机的等扭矩线与等排气温度线 据来建立限制特性。图7-3-3示出某型号增压柴油机的一系列等排气温度线（实线）和等扭矩线（虚线）。注意其等排气温度线和

等扭矩线的相对位置，例如将80%Me、70%Me等扭矩线分别与400℃、380℃等排气温度线比较。可以看出，等扭矩线与等排气温度线相对位置如图7-3-4所示。在n从标定转速nb开始下降的初期，按等扭矩线变化的功率小于按等排气温度线变化的功率，如以等排气温度线作为限制特性线，功率仍偏大，机械负荷仍可能超过允 许值。而到了n下降的后期，则是按等排气温度线变化

的功率小于按等扭矩线变化的功率，如以等扭矩线作为图7-3-4 等扭矩线与等排气温度线的

限制特性线，功率仍偏大，热负荷仍可能超过允许值。相对位置

因此限制特性应是：在n从标定转速下降的初期以等扭

矩线作为限制特性线，后期则以等过量空气系数（排气温度）线作为限制特性线。图7-3-2中限制特性曲线1和3就是这样的。

如图7-3-2中限制特性曲线1和3与全负荷速度特性曲线的相对位置所示，要按限制特性曲线1和3限制柴油机的负荷，柴油机的转速n不同时，油量调节机构限定的位置也不同。因此在调速器内装有相应的辅助机构。 最小功率限制：

柴油机在各种转速下持续运转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太少，各缸供油量在此情况下将变得很不均匀，结果导致 …… 此处隐藏：4021字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……