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新闻主题 |
柴油机的主要技术指标 |
柴油机的性能指标主要反映在工作能力的大小及消耗燃料的多少，即称为柴油机的动力性和经济性两个方面的指标。它们既是反映柴油机工作循环完善程度的参数，更是评估柴油机性能的主要依据。主要包括功率、热效率、机械效率、燃油消耗率、平均有效压力和扭矩等。
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V型16缸柴油机示意图 |
一、性能指标的分类
指示动力性和经济性指标分别从量和质两个方面来评价柴油机的性能。
1、动力性指标
○ 平均指示压力ρi
○ 指示功率Pi
○ 机械效率ηm
○ 有效功率Pe
○ 平均有效压力Ρe
○ 转速和活塞平均速度
2、经济性指标
○ 指示油耗率gi
○ 指示热效率ηi
○ 有效油耗率ge
○ 有效热效率ηe
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柴油机性能指标示意图 |
二、动力性指标
1、平均指示压力
（1）定义
发动机每个工作循环，单位气缸容积所做的指示功（Li）。
ρi =Li/Vs（N/M2或Pα）
由式中可见，平均指示压力ρi 又可以看成单位气缸工作容积每一工作循环的指示功。它消去了柴油机气缸工作容积的因素，所以它的数值与气缸工作容积的大小无关。因此可以用Pi来比较不同气缸尺寸和不同类型的柴油机的做功能力强化程度。ρi 值大，表明其单位气缸工作容积的做功能力大，柴油机气缸工作容积利用程度ρi 值大。喷入的燃油量相同时，表明其工作循环进行得比较完善。所以ρi 是评定柴油机工作循环动力性的重要指标。
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柴油机平均压力示意图 |
（2）作用
用来比较不同类型和不同气缸尺寸的气缸工作容功能力；评价气缸工作容积的利用程度。
（3）影响ρi 因素：（循环供油量和燃烧质量)
● 循环供油量（负荷）↑，则ρi↑，增压度↑，ρi↑。
● 过量空气系数α↑，缸内燃烧质量↑，ρi↑；
● 工质混合完善程度↑，ρi相应↑。
● 换气质量↑，ρi↑。
● 燃烧质量↑，ρi↑。
2、指示功率Pi
发动机在单位时间内气缸内工质推动活塞所做的功（kW）。
Pi=ρi Vsnim/60000（KW）
ρi——平均指示压力，Pa或N/m²；
Vs——气缸工作容积，m3；
N——柴油机的转速，r/min
m—每转工作行程数，四冲程机m=1/2，二冲程机m=1；
i——气缸数。
对既定柴油机而言，Vs和m为定值，令C=Vsm/60000，根据上式可表达为：Pi=Cpini（C为气缸常数）。
3、机械效率ηm
（1）机械损失
指作用在活塞上的指示功率传递到曲轴的（有效功率）过程中所损失的功率。
（2）机械损失的功率Pm
作用在活塞上的指示功率传递到曲轴的过程中所损失的功率。
包括:
a.摩擦损失-活塞环与缸套之间最大；
b.拖动损失--随转速个而加大;
C.泵气损失-仅发生在非增压四冲程机。
（增压机不但不损失，反而增加规律;二冲程机无进排气冲程，为零）。
（3）机械效率ηm
ηm=（Pi-Pm）/Pi=1-Pm/Pi
从上式可知：Pm↑→ηm↓
机械效率影响因素
负荷、转速、滑油温度、冷却水温、安装质量等。
对同一台柴油机而言:
・转速不变，负荷↑→ηm↑。柴油机空载运行，全部指示功消耗于摩擦损失，ηm=0。
・负荷不变，转速↑→摩擦耗功↑→ηm↓
通常柴油机出厂时，厂家以ηm——n的形式给出ηm值，可根据使用转速和负荷查出ηm。
4、有效功率
柴油机曲轴飞轮端单位时间所输出的功。
Pe=Pi-Pm=Piηm
注：实际使用时，Pe不是通过计算，而是由测功器测出。
（1）制动功率（BHP，Brake Horse Power）
在柴油机试验台上用水力测功器（电力测功器）测定输出扭矩再计算出的功率。
（2）轴功率（SHP，Shaft Horse Power）
在柴油机装船后，用传递式测功仪测得。
三、经济性指标
（1）指示热效率ηi
指示功的热当量与相应消耗的燃料热当量之比。
若测得：柴油机每小时油耗量为B（kg/h），查得：燃油的发热值为Hu，一般取值为42700（kj/kg）。则：燃料的热当量为：B×Hu/3600（kj/s;kW)
那么：ηi=3600Pi/B×Hu
（2）指示油耗率gi
指单位指示功率每小时燃油消耗量。
gi=B/Pi（kg/kW·h）
指示热效率与指示油耗率的关系：（成反比关系）
（3）有效燃油消耗率ge
每一千瓦有效功率每小时消耗的燃油量。
ge=B/Pe（kg/kW·h）
ge的意义：
①评价不同形式柴油机的经济性；
②用来计算航次载油量和油舱容积。
（4）有效热效率ηe
曲轴有效功所消耗的热量。
四、柴油机其他常用参数
表征柴油机机械负荷、热负荷、基本结构、强化程度和排放性能的参数。
1、最高爆发压加Pz
表征柴油机机械负荷的主要参数之一。
pZ↑——动力性↑、经济性↑但过大→尺寸↑，笨重；
——应力↑——变形、疲劳裂纹→可靠性、寿命↓；
——磨损↑;
——振动噪音↑;
pZ取值范围：
非增压机pZ=6～8 MPa;
增压低速二冲程机pZ=7～15 MPa;
增压中高速机pZ=7～17 MPa.
2、排气温度tr
表征柴油机热负荷的主要参数之一。用来衡量缸内热负荷大小和燃烧质量，一般不大于550℃。
3、活塞的平均速度Cm
Cm↑→柴油机功率Pe↑；
Cm↑——机械负荷↑、热负荷↑、磨损↑
解决办法：
柴油机采用长行程、低转速，提高螺旋桨推进效率。
4、程缸径比S/D
是柴油机的主要结构参数之一。
1）S/D↑→曲柄半径R↑→柴油机宽度、高度、重量↑；
2）S/D↑（一般转速↓）→往复惯性力↓→机械负荷↓；
3）S/D↑→气缸散热面积↑→热负荷↓（缸套热负荷↑、缸盖热负荷↓）；
4）S/D↑，在同等压缩比情况下，燃烧室容积Va↑→混合质量↑；
5）S/D↑→扫气效果↓，对直流扫气影响小，对弯流扫气影响大（弯流扫气S/D＜2.2）；
6）S/D↑→曲柄半径R↑→曲轴刚度↓；
7）S/D↑→振动↑。
5、强化系数Pe•Cm。
短行程柴油机：S/D≤2.5
长行程柴油机:2.5<S/D<3.0
超长行程柴油机：S/D>3.0
6、压缩比ε
表征柴油机受热负荷和机械负荷两方面的综合强烈程度。
对性能影响很大的结构参数。
1）对经济性影响
ε↑→经济性↑（ε＞12影响减弱），但ε↑↑→Va↓对雾化、燃烧不利→经济性↓
2）对动力性及机械负荷的影响——决定ε上限取值
ε↑→压缩压力p↑→爆发压力pz↑→动力性↑→机械负荷、磨损↑
增压机：进气压力↑→爆发压力pz已经较高，故↓ε，避免pz过高。（随技术和材料技术的↑，ε已达16～19）
3）对燃烧起动性影响——决定ε下限取值
ε↓→压缩压力p↓→压缩终点温度↓（柴油机考压燃点火）→起动性↓。
7、重量指标
通常以比重量来衡量。比重量（g）又称单位功率重量,
8、外形尺寸指标
外形尺寸指标又称紧凑性指标，是指柴油机总体布置紧凑程度的指标。
通常以柴油机的单位体积功率来衡量。
单位体积功率Nv，即：
式中：V=L*B*H，其中L、B、H为柴油机的最大长、宽、高尺寸。
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