新聞主題	柴油發(fā)電機(jī)頻率響應(yīng)特性曲線

 

摘要：柴油機(jī)在不同的工況下，各主要指標(biāo)是變化的。要找出它們的變化規(guī)律，必須在發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)功器上進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)出在不同工況下的數(shù)據(jù)，并繪制成曲線表示其變化關(guān)系。這些曲線稱為柴油機(jī)特性曲線。在衡量柴油機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性時(shí)，常用的特性曲線有負(fù)荷特性曲線、頻率特性曲線和調(diào)速特性曲線等。柴油機(jī)試驗(yàn)時(shí)，如將柴油機(jī)噴油泵的供油拉桿（油門）固定在某一位置上，并調(diào)節(jié)作用在飛輪上的阻力扭矩（即發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷），發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速必將發(fā)生變化。這樣可將測(cè)得的數(shù)據(jù)繪制成發(fā)動(dòng)機(jī)的有效扭矩Me、有效功率Ne和耗油率ge隨轉(zhuǎn)速n而變化的關(guān)系曲線，稱為柴油機(jī)的速度特性曲線。

 

一、什么是發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖

 

      大家在讀各種柴油發(fā)電機(jī)廠商的宣傳資料中會(huì)發(fā)現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線（也有叫發(fā)動(dòng)機(jī)工況圖），將發(fā)動(dòng)機(jī)功率、轉(zhuǎn)矩與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系以曲線表示，此曲線稱為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性曲線或簡(jiǎn)稱為發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線，如圖1所示；如果柴油機(jī)高壓油泵在最大供油量位置，此特性曲線稱為發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線；如果部分供油，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)部分負(fù)荷特性曲線。

      從試驗(yàn)圖2可以看出，轉(zhuǎn)速在1500轉(zhuǎn)/分情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和功率分別達(dá)到最大值，這是兩個(gè)決定發(fā)動(dòng)機(jī)性能的主要參數(shù)。代表了發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)功率，單位是千瓦，它決定了發(fā)動(dòng)機(jī)到底能產(chǎn)生多大的能量。圖1中的ge是指比油耗量，單位是克/每千瓦小時(shí)，它反映的是發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)每發(fā)出1kW功率，運(yùn)行1h的耗油量；n1.....n5就是發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，單位轉(zhuǎn)/每分鐘；理清了每個(gè)坐標(biāo)軸上數(shù)字的意義，下一步就是了解發(fā)動(dòng)機(jī)的特性曲線圖給我們吐露的信息。

 

圖1  柴油機(jī)外特性曲線

圖2  柴油機(jī)有效功率試驗(yàn)曲線

 

二、柴油機(jī)特性

 

      我們已知表征柴油機(jī)性能的主要指標(biāo)有平均有效壓力、有效扭矩、有效功率、有效耗油率、平均指示壓力等。運(yùn)轉(zhuǎn)中的這些柴油機(jī)性能指標(biāo)是隨著柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況的不同而變化的。柴油機(jī)的主要性能指標(biāo)和工作參數(shù)（如排氣溫度、最高爆發(fā)壓力、增壓壓力等）隨運(yùn)轉(zhuǎn)工況變化的規(guī)律稱為柴油機(jī)的特性。如果把這種變化規(guī)律在坐標(biāo)軸上用曲線的形式表示出來(lái)，這種曲線即稱為柴油機(jī)的特性曲線。有了特性曲線，掌握了柴油機(jī)的特性，就可以合理利用柴油機(jī)的一系列特性，知道我們?cè)谑褂貌裼蜋C(jī)時(shí)如何提高其可靠性、使用壽命，以及如何節(jié)油。如在各種使用條件下決定其極限允許使用范圍，選擇其最佳工作點(diǎn)，檢查其工作質(zhì)量（性能指標(biāo)、工作參數(shù)）是否良好等。

      對(duì)于特定的柴油機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中可能使柴油機(jī)有效功率發(fā)生變化的參數(shù)只有平均有效壓力和轉(zhuǎn)速，它們是兩個(gè)可以互相獨(dú)立的基本參數(shù)。由此，根據(jù)平均有效壓力和轉(zhuǎn)速的變化情況可將柴油機(jī)的特性進(jìn)行分類。

1、速度特性

      當(dāng)平均有效壓力不變（測(cè)定時(shí)是將油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定，平均有效壓力在實(shí)際上是略有變化的），柴油機(jī)的性能參數(shù)隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系。

      測(cè)定速度特性時(shí)，將噴油泵油量調(diào)節(jié)桿固定，然后改變柴油機(jī)外負(fù)荷以改變其轉(zhuǎn)速，使柴油機(jī)在最高允許轉(zhuǎn)速和最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速之間各不同的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，并測(cè)量各轉(zhuǎn)速下的功率、扭矩（或平均有效壓力）、有效耗油率和排氣溫度等。將測(cè)得的數(shù)據(jù)整理在以轉(zhuǎn)速為橫坐標(biāo)的圖上，即得到柴油機(jī)的速度特性曲線。

（1）全負(fù)荷速度特性

      由于噴油泵油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定的位置不同，即泵的有效行程不同，每循環(huán)的供油量不同，所測(cè)得的特性曲線也不同。如果把油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定在標(biāo)定位置（相當(dāng)于柴油機(jī)在標(biāo)定轉(zhuǎn)速下發(fā)出標(biāo)定功率的供油量）時(shí)，所測(cè)得的柴油機(jī)特性稱為全負(fù)荷速度特性（習(xí)慣上亦稱為外特性）。

（2）部分負(fù)荷速度特性

當(dāng)油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定在比標(biāo)定位置小的位置時(shí)所測(cè)得的柴油機(jī)特性稱為部分負(fù)荷速度特性（亦稱部分特性）。

（3）超負(fù)荷速度特性

      我國(guó)國(guó)家GB規(guī)范規(guī)定，柴油機(jī)超負(fù)荷功率為標(biāo)定功率的110%，柴油機(jī)必須允許在超負(fù)荷功率下至少連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)1小時(shí)。此時(shí)，油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)所處的位置即為實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中允許達(dá)到的極限位置。在柴油機(jī)油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中裝設(shè)有限制塊，以防止油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在運(yùn)轉(zhuǎn)中超過(guò)這個(gè)極限位置。當(dāng)油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定在這一極限位置時(shí)所測(cè)得的速度特性稱為超負(fù)荷速度特性。在這種情況下，由于噴油泵的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在最大供油位置上，所以汽缸內(nèi)的溫度和壓力都很高，致使機(jī)件受到很大的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷，工作條件惡劣。因此，按此特性工作的時(shí)間是有限制的。

2．負(fù)荷特性

      當(dāng)轉(zhuǎn)速不變，定于某一設(shè)定值時(shí)，柴油機(jī)的性能參數(shù)隨負(fù)荷（平均有效壓力）變化的關(guān)系。柴油機(jī)的負(fù)荷通常是指柴油機(jī)阻力矩大小，由于平均有效壓力正比于阻力矩，常用平均有效壓力來(lái)表示負(fù)荷。負(fù)載特性可通過(guò)電渦流測(cè)功機(jī)（試驗(yàn)框圖如圖3所示），測(cè)量柴油機(jī)的速度特性、負(fù)荷特性；以及對(duì)柴油機(jī)功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、空燃比、排氣溫度、燃油消耗率（如圖5所示）的測(cè)量；通過(guò)整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)，得到柴油機(jī)的負(fù)荷特性曲線，做出相關(guān)分析總結(jié)分析對(duì)比。

圖4  柴油機(jī)負(fù)荷特性曲線試

圖5  柴油機(jī)有效燃油消耗率試驗(yàn)曲線

 

 

4。調(diào)速特性

      根據(jù)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速仿真試驗(yàn)（如圖6所示），可以表明調(diào)速特性與上述各種柴油機(jī)特性不同，它一般并不表明柴油機(jī)內(nèi)部的工作過(guò)程有關(guān)參數(shù)的變化情況，而只標(biāo)出有效扭矩、平均有效壓力、有效功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系（曲線如圖7所示），它主要取決于調(diào)速器的工作性能。實(shí)際上油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在固定時(shí)的平均有效壓力或有效扭矩并不是定值，這是因?yàn)椋?/span>

（1）由于節(jié)流、泄漏，噴油泵每循環(huán)的噴油量隨轉(zhuǎn)速的變化略有變化。

（2）增壓柴油機(jī)指示效率（主要取決于過(guò)量空氣系數(shù)）隨轉(zhuǎn)速增加會(huì)有所增加。

（3）增壓柴油機(jī)的機(jī)械效率隨轉(zhuǎn)速增加稍有降低。但對(duì)低速柴油機(jī)（主機(jī)）來(lái)說(shuō)，因其轉(zhuǎn)速低，變化范圍小，噴油泵每循環(huán)噴油量隨轉(zhuǎn)速的變化很小；其過(guò)量空氣系數(shù)很大，它的變化對(duì)熱效率影響較小；其轉(zhuǎn)速變化范圍很小，機(jī)械效率隨轉(zhuǎn)速變化可以忽略。

      因此，可以認(rèn)為當(dāng)柴油機(jī)油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)位置一定時(shí)，轉(zhuǎn)速變化其平均有效壓力（或有效扭矩）不變。有效功率、平均有效壓力或有效扭矩與轉(zhuǎn)速呈線性關(guān)系。

 

圖6  柴油機(jī)轉(zhuǎn)速仿真測(cè)試

圖7  柴油機(jī)轉(zhuǎn)速與功率關(guān)系曲線圖

 

 

三、頻率響應(yīng)曲線

 

      柴油發(fā)電機(jī)是為了滿足電能需求而設(shè)計(jì)的，在大多數(shù)情況下，它們運(yùn)行的是交流電。在發(fā)電機(jī)工作過(guò)程中，頻率響應(yīng)曲線是一個(gè)重要的參數(shù)，因?yàn)樗砻髁税l(fā)電機(jī)輸出電功率與電網(wǎng)電壓變化之間的相關(guān)情況。對(duì)于柴油發(fā)電機(jī)而言，頻率響應(yīng)曲線通常給出了它們對(duì)發(fā)電負(fù)載變化的響應(yīng)。這意味著在瞬態(tài)負(fù)載變化的情況下，發(fā)電機(jī)的輸出電功率和電網(wǎng)電壓的關(guān)系會(huì)發(fā)生一些改變。

      根據(jù)康明斯公司對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組的頻率和轉(zhuǎn)速仿真試驗(yàn)，曲線的形態(tài)在不同的發(fā)電機(jī)和負(fù)載類型下有所不同。在一般的情況下，隨著負(fù)載的增加，曲線的斜率越來(lái)越陡峭。當(dāng)負(fù)載達(dá)到一定程度時(shí)，曲線將會(huì)陡峭到可以稱之為“限制曲線”，這也是發(fā)電機(jī)可以輸出的最大功率。在這種情況下，負(fù)載再次增加將導(dǎo)致頻率下降，這可能會(huì)導(dǎo)致一系列負(fù)面后果，如設(shè)備故障或停電等。

（1）了解曲線的形態(tài)和特點(diǎn)對(duì)于預(yù)測(cè)和避免這些情況非常重要，同時(shí)對(duì)于控制發(fā)電機(jī)的生產(chǎn)和維護(hù)也至關(guān)重要。大多數(shù)發(fā)電機(jī)制造商提供了其設(shè)備的頻率響應(yīng)曲線，以供客戶參考。

（2）在日常維護(hù)和操作中，發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)該始終處于曲線的合適位置。如果太接近限制曲線，運(yùn)行過(guò)程中就需要監(jiān)控頻率和電壓，確保在預(yù)定的范圍內(nèi)運(yùn)行。

（3）如果發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題，如負(fù)載過(guò)重或其他問(wèn)題，操作員必須采取相應(yīng)的行動(dòng)，例如更換部件或減少負(fù)載。如果這些問(wèn)題不能及時(shí)解決，可能會(huì)引起嚴(yán)重的后果，例如故障、損壞甚至停電。

 

總結(jié)：

      除了上述特性以外，柴油機(jī)還有限制特性的說(shuō)法，這是用來(lái)限制柴油機(jī)在各種轉(zhuǎn)速下持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的功率的。有效扭矩的大小可以代表柴油機(jī)機(jī)械負(fù)荷的大小。有效扭矩大說(shuō)明曲軸工作時(shí)的扭矩（扭應(yīng)力）大，說(shuō)明平均有效壓力（有關(guān)零件機(jī)械應(yīng)力）大，也說(shuō)明有關(guān)軸承的負(fù)荷大。所以，等扭矩限制就是進(jìn)行機(jī)械負(fù)荷限制。這樣，就可以避免柴油機(jī)因機(jī)械負(fù)荷過(guò)大而損壞。柴油機(jī)的全負(fù)荷速度特性也有上述對(duì)功率的限制。但是，對(duì)有些機(jī)型仍不夠嚴(yán)格，當(dāng)柴油機(jī)按全負(fù)荷速度特性工作時(shí)不能保證它在各種下都不超負(fù)荷。某些柴油機(jī)的平均有效壓力以及有效扭矩在轉(zhuǎn)速降低時(shí)將有所增大，這就可能使柴油機(jī)的機(jī)械負(fù)荷在較低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)超出允許值。

      因此，對(duì)柴油發(fā)電機(jī)各種響應(yīng)曲線的理解是確保柴油發(fā)電機(jī)組的可靠性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵。在柴油發(fā)電機(jī)組日常生產(chǎn)和維護(hù)中，操作員們必須密切關(guān)注這些曲線，確保機(jī)器的正常運(yùn)行。

 

----------------
以上信息來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)新聞，特此聲明！
若有違反相關(guān)法律或者侵犯版權(quán)，請(qǐng)通知我們！
溫馨提示：未經(jīng)我方許可，請(qǐng)勿隨意轉(zhuǎn)載信息！
如果希望了解更多有關(guān)柴油發(fā)電機(jī)組技術(shù)數(shù)據(jù)與產(chǎn)品資料，請(qǐng)電話聯(lián)系銷售宣傳部門或訪問(wèn)我們官網(wǎng)：http://www.dhgif.com