柴油發(fā)電機的工況與特性
柴油發(fā)電機作為動力機械，主要為其他工作機械提供必要的動力。對發(fā)電機組而言，柴油發(fā)電機作為發(fā)電機組心臟，其輸出特性直接影響發(fā)電機組的行駛特性。因此了解和掌握柴油發(fā)電機的性能，對有效利用動力源，以及提高整車性能具有重要的意義。而柴油發(fā)電機的輸出特性主要通過其動力性指標、經(jīng)濟性指標及排放性能指標等隨柴油發(fā)電機使用工況的變化特性來描述。所以，研究柴油發(fā)電機特性的主要目的在于正確評價柴油發(fā)電機的特性，為發(fā)電機組或其他工作機械正確選用動力源提供依據(jù)。同時，通過對柴油發(fā)電機特性的評價與分析，為進一步改進柴油發(fā)電機的性能使之與整車（或工作機械）性能良好匹配提供有效途徑。
對于柴油發(fā)電機特性，主要通過柴油發(fā)電機各項性能指標隨工況的變化特性來研究，包括柴油發(fā)電機的負荷特性、速度特性及萬有特性等。所以，要研究柴油發(fā)電機特性，首先需要了解或具備以下幾個概念，即柴油發(fā)電機的工況、柴油發(fā)電機的試驗臺架、柴油發(fā)電機的試驗方法及柴油發(fā)電機特性的分析方法等。
柴油發(fā)電機的工況，是指柴油發(fā)電機運行的狀態(tài)，常用柴油發(fā)電機轉速n和負荷表示。其中轉速表示柴油發(fā)電機的工作頻率，而負荷則表示柴油發(fā)電機對外做功的能力，主要用輸出轉矩ttq或平均有效壓力pme。表示，其中ttq∝pme。柴油發(fā)電機輸出的有效功率為
pe∝ttqn∝pmen ............................(公式1)
柴油發(fā)電機的輸出功率，是表征柴油發(fā)電機工況特征的重要綜合指標。但是由式（公式1）可知，輸出功率相同，不等于工況相同。由于工況不同，柴油發(fā)電機工作狀態(tài)，即燃燒放熱過程不同。因此，在相同功率下，柴油發(fā)電機的經(jīng)濟性和排放特性不一樣。所以，正確認識柴油發(fā)電機的工況，或在發(fā)電機組行駛過程中柴油發(fā)電機輸出功率相同的條件下，如何正確選擇其工況，對改善整車性能具有重要意義。
根據(jù)柴油發(fā)電機的工作原理和結構特點，其工況是限定在最低穩(wěn)定轉速nmin、最高轉速nmax及在各工作轉速下所能輸出的最大功率（外特性功率曲線）所包圍的范圍內(nèi)。最低穩(wěn)定轉速又稱為怠速轉速，此時向氣缸供給的混合氣量最少，只供克服柴油發(fā)電機內(nèi)部摩擦損失和驅動附件等用所必要的燃料，而對外輸出功等于零。所以，若柴油發(fā)電機轉速低于此轉速時，由于飛輪等運動件的儲存能量小，導致柴油發(fā)電機轉速波動過大，不能正常穩(wěn)定運行。而柴油發(fā)電機的最高轉速主要受到來自充氣效率、機械損失和曲柄連桿機構慣性力的影響。高轉速時由于流動損失增加，充氣效率迅速下降，同時活塞組的往復慣性力和曲軸的旋轉慣性力增加，摩擦損失增加，直接危及柴油發(fā)電機的工作可靠性。因此，每一臺柴油發(fā)電機都限定其允許的最高使用轉速，即額定轉速nn。所以，柴油發(fā)電機的實際工作范圍就限定在最低轉速和額定轉速范圍內(nèi)的小于或等于外特性功率曲線的區(qū)域內(nèi)。根據(jù)不同工作機械上柴油發(fā)電機的使用條件不同，將柴油發(fā)電機的工況分為三大類。
1．恒速工況
恒速工況是指柴油發(fā)電機的轉速保持不變，而功率隨負載而變化的工況（圖1中曲線1）。例如發(fā)電用柴油發(fā)電機的工況，為了保證發(fā)電機工作頻率穩(wěn)定，要求柴油發(fā)電機轉速穩(wěn)定不變，而功率隨發(fā)電機負荷（用電量）的大小而變化。恒速工況的特例是柴油發(fā)電機運轉過程中轉速和負荷均保持不變，這種工況稱為點工況（圖公式1中的a點）。如柴油發(fā)電機帶動排灌用水泵工作時，除起動和過渡工況以外，一般都按點工況運行。
圖1 柴油發(fā)動機工況分類
2．線工況
線工況主要指柴油發(fā)電機輸出功率與轉速成一定函數(shù)關系的工況（圖1中曲線2）。比較典型的就是船用柴油發(fā)電機的螺旋槳工況。此時柴油發(fā)電機的輸出功率主要克服來自流體的阻力，即船舶穩(wěn)定行駛時，柴油發(fā)電機輸出的功率必須與螺旋槳消耗的功率相等。在螺旋槳節(jié)距一定的條件下，柴油發(fā)電機功率與轉速的三次方成正比，即pe＝kn3。
3．面工況
前兩種工況的共同特點是，柴油發(fā)電機輸出功率和轉速有一定的約束關系。而面工況（圖1中陰影區(qū)域）的特點是柴油發(fā)電機輸出功率和轉速之間沒有特定的約束關系。在柴油發(fā)電機整個工作區(qū)域內(nèi)，功率p。和轉速n都相對獨立變化，因此柴油發(fā)電機可能運行的范圍就是其實際工況變化的范圍，稱之為面工況。如發(fā)電用柴油發(fā)電機的工況，或其他陸地運輸和作業(yè)的工作機械用柴油發(fā)電機的工況，就屬于這種工況。在陸地行駛時，柴油發(fā)電機的轉速取決于發(fā)電機組等陸地作業(yè)的工作機械的行駛速度，而柴油發(fā)電機的輸出功率則取決于發(fā)電機組的行駛阻力。發(fā)電機組行駛阻力不僅與其行駛速度有關，而且還取決于道路情況，或拖拉機耕地時的土壤條件、推土時的推土載荷量等。
本文章主要討論發(fā)電用柴油發(fā)電機的特性。由于發(fā)電機組使用條件比較復雜，柴油發(fā)電機運行工況不斷發(fā)生變化。所以對發(fā)電用柴油發(fā)電機的性能評價，只考慮額定工況點的性能指標是不夠的，還需要研究不同工況下柴油發(fā)電機性能指標的變化特性。柴油發(fā)電機的性能指標如第二章所述，有動力性指標（pe、t1g、pme）、經(jīng)濟性指標（燃油消耗率b。等）及排放性指標（如no，、co、hc、pm等排放量），這些指標隨柴油發(fā)電機工況的變化規(guī)律稱為柴油發(fā)電機的使用特性，而這些性能指標隨工況的變化曲線稱為特性曲線。繪制柴油發(fā)電機的特性曲線，可以直觀地評價與分析柴油發(fā)電機的性能及其影響因素，是柴油發(fā)電機性能分析的重要手段。

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