新聞主題	柴油發(fā)電機(jī)熱效率和能量損失之間的關(guān)系

 

摘 要：在柴油發(fā)電機(jī)中，效率表明輸入與輸出的聯(lián)系，柴油發(fā)電機(jī)的效率等于輸出功率與柴油燃燒時(shí)所能獲得的功率之比。柴油發(fā)電機(jī)的效率有機(jī)械效率和熱效率兩個(gè)指標(biāo)：機(jī)械效率等于有用功率與指示功率之比；柴油發(fā)電機(jī)的機(jī)械效率一般為0.8～0.9。熱效率是柴油燃燒后用于作功的那部分熱量與所能發(fā)生的總熱量之比。柴油完全燃燒發(fā)生的熱量，一部分被柴油發(fā)電機(jī)冷卻系帶走，一部分隨廢氣排出，只有少部分熱量用于作功。因此，內(nèi)燃機(jī)的熱效率很低，一般四行程汽油柴油發(fā)電機(jī)為20%～25%，即使是高性能的柴油發(fā)電機(jī)，其熱效率也不到30%。也就是說，柴油燃燒發(fā)生的有用能量，只有不到1/3被有用使用，那么還有超過2/3的熱量究竟到哪兒去呢？為了弄清楚這個(gè)問題，有必要了解一下柴油發(fā)電機(jī)的各種能量損失。

 

 

一、機(jī)械能量損失

1、活塞環(huán)與氣缸壁間的沖突

在環(huán)的外圓和裝置圈內(nèi)壁之間存在著沖突阻力，即當(dāng)活塞環(huán)發(fā)生變形時(shí)，活塞環(huán)外圓必定要移動(dòng)，因此存在著阻止移動(dòng)的沖突，于是就增大了活塞環(huán)變形所需求的負(fù)荷，這種沖突損失隨活塞環(huán)的彈力、環(huán)的厚度和環(huán)的根數(shù)成正比。在某種情況下，它們之間的沖突損失占總沖突損失的75%。短行程、少活塞環(huán)柴油發(fā)電機(jī)在這方面有明顯的改進(jìn)。為了降低活塞環(huán)與氣缸之間的沖突損失，有的柴油發(fā)電機(jī)的活塞環(huán)厚度現(xiàn)已減薄到0.8mm，在保證活塞環(huán)密封的前提下，盡量減小環(huán)的彈性。隨著工藝水平的和設(shè)計(jì)制造質(zhì)量的不斷進(jìn)步，活塞環(huán)的數(shù)量正在減少，少數(shù)高性能柴油發(fā)電機(jī)有采用一道活塞環(huán)的。

2、支撐軸承和曲軸的滑動(dòng)沖突損失

這些滑動(dòng)沖突損失包括主軸承、連桿軸承和凸輪軸軸承（或襯套）等的沖突損失，尤其是隨著軸承直徑的增大，軸頸圓周速度的增大，運(yùn)動(dòng)件的慣性力增大，這部分損失也隨之增大。

3、光滑油粘度及粘溫的沖突損失

進(jìn)步光滑油粘度能夠添加光滑油膜厚度，即添加其接受載荷的能力，添加光滑的可靠性。但是，同時(shí)會(huì)添加沖突損失，由于柴油發(fā)電機(jī)內(nèi)沖突機(jī)件的沖突面積很大，一般都在0.5m2以上。在這些面上蓋滿一層光滑油，當(dāng)機(jī)件運(yùn)動(dòng)速度很快時(shí)，即使光滑油的粘度稍有添加，沖突功的損失便增大許多，使柴油發(fā)電機(jī)可使用的功率相應(yīng)減少，柴油耗費(fèi)增多。再加上部分用戶為了減輕柴油發(fā)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)噪聲，有意使用高粘度的光滑油。由于油的粘度大，機(jī)件間的沖突阻力增大，這樣不光增大機(jī)件的磨損，而且柴油燃燒后散布的熱能，就要多耗費(fèi)一些變?yōu)闆_突功，以戰(zhàn)勝添加了的沖突力，因此也就降低了柴油發(fā)電機(jī)的有用功率。

以上這些摩擦損失統(tǒng)稱為機(jī)械損失，機(jī)械損失約占汽油總能量的5%～8%左右。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，柴油發(fā)電機(jī)中機(jī)械損失功率的分布大致為：活塞和活塞環(huán)的摩擦損失約45%～65%;整個(gè)活塞連桿曲軸機(jī)構(gòu)中的摩擦損失約60%～70%;氣門機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)損失2%～3%;附屬機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)損失約10%～20%，換（泵）氣損失約10%～20%。

 

柴油發(fā)電機(jī)能量損失示意圖

 

二、機(jī)械損失的測(cè)定

機(jī)械損失的測(cè)定是在柴油發(fā)電機(jī)不燃燒的條件下，在制造廠用測(cè)功機(jī)倒拖柴油發(fā)電機(jī)，試驗(yàn)時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)與電力測(cè)功器有效連接：有級(jí)變速機(jī)構(gòu)必須在最高檔位，無級(jí)變速機(jī)則拆去離心變速器，測(cè)功機(jī)直接與曲軸左端花鍵聯(lián)結(jié)。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)以給定工況穩(wěn)定運(yùn)行，機(jī)油溫度、冷卻水（水冷機(jī)型）達(dá)到正常數(shù)值時(shí)，切斷對(duì)柴油發(fā)電機(jī)的供油，以給定轉(zhuǎn)速倒拖柴油發(fā)電機(jī)，并盡量維持機(jī)油溫度和冷卻水溫度不變，這樣測(cè)得的倒拖功率，是柴油發(fā)電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中克服機(jī)械摩擦阻力損耗掉的，因此叫做機(jī)械損失功率。

上面講到的各項(xiàng)損失，是指曲軸輸出端之前的能量損失。此后由于初級(jí)減速機(jī)構(gòu)或變速器的傳動(dòng)損失，將產(chǎn)生更多的能量損失，尤其是變速器機(jī)構(gòu)，據(jù)資料介紹，跨式柴油發(fā)電機(jī)采用齒輪傳動(dòng)方式，其傳動(dòng)效率約為0.92，而坐式裝用齒形皮帶的傳動(dòng)效率只有0.70～0.76（如：市場(chǎng)上常見的康明斯柴油發(fā)電機(jī)的皮帶傳動(dòng)效率為0.70，1P52QMI（即GY6）柴油發(fā)電機(jī)和152MI水冷柴油發(fā)電機(jī)的傳動(dòng)效率為0.76）。傳動(dòng)效率越低，摩擦損失越大，反之，則摩擦損失越小。以上所述的這些傳動(dòng)效率損失包括柴油發(fā)電機(jī)多級(jí)傳動(dòng)的損耗。

 

柴油機(jī)熱效率

 

一年四季中，不同地區(qū)、不同季節(jié)的氣溫、氣壓和濕度都是不同的，尤其是到了炎熱的夏季，氣溫急劇升高，氣壓下降，相對(duì)濕度增大，柴油發(fā)電機(jī)實(shí)際吸入的氧氣減少、吸入的水汽加大的同時(shí)，其實(shí)際發(fā)出的有效功率也相對(duì)減少。這當(dāng)中，炎熱的夏季溫度最高，冬季氣溫最低。為了彌補(bǔ)柴油發(fā)電機(jī)在各種環(huán)境條件使用時(shí)產(chǎn)生的功率損失，柴油發(fā)電機(jī)制造廠在檢測(cè)柴油發(fā)電機(jī)功率時(shí)，都在標(biāo)準(zhǔn)狀況下進(jìn)行測(cè)定：

（1）大氣壓力：101.325kPa（760mmHg）;

（2）進(jìn)氣溫度：293K±5（20±5℃）;

（3）濕度：≤65%。

如試驗(yàn)時(shí)不在以上的標(biāo)準(zhǔn)狀況，均在直流電力測(cè)功機(jī)電腦程序輸入相關(guān)數(shù)據(jù)適當(dāng)給予修正。即便如此，經(jīng)過功率修正的柴油發(fā)電機(jī)實(shí)際有效功率，還是與在其他接近標(biāo)準(zhǔn)狀況下季節(jié)測(cè)定的功率有所差異。據(jù)康明斯公司試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)得出初步結(jié)論，同樣一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)，在不同季節(jié)測(cè)量的有效功率至少相差5%，即在秋高氣爽的秋天測(cè)量的有效功率，比炎熱的夏季測(cè)量的有效功率要偏高5%～8%。這個(gè)試驗(yàn)結(jié)果與用戶在不同季節(jié)騎時(shí)感受到的動(dòng)力存在明顯差異是吻合的。

目前，柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行ЧΦ臒崃吭诓裼腿紵l(fā)熱量（輸入熱量）中的比例為30%～40%，冷卻水散熱在輸入熱量中的比例為20%～25%，尾氣散熱在輸入熱量中的比例為40%～45%，也就是說，當(dāng)人們操作康明斯發(fā)電機(jī)組時(shí)，僅僅利用了1/3左右的柴油化學(xué)能，其他2/3左右的能量則白白損失掉了，這是通過高溫尾氣排熱和柴油發(fā)電機(jī)的冷卻水散熱造成的，如果能夠有效利用這部分熱量，必定會(huì)在一定程度上提高柴油發(fā)電機(jī)的能量利用率。

 

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