船舶柴油机主推进动力装置832 第十章 示功图的测录与分析127Word下载.docx

船舶柴油机主推进动力装置832 第十章 示功图的测录与分析127Word下载.docx

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考点2：

各种示功图的用途17

1．P-V示功图

P-V示功图可以用来计算柴油机的功率，调整各缸负荷的均匀性，量取最高爆炸压力和判断各缸燃烧情况以及计算缸内瞬时温度等。

这种示功图既能定性也能定量地显示出气缸内工作过程的实际情况，因而成为研究内部工作过程所不可缺少的重要依据。

但是，它的测量是在一个工作循环内完成的，如果因某种原因而产生误差，这种误差甚至可高达10％～15%，那就失去了测量的意义。

因此，测量时必须特别注意工况稳定，并慎重对待所测得的结果，尽量避免误差。

2．P-V转角示功图

它是用机械示功器在传动机构的小曲柄超前于所测气缸曲柄82°

左右的情况下测得的。

此时，图形中央位置恰好是上止点位置。

其目的是为了将燃烧曲线在横坐标方向上放宽，以利于分析燃烧过程的情况。

根据活塞运动规律，活塞在上、下止点处速度为零，而在中部速度最大。

因此在P-V示功图上，燃烧过程处于上止点附近，此时活塞速度很低而燃烧压力变化很快。

这样，在很短的活塞位移内难以清楚地反映出迅速变化的燃烧压力情况。

3．手拉展开示功图

在不能测取转角示功图的柴油机上，为了研究燃烧过程和判断发火时刻的早晚，可用手拉展开示功图。

其使用和转角示功图一样，可配合P-V示功图研究燃烧过程。

4．梳形示功图

用手慢慢拉动示功器转筒，可测出多条压缩压力线（在单缸停油时）或最高爆发压力线，这种图形形似梳子，所以称为梳形示功图。

梳形示功图可用来检查压缩终点的压力Pc和最高爆发压力Pz。

5．弱弹簧示功图

为了研究和检查扫气过程，可以给示功器换上弱弹簧和1/1标准活塞（弱弹簧可根据排气压力的大小和放大程度来选择），把P-V示功图的尾部放大测绘出来，这种图形称为弱弹簧示功图。

二冲程柴油机的弱弹簧示功图。

当排气口开启时，膨胀线急剧下降到扫气压力线以下。

在扫气口开启后压力升高到扫气压力。

由于弹簧的振动，压力出现波动，直到扫气口关闭为止。

由于过后排气，气缸内压力又会下降，直到排气口关闭开始压缩。

通过使用弱弹簧示功图就可以研究和检查换气过程的好坏。

6．P-Φ展开示功图

用电子示功器可测取P-Φ展开示功图。

在船上可通过电子示功器测得。

P为气缸内气体压力，Φ表示曲轴转角。

p-Φ示功图可用来计算柴油机的指示功率，评估燃烧与扫气过程，测取缸内最高爆发压力Pz和压缩压力Pc，计算放热率，测定发火角等,是分析研究柴油机过程常用的一种示功图。

D1.为了判断柴油机各缸间的负荷均匀性，应测取（）。

C．手拉示功图

D2.能用来计算柴油机的功率的是（）。

C3.一般用来研究柴油机的换气过程的是（）。

C4.为分析研究柴油机燃烧过程，通常采用的示功图是（）。

A．P-Φ示功图

C．P-V转角示功图

D．手拉示功图

C5.判断柴油机发火时刻的早晚，可以通过分析（）。

C6.为分析柴油机燃烧过程，特别是活塞在上止点附近燃烧压力变化情况，应测取（）。

C7.通常，测取梳形示功图的用途为（）。

A．计算功率，调整各缸负荷

B．分析燃烧过程进行的情况

C．检查压缩压力和爆发压力

D．检查和分析缸内发火时刻

C8.通常，测取梳形示功图的用途为（）。

Ⅰ.调整各缸压缩比Ⅱ.平衡各缸最大爆发压力Ⅲ.测量各缸压缩压力Ⅳ.分析燃烧过程情况

A．Ⅰ＋Ⅱ

B．Ⅰ＋Ⅲ

C．Ⅱ＋Ⅲ

D．Ⅱ＋Ⅳ

B9.利用P-V示功图不能达到的目的是（）。

A．测取最高爆发压力

B．测取压缩压力

C．检查各缸负荷是否均匀

D．计算柴油机指示功率

B10.利用P-Φ展开示功图可以（）。

Ⅰ.计算平均指示压力Ⅱ.分析研究换气过程Ⅲ.测取滞燃期和压力升高率Ⅳ.分析燃烧放热规律

C11.可用于柴油机功率计算的示功图有（）。

Ⅰ.P-V示功图Ⅱ.P-V转角示功图Ⅲ.梳形示功图Ⅳ.手拉示功图Ⅴ.P-Φ展开示功图Ⅵ.弱弹簧示功图

A．Ⅰ＋Ⅲ

B．Ⅱ＋Ⅵ

C．Ⅰ＋Ⅴ

D．Ⅳ＋Ⅵ

C12.可测柴油机最高燃烧压力的示功图有（）。

Ⅰ.P-V示功图Ⅱ.P-V转角示功图Ⅲ.梳形示功图Ⅳ.纯压缩示功图Ⅴ.P-Φ展开示功图Ⅵ.弱弹簧示功图

A．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅳ

B．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅴ＋Ⅵ

C．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅴ

D．Ⅱ＋Ⅳ＋Ⅴ＋Ⅵ

D13.可分析燃烧过程的示功图有（）。

A．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅳ

B．Ⅱ＋Ⅴ＋Ⅵ

C．Ⅰ＋Ⅲ＋Ⅴ

D．Ⅱ＋Ⅳ＋Ⅴ

C14.手拉示功图的作用是（）。

A．计算指示功率

B．调速各缸负荷均匀性

C．检查燃烧过程

D．检查换气过程

C15.指出下列示功图中不能用来详细分析和研究燃烧过程的示功图是（）。

A．P-Φ展开示功图

B．手拉展开示功图

C．P-V示功图

A16.判断柴油机发火时刻的早晚，可以通过分析（）。

A．手拉示功图

D．纯压缩示功图

A17.用机械示功图测取缸内纯压缩图的目的是（）。

Ⅰ.测量气缸压缩压力Ⅱ.检查示功器传动机构的同步性Ⅲ.确定上止点位置Ⅳ.计算指示功率

B．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅳ

C．Ⅰ＋Ⅲ＋Ⅳ

D．Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅳ

第二节机械示功图30

机械示功器的工作原理、结构和特点21

1．结构和工作原理

机械示功器的具体结构由压力感受机构、转筒机构和记录机构三部分组成。

压力感受机构包括小活塞、活塞杆及示功弹簧等用来感受缸内压力变化并以示功小活塞位移输出；

转筒机构包括绳索、转筒用来反映柴油机活塞位移；

记录机构包括杠杆和画笔机构具有平行放大作用，画笔的自由端装有铜笔尖。

当测量示功图时，转筒上夹有示功纸并通过绳索由柴油机曲轴或凸轮轴通过专设的示功器传动机构带动，绕其自身轴左右偏转，其偏转角位移量正比于柴油机活塞位移，即转筒转动的弧长代表按比例缩小的活塞行程的长度，反映柴油机活塞的行程。

示功器小活塞在缸内气体压力推动下在小气缸中上下移动，并被弹簧力所平衡。

小活塞的运动通过活塞杆带动记录机构的传动杆和画笔运动，由记录机构反映其位移量，即按一定比例反映柴油机气缸内变化着的气体压力。

由于示功器中小活塞的上下移动与柴油机气缸中的气体压力的变化成比例，而转筒的转动也与柴油机活塞行程成比例变化，所以记录笔尖在转筒记录纸上可以绘出气缸内气体压力随活塞位移变化的图形，即压力-容积示功图（P-V示功图）。

2．机械示功器小活塞和弹簧的选择

为了使机械示功器能在较广泛的压力范围内使用，一般备有三套活塞和一套不同刚度的弹簧。

可根据柴油机的最高爆发压力Pz值进行选择，以便获得合适的示功图。

这三套活塞和缸套分别用标号1/1（标准活塞直径为20．27　mm）、1/2（其面积为1/1活塞的1/2，标准活塞直径为14.35　mm）和1/5（其面积为1/1活塞的1/5，标准活塞直径为9.06　mm）表示。

为了便于识别，分别在示功气缸凸缘上用钢印注明1/1、1/2、1/5字样。

在测P-V示功图时均采用1/5小活塞，当测取反映进排气过程的弱弹簧示功图时则采用1/1小活塞。

示功弹簧用弹簧比例M标记，单位为mm/MPa，它表示缸内压力每变化1MPa时弹簧的变形量（mm）。

弹簧比例的选择应根据所选定的小活塞标号和柴油机气缸内的最高爆发压力Pz大小来选择。

选择弹簧时应注意使示功器具有合适的高度，就是使测取的示功图的最大高度接近于示功图纸的高度，以保证示功图的精确度。

通常，柴油机测取P-V示功图时，使用1/5小活塞，可选用的弹簧比例有12、10、8、7、6、5、4、3（mm/MPa），相应的最高压力分别为4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、10.0、12.5、15.0（MPa）。

3．机械示功器的传动机构

为了把柴油机活塞的运动规律按比例地传给示功器转筒机构，必须设立专门的传动机构。

由于示功器转筒的周长只有柴油机活塞行程的1/5～1/20，因此传动机构不仅要正确反映柴油机活塞运动规律，而且还要将活塞的行程按比例缩小。

所以，传动机构应满足以下两个基本要求：

①柴油机活塞行程缩小后的长度应与转筒的周长相适应，且略小于转筒周长；

②转筒的转动必须严格地与柴油机活塞的运动相对应，以便正确反映柴油机活塞运动规律。

目前在船上安装使用的大型低速柴油机的示功器传动机构有曲柄式、杠杆式和凸轮式三种。

（1）曲柄式传动机构。

曲柄式传动机构的立轴转动由柴油机曲轴（或凸轮轴）通过齿轮（或链条）带动，其转速与曲轴的转速相同；

立轴的上端有圆盘，圆盘上的偏心销子与小连杆相连组成一单独的小型曲柄连杆机构，模拟柴油机的曲柄连杆机构的运动规律；

小曲柄连杆机构与柴油机的曲柄连杆机构在几何尺寸上必须相似，即R/L＝r/l（R、L分别为柴油机的曲轴半径和连杆长度；

R、L分别为传动机构的小曲柄半径和连杆的长度），活塞销通过缸套上的长孔带动滑块与小活塞一起做同步往复运动。

（2）凸轮式传动机构。

凸轮式传动机构采用专设的凸轮带动滚轮和导杆模拟柴油机活塞的运动规律。

由于示功凸轮的外形是按柴油机活塞运动规律设计并按一定的位置安装在凸轮轴上，因此它能反映出活塞的运动规律，即柴油机活塞在上、下止点位置时示功凸轮也恰好把导杆推到最高、最低位置，使导杆的运动规律与柴油机活塞的运动规律一致，从而保证示功转筒与柴油机活塞的位移成比例和定时相一致。

（3）杠杆式传动机构。

杠杆式传动机构采用一套杠杆机构铰接在柴油机活塞或十字头上，按一定比例反映活塞的运动规律。

此种传动机构虽然结构简单，但无法避免铰接处磨损而造成传动失真，因而目前很少使用。

4．机械示功器的优缺点和适用范围

机械示功器可以用提高弹簧刚度来提高它的自振频率，扩大其适用范围。

目前机械示功器根据使用弹簧的形式可分为两种，即卷簧式和柱簧式。

二者在结构原理上完全相同，不同的是前者用螺旋形卷弹簧（刚度小），适用于400r/min以下的柴油机使用；

后者用等强度柱形弹簧（刚度大），适用于700～1000r/min的柴油机使用。

C1.下列有关示功图的说法错误的是（）。

A．梳形示功图可测量纯压缩压力和爆发压力

B．P－V示功图和P－Φ示功图都可用于计算柴油机功率

C．P－V示功图可测取压缩压力和分析柴油机燃烧过程

D．P－V转角示功图可用于分析柴油机燃烧过程

D2.机械示功器主要有如下部分组成（）。

A．接受和反映气缸内气体压力变化部分

B．反映活塞位移或曲轴转角变化部分

C．记录机构部分

D．上述三部分组成

A3.通常，卷簧式机械示功器的使用范围只限于（）。

A．低速柴油机

B．中速柴油机

C．高速柴油机

D．中小型柴油机

D4.在示功图上能正确反映柴油机活塞位移的变化，是因为（）。

A．示功器小活塞选择正确

B．示功器弹簧选择正确

C．示功器具有转筒部分

D．示功器传动机构定时正确

D5.下述机构中，不能用于机械示功器的传动机构的是（）。

A．杠杆式传动机构

B．凸轮式传动机构

C．曲柄式传动机构

D．皮带传动机构

D6.机械示功器传动机构必须满足的条件是（）。

A．活塞行程缩小后的长度应与转筒的周长相适应

B．转筒的摆动必须严格与活塞运动相对应

C．转筒的摆动必须严格与缸内压力相对应

D．A＋B

C7.用机械示功器测取P-V转角示功图所用的传动机构是（）。

D．上述三种机构都可以

C8.卷簧式机械示功器一般不适用于中、高速柴油机使用的原因在于（）。

A．示功器小活塞较大

B．示功器弹簧刚度太大

C．示功器自振频率较低

D．中、高速柴油机为四冲程

B9.卷簧要机械示功器适用于转速小于（）柴油机。

A．1500r/min

B．400r/min

C．500r/min

D．1000r/min

B10.关于机械示功器小活塞与弹簧的选配，正确的是（）。

A．测爆压时要选用1/5小活塞，软弹簧

B．测爆压时要选用1/5小活塞，硬弹簧

C．测换气过程要选用1/5小活塞，硬弹簧

D．测换气过程要选用1/1小活塞，硬弹簧

D11.关于机械示功器小活塞与弹簧的选配，正确的是（）。

B．测爆压时要选用1/1小活塞，硬弹簧

D．测换气过程要选用1/1小活塞，软弹簧

A12.关于示功器小活塞和弹簧选用的正确说法是（）。

A．弹簧应根据小活塞直径和最高爆发压力来选择

B．通常测换气过程示功图使用1/5小活塞

C．测爆压时选用弹簧越硬越好

D．测压缩压力时选用软弹簧

B13.用机械示功器测取P-V示功图应选用（）。

A．1/1小活塞

B．1/5小活塞

C．1/2小活塞

D．任意选用

A14.用机械示功器测取换气过程示功图应选用（）。

B15.用机械示功器测取P-V转角示功图时，应选用下述示功器小活塞与示功弹簧（）。

A．1/1小活塞与硬弹簧

B．1/5小活塞与硬弹簧

C．1/1小活塞与软弹簧

D．1/5小活塞与软弹簧

C16.用机械示功器测取换气过程示功图时，应选用下述示功器小活塞与示功弹簧（）。

A17.用机械示功器测取换气过程示功图时，应选用下述（）。

B．1/2小活塞

C．1/3小活塞

D．1/5小活塞

A18.用机械示功器测取P-V转角示功图时选用示功弹簧的依据之一是（）。

A．最大燃烧压力

B．最大压缩压力

C．最大扫气压力

D．最大压力升高率

C19.如果气缸内最高爆发压力约为8.0MPa，示功图纸高度为50mm，则选用弹簧比例应为（）。

A．8mm/MPa

B．7mm/MPa

C．6mm/MPa

D．5mm/MPa

B20.若选用弹簧比例为7mm/MPa，示功图纸高度为50mm，则示功器可测取的最高爆发压力约为（）。

A．6.0MPa

B．7.0MPa

C．8.0MPa

D．12.5MPa

B21.如果气缸内最高爆发压力约为12.5MPa，选用弹簧比例应为4mm/MPa，则示功图纸高度应为（）。

A．60mm

B．55mm

C．50mm

D．45mm

示功图的测取方法及注意事项9

示功图形状是受许多因素影响的，譬如示功器使用和维护不当，传动机构安装不正确，天气、海情的变化等都会影响示功图的形状。

因此在测取示功图时应做好准备工作，按正确方法进行测录：

（1）使柴油机负荷稳定，即各运行参数达到正常值并保持稳定不变；

（2）选择适宜的海况和气象条件；

（3）安装示功器前，必须先打开示功阀把通路中的积炭及杂质吹净；

（4）示功器安装后，应先在转筒的记录纸上画出大气压力线；

（5）测取满意的示功图后，应注明日期、缸号、转速、排温、油门格数、弹簧比例等，并与驾驶台联系记录气候、风力、风向、潮流、吃水、船速等，供分析时参考。

为准确起见，最好每缸测取2个示功图。

当测取5～6个示功图后，应拆下示功器进行冷却，示功器测量完毕，应对示功器进行彻底清洁和保养。

B1.下列有关示功器的说法正确的是（）。

Ⅰ.用机械示功器测取爆发压力时要选用1/5小活塞，软弹簧Ⅱ.用机械示功器测取爆发压力时要选用1/5小活塞，硬弹簧Ⅲ.用机械示功器测取换气过程时要选用1/1小活塞，软弹簧Ⅳ.用机械示功器测取换气过程时要选用1/1小活塞，硬弹簧

B．Ⅱ＋Ⅲ

C．Ⅰ＋Ⅳ

D2.测取示功图时，下列说法错误的是（）。

A．测取示功图时应画好大气压力线

B．示功阀漏气时画大气压力线不准

C．大气压力线是量取压力的依据

D．大气压力线是计算功率的依据

C3.测取示功图时，下列说法错误的是（）。

A．示功图纸应与转筒底边靠齐

B．在测示功图过程中发现某缸示功阀漏气时，可将示功器固定于其他缸示功阀上画出大气压力线

C．在测示功图过程中发现某缸示功阀漏气时应停车更换示功阀后再测

D．在测示功图过程中发现某缸示功阀漏气时不影响测取示功图

C4.测取示功图时，如发现某缸示功阀阀杆漏气，下列说法不正确的是（）。

A．测得的示功图不准

B．不影响大气压力线的测取

C．压缩线和膨胀线同时降低不影响功率计算

D．测得的爆压会不准

D5.测取纯压缩图时，下列说法不正确的是（）。

A．需要准确测压缩压力时测纯压缩图

B．测取纯压缩图时应单缸停油

C．主机全速全负荷时不应测纯压缩图

D．各缸可以在柴油机不同油门时测纯压缩图

B6.主机测取示功图时应保持（）。

A．调速器转速设定不变

B．油门刻度不变

C．船舶航速不变

D．透平转速不变

C7.测取主机示功图时下列要求不正确的是（）。

A．选择适宜海况和气象

B．在稳定工况进行

C．换用轻油运行

D．在正常运行负荷进行

C8.测取示功图时，下列做法不正确的是（）。

A．安装示功器前要打开示功阀吹出其中积炭

B．要画出大气压力线

C．为使示功图清，楚针尖应在示功图纸上多画几个循环

D．测完示功图应在图纸上标记缸号

D9.关于测示功图操作不正确的说法是（）。

A．应在尽可能短的同一时间段内测完各缸

B．测5～6张示功图后应拆下示功器冷却

C．测示功图后，为热工计算和示功图分析，应测量和记录油耗量、油门刻度、排气温度等参数

D．测量过程中发现某缸示功阀关不严时，不能测该缸示功图

第三节电子示功器17

电子示功装置的类型、工作原理及主要特点12

电子示功器由传感器、测量电路和记录显示装置等三大部分组成。

它是利用电子技术，通过各种形式（如电阻应变式、压电式、电容和电感式）的传感器把柴油机缸内的气体压力、曲轴转角等非电量按一定比例转换成相应的电量输出，经放大器等中间环节输送到记录显示装置进行观察或打印。

1．电阻应变式示功装置

电阻应变式示功装置是利用电阻应变式压力传感器把被测压力转换成应变片的电阻值，通过应变仪把电阻值的变化转换并放大成所需的电压或电流信号送到显示记录装置。

柴油机曲轴转角信号可由磁电式或光电式等传感器测量。

系统方框图如图10-１所示。

2．压电式示功装置

压电式示功装置一般由压电式压力传感器、前置放大器、示波器等组成。

其系统框图如图所示。

前置放大器是一个高阻抗（＞1012Ω）输入的放大器，它的作用是放大压电传感器的微弱信号和将传感器的高阻抗输出变为低阻抗输出。

它的绝缘性能对测量精度影响极大，通常多采用电荷放大器。

压电石英传感器是根据石英晶体的压电效应制成的。

压电效应是指某些晶体在沿它的某个结晶轴方向受到外力作用时，其内部将产生极化现象：

在它的表面上有电荷集结，且此电荷的大小与作用力的大小成正比；

当外作用力去掉，晶体又重新回到不带电的状态。

具有压电效应的晶体称为压电晶体，例如石英和钛酸钡等。

3．电子示功装置的优缺点及适用范围

电子示功装置的突出优点是固有频率高，即具有良好的高频特性，如电阻应变式的固有频率可达数十千赫，压电石英式可高达数百千赫。

固有频率如此高的传感器与适当的测试环节匹配可获得良好的频响特性，所以它的频率特性宽，适用于低、中、高速柴油机使用，测量误差小于1%。

电子示功装置灵敏度高，线性好，但它易受外界干扰影响，如电源电压波动、电磁场干扰、环境温度变化等均影响其工作稳定性。

因而它对测量电路要求较高，需设补偿装置。

电子示功装置既可测取单个循环示功图，又可测取多循环平均示功图。

它与计算机组成一套完整的多参数综合测量系统，可实现对柴油机的远距离监测、数字显示及自动控制，完成对柴油机的诊断、趋向预报等监控技术。

C1.电子示功装置与机械示功器比较，其突出的优点是（）。

A．结构简单

B．稳定性好

C．频响特性好

D．使用方便

B2.频响特性最好的示功装置是（）。

A．机械示功器

B．电子示功器

C．气电示功器

D．光电示功器

A3.利用电子示功器通常得到的示功图是（）。

B4.电子式示功装置的组成为（）。

Ⅰ.传感器Ⅱ.放大器Ⅲ.转筒Ⅳ.记录显示装置Ⅴ.传动装置Ⅵ.画笔

C．Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅵ

D．Ⅲ＋Ⅴ＋Ⅵ

A5.在电子式示功装置中，其核心是（）。

A．压力传感器

B．放大器

C．记录显示装置

D．速度测量装置

D6.在电子式示功装置中使用的压力传感器通常为（）。

A．压电式

B．磁电式

C．电阻式

D．A＋C

D7.在电子式示功装置中曲轴转角信号的测量要利用下述传感器（）。

A．上止点传感器

B．曲轴转角传感器

C．压力传感器

C8.在电子示功装置中曲轴转角信号应采用下述设备测录（）。

A．压电式传感器

B．电阻式传感器

C．曲轴转角发生器

D．电磁式转筒装置

D9.在示功器中频响特性最好的示功装置是（）。

A．卷簧式示功装置

B．柱簧式示功装置

C．电阻应变式电子示功