新聞主題	柴油發(fā)電機熱效率和能量損失之間的關(guān)系

 

摘 要：在柴油發(fā)電機中，效率表明輸入與輸出的聯(lián)系，柴油發(fā)電機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)電機的效率有機械效率和熱效率兩個(gè)指標：機械效率等于有用功率與指示功率之比；柴油發(fā)電機的機械效率一般為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，內燃機的熱效率很低，一般四行程汽油柴油發(fā)電機為20%～25%，即使是高性能的柴油發(fā)電機，其熱效率也不到30%。也就是說(shuō)，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(guò)2/3的熱量究竟到哪兒去呢？為了弄清楚這個(gè)問(wèn)題，有必要了解一下柴油發(fā)電機的各種能量損失。

 

 

一、機械能量損失

1、活塞環(huán)與氣缸壁間的沖突

在環(huán)的外圓和裝置圈內壁之間存在著(zhù)沖突阻力，即當活塞環(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(zhù)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)電機的活塞環(huán)厚度現已減薄到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(zhù)工藝水平的和設計制造質(zhì)量的不斷進(jìn)步，活塞環(huán)的數量正在減少，少數高性能柴油發(fā)電機有采用一道活塞環(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(zhù)軸承直徑的增大，軸頸圓周速度的增大，運動(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)電機內沖突機件的沖突面積很大，一般都在0.5m2以上。在這些面上蓋滿(mǎn)一層光滑油，當機件運動(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)電機可使用的功率相應減少，柴油耗費增多。再加上部分用戶(hù)為了減輕柴油發(fā)電機的運動(dòng)噪聲，有意使用高粘度的光滑油。由于油的粘度大，機件間的沖突阻力增大，這樣不光增大機件的磨損，而且柴油燃燒后散布的熱能，就要多耗費一些變?yōu)闆_突功，以戰勝添加了的沖突力，因此也就降低了柴油發(fā)電機的有用功率。

以上這些摩擦損失統稱(chēng)為機械損失，機械損失約占汽油總能量的5%～8%左右。據有關(guān)資料統計，柴油發(fā)電機中機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)活塞連桿曲軸機構中的摩擦損失約60%～70%;氣門(mén)機構的驅動(dòng)損失2%～3%;附屬機構的驅動(dòng)損失約10%～20%，換（泵）氣損失約10%～20%。

 

柴油發(fā)電機能量損失示意圖

 

二、機械損失的測定

機械損失的測定是在柴油發(fā)電機不燃燒的條件下，在制造廠(chǎng)用測功機倒拖柴油發(fā)電機，試驗時(shí)，柴油發(fā)電機與電力測功器有效連接：有級變速機構必須在最高檔位，無(wú)級變速機則拆去離心變速器，測功機直接與曲軸左端花鍵聯(lián)結。當柴油發(fā)電機以給定工況穩定運行，機油溫度、冷卻水（水冷機型）達到正常數值時(shí)，切斷對柴油發(fā)電機的供油，以給定轉速倒拖柴油發(fā)電機，并盡量維持機油溫度和冷卻水溫度不變，這樣測得的倒拖功率，是柴油發(fā)電機在運轉過(guò)程中克服機械摩擦阻力損耗掉的，因此叫做機械損失功率。

上面講到的各項損失，是指曲軸輸出端之前的能量損失。此后由于初級減速機構或變速器的傳動(dòng)損失，將產(chǎn)生更多的能量損失，尤其是變速器機構，據資料介紹，跨式柴油發(fā)電機采用齒輪傳動(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(jiàn)的康明斯柴油發(fā)電機的皮帶傳動(dòng)效率為0.70，1P52QMI（即GY6）柴油發(fā)電機和152MI水冷柴油發(fā)電機的傳動(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)電機多級傳動(dòng)的損耗。

 

柴油機熱效率

 

一年四季中，不同地區、不同季節的氣溫、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，相對濕度增大，柴油發(fā)電機實(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減少。這當中，炎熱的夏季溫度最高，冬季氣溫最低。為了彌補柴油發(fā)電機在各種環(huán)境條件使用時(shí)產(chǎn)生的功率損失，柴油發(fā)電機制造廠(chǎng)在檢測柴油發(fā)電機功率時(shí)，都在標準狀況下進(jìn)行測定：

（1）大氣壓力：101.325kPa（760mmHg）;

（2）進(jìn)氣溫度：293K±5（20±5℃）;

（3）濕度：≤65%。

如試驗時(shí)不在以上的標準狀況，均在直流電力測功機電腦程序輸入相關(guān)數據適當給予修正。即便如此，經(jīng)過(guò)功率修正的柴油發(fā)電機實(shí)際有效功率，還是與在其他接近標準狀況下季節測定的功率有所差異。據康明斯公司試驗統計得出初步結論，同樣一臺柴油發(fā)電機，在不同季節測量的有效功率至少相差5%，即在秋高氣爽的秋天測量的有效功率，比炎熱的夏季測量的有效功率要偏高5%～8%。這個(gè)試驗結果與用戶(hù)在不同季節騎時(shí)感受到的動(dòng)力存在明顯差異是吻合的。

目前，柴油發(fā)電機轉變?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(shuō)，當人們操作康明斯發(fā)電機組時(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(guò)高溫尾氣排熱和柴油發(fā)電機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)電機的能量利用率。

 

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