新聞主題	柴油發電機熱效率和能量損失之間的關系

 

摘 要：在柴油發電機中，效率表明輸入與輸出的聯系，柴油發電機的效率等于輸出功率與柴油燃燒時所能獲得的功率之比。柴油發電機的效率有機械效率和熱效率兩個指標：機械效率等于有用功率與指示功率之比；柴油發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生的總熱量之比。柴油完全燃燒發生的熱量，一部分被柴油發電機冷卻系帶走，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電機為20%～25%，即使是高性能的柴油發電機，其熱效率也不到30%。也就是說，柴油燃燒發生的有用能量，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？為了弄清楚這個問題，有必要了解一下柴油發電機的各種能量損失。

 

 

一、機械能量損失

1、活塞環與氣缸壁間的沖突

在環的外圓和裝置圈內壁之間存在著沖突阻力，即當活塞環發生變形時，活塞環外圓必定要移動，因此存在著阻止移動的沖突，于是就增大了活塞環變形所需求的負荷，這種沖突損失隨活塞環的彈力、環的厚度和環的根數成正比。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、少活塞環柴油發電機在這方面有明顯的改進。為了降低活塞環與氣缸之間的沖突損失，有的柴油發電機的活塞環厚度現已減薄到0.8mm，在保證活塞環密封的前提下，盡量減小環的彈性。隨著工藝水平的和設計制造質量的不斷進步，活塞環的數量正在減少，少數高性能柴油發電機有采用一道活塞環的。

2、支撐軸承和曲軸的滑動沖突損失

這些滑動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，運動件的慣性力增大，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，同時會添加沖突損失，由于柴油發電機內沖突機件的沖突面積很大，一般都在0.5m2以上。在這些面上蓋滿一層光滑油，當機件運動速度很快時，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。再加上部分用戶為了減輕柴油發電機的運動噪聲，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，就要多耗費一些變為沖突功，以戰勝添加了的沖突力，因此也就降低了柴油發電機的有用功率。

以上這些摩擦損失統稱為機械損失，機械損失約占汽油總能量的5%～8%左右。據有關資料統計，柴油發電機中機械損失功率的分布大致為：活塞和活塞環的摩擦損失約45%～65%;整個活塞連桿曲軸機構中的摩擦損失約60%～70%;氣門機構的驅動損失2%～3%;附屬機構的驅動損失約10%～20%，換（泵）氣損失約10%～20%。

 

柴油發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電機不燃燒的條件下，在制造廠用測功機倒拖柴油發電機，試驗時，柴油發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結。當柴油發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，切斷對柴油發電機的供油，以給定轉速倒拖柴油發電機，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，是柴油發電機在運轉過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損失，將產生更多的能量損失，尤其是變速器機構，據資料介紹，跨式柴油發電機采用齒輪傳動方式，其傳動效率約為0.92，而坐式裝用齒形皮帶的傳動效率只有0.70～0.76（如：市場上常見的康明斯柴油發電機的皮帶傳動效率為0.70，1P52QMI（即GY6）柴油發電機和152MI水冷柴油發電機的傳動效率為0.76）。傳動效率越低，摩擦損失越大，反之，則摩擦損失越小。以上所述的這些傳動效率損失包括柴油發電機多級傳動的損耗。

 

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，柴油發電機實際吸入的氧氣減少、吸入的水汽加大的同時，其實際發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。為了彌補柴油發電機在各種環境條件使用時產生的功率損失，柴油發電機制造廠在檢測柴油發電機功率時，都在標準狀況下進行測定：

（1）大氣壓力：101.325kPa（760mmHg）;

（2）進氣溫度：293K±5（20±5℃）;

（3）濕度：≤65%。

如試驗時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數據適當給予修正。即便如此，經過功率修正的柴油發電機實際有效功率，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%。這個試驗結果與用戶在不同季節騎時感受到的動力存在明顯差異是吻合的。

目前，柴油發電機轉變為有效功的熱量在柴油燃燒發熱量（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，當人們操作康明斯發電機組時，僅僅利用了1/3左右的柴油化學能，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，必定會在一定程度上提高柴油發電機的能量利用率。

 

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