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    柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣背壓設(shè)計(jì)計(jì)算

    2012-07-04 02:45:52張麗芳李志
    船電技術(shù) 2012年1期
    關(guān)鍵詞:消音器柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管

    張麗芳 李志

    ( 中國船舶重工集團(tuán)公司第七一二研究所, 武漢 430223)

    0 引言

    隨著柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在各行各業(yè)的運(yùn)用增加,人們總是希望在相同的條件下得到更大的輸出功率,更好的燃油經(jīng)濟(jì)性及更小的排放。制約這些的因素很多,但人們往往忽略了排氣背壓的影響。本文將介紹排氣背壓的相關(guān)信息及簡單計(jì)算方法,消除不利影響,使柴油機(jī)發(fā)揮良好的性能。(說明:本文中的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)指固定式工業(yè)用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)以及非車輛公路和機(jī)械中的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。)

    1 定義

    排氣背壓:顧名思意就是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管后的壓力,排氣背壓對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能都有重要影響。

    通常,背壓過大將導(dǎo)致柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃料燃燒效率下降,燃油經(jīng)濟(jì)性變差;輸出功率損失,動(dòng)力性下降,同時(shí)排氣溫度升高,煙度加大,排放也變差。因此,柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣背壓必須要保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。一般,柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的最大允許排氣背壓值可在供應(yīng)商提供的資料中查詢到。但生產(chǎn)廠家不同,型號(hào)不同,其最大允許排氣背壓值會(huì)有所差別。

    2 排氣系統(tǒng)組成

    要想計(jì)算排氣背壓,就要先了解柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)的構(gòu)成。常規(guī)的排氣系統(tǒng)構(gòu)成如下圖所示:

    圖1 排氣系統(tǒng)構(gòu)成

    排氣系統(tǒng)的組成如圖所示由三大件組成:柔性波紋管、排氣消音器、排氣管道。柔性波紋管將排氣管與發(fā)動(dòng)機(jī)隔離,補(bǔ)償發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的位移及管道熱膨脹;排氣消音器減小發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲,達(dá)到國家環(huán)保的規(guī)定。

    3 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣背壓的設(shè)計(jì)計(jì)算

    由排氣系統(tǒng)的組成圖可以看出排氣系統(tǒng)中的總阻力值P= Pg+Px

    式中:

    Pg-排氣管的背壓

    Px-消音器的背壓

    式中:

    L—排氣直管當(dāng)量總長度(m)

    Q—廢氣流量(m3/s)

    D—排氣管直徑(m)

    T—排氣溫度(℃)

    當(dāng)排氣系統(tǒng)中采用彎管時(shí),應(yīng)將彎管折算成直管的當(dāng)量長度。

    直管當(dāng)量長度見下表:

    表1 直管當(dāng)量長度

    假設(shè)排氣管的管徑為6英寸,總長度為15 m,總共有2個(gè)90度彎頭。

    則直管的當(dāng)量長度為:

    廢氣流量Q和排氣溫度T這兩個(gè)值可以從柴油機(jī)資料中查出來。舉例說明:

    柴油發(fā)動(dòng)機(jī):VOLVO TAD941GE

    備用功率:308 kW/1500 rpm

    消音器:6 吋

    從銷售資料中查得:廢氣流量Q=52.2 m3/min

    排氣溫度: T=539 ℃

    排氣系統(tǒng)最大允許排氣背壓: 10 kPa

    消音器的背壓: 232 mmHg

    假設(shè)排氣管的總長度: 20 m,總共有 4個(gè)90度彎管,排氣管直徑: 152 mm。

    根據(jù)上述公式:

    排氣管的背壓:

    消音器的背壓:

    排氣系統(tǒng)中的總阻力值:

    因此此排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案可行,可進(jìn)行現(xiàn)場施工。

    通常,在實(shí)際柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)的安裝過程中,由于廢氣的溫度很高(幾百攝氏度),因此排氣管的溫度也會(huì)升至很高,出于安全原因的考慮,必須要為排氣系統(tǒng)進(jìn)行防熱隔離措施。如用隔離材料對(duì)排氣歧管、渦輪增壓器及排氣管路進(jìn)行包裹。避免觸摸燒傷,還可幫助降低排氣噪聲。另外為減少廢氣的排放,有的在排氣管上裝有廢氣處理裝置。這些措施和裝置都將增加系統(tǒng)背壓,因此在確定一個(gè)系統(tǒng)的總背壓時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮進(jìn)去。為了把排氣系統(tǒng)背壓控制在允許的范圍內(nèi),在設(shè)計(jì)排氣系統(tǒng)時(shí),應(yīng)盡量減少或避免急劇的彎頭,排氣管路的布置盡可能的簡短,對(duì)于新發(fā)動(dòng)機(jī),建議排氣系統(tǒng)總背壓不超過最大允許值的75%。

    4 結(jié)束語

    總之,隨著全球?qū)δ茉葱枨蟮牟粩鄶U(kuò)大,對(duì)環(huán)保要求的不斷提高,排氣系統(tǒng)將影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能。排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要經(jīng)過不斷地設(shè)計(jì)試驗(yàn)來優(yōu)化,以達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)最佳的性能要求。

    [1]楊連生. 內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì). 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1991.

    [2]許維達(dá). 柴油機(jī)動(dòng)力裝置匹配. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2000.

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