|
新聞主題 |
柴油發(fā)電機排氣系統背壓和使用要求 |
摘要：排氣系統的功用是將柴油機產(chǎn)生的廢氣排到大氣中去。在排氣系統的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，排氣背壓是排氣系統設計的關(guān)鍵設計目標之一，因為排氣背壓的大小直接影響著(zhù)柴油機的功率損失和排氣系統的噪聲水平。如果排氣系統的設計匹配不合理，排氣系統的背壓過(guò)大，會(huì )造成機械效率下降，排氣消耗的機械功增多，功率降低，排氣溫度升高，燃油消耗率的惡化等問(wèn)題發(fā)生?？得魉构驹诒疚闹懈鶕硥寒a(chǎn)生機理和排氣要求，分析了排氣背壓的原因和造成的影響，并指出了研究排氣背壓的實(shí)際意義和方向。
一、排氣背壓的概述
當排氣背壓升高時(shí)，柴油機排氣不暢，從而影響柴油機的動(dòng)力性。排氣背壓指柴油機尾氣流經(jīng)排氣系統的壓降。排氣背壓對柴油機綜合性能有非常大的影響。一般情況下，排氣背壓變大直接導致柴油機燃油消耗率上升，柴油機經(jīng)濟性能惡化，于此同時(shí)柴油機動(dòng)力性也變差，尾氣排放質(zhì)量也會(huì )由于缸內燃燒的不充分也加劇惡化。
1、排氣背壓研究原因
排氣背壓對柴油機經(jīng)濟性、動(dòng)力性以及聲音品質(zhì)有著(zhù)重要影響，是開(kāi)發(fā)設計過(guò)程中參衡的重要指標之一。
（1）排氣背壓過(guò)大，導致充氣損失增加，柴油機燃燒效率下降，功率輸出降低，燃油經(jīng)濟性惡化。
（2）排氣背壓過(guò)小，會(huì )使排氣系統開(kāi)發(fā)成本增大，聲品質(zhì)變差。
因此，合理的排氣背壓對柴油機的性能至關(guān)重要。
2、排氣背壓的實(shí)際意義
排氣背壓升高會(huì )造成泵氣功損失增加，從而導致機械功消耗增多，機械效率降低。同時(shí)，背壓過(guò)高使得殘余廢氣系數增大（一定程度上類(lèi)似于高溫 EGR），導致燃燒不充分，燃燒做功減少，燃油經(jīng)濟性惡化。殘余廢氣系數過(guò)大還會(huì )引起排氣溫度升高，煙度加大，排放惡化，若安裝渦輪增壓器，其工作環(huán)境變差，柴油機進(jìn)氣壓力相應減少。合理的排氣背壓，能夠排除在自由排氣階段的大部分廢氣，同時(shí)減小在強制排氣階段活塞上行的排氣消耗功，因此減小排氣背壓能夠使排氣阻力小，柴油機動(dòng)力性提高。
3、排氣背壓研究方向
當今柴油機技術(shù)多應用多氣門(mén)技術(shù)，進(jìn)氣門(mén)的增加可顯著(zhù)增加進(jìn)氣量，而多排氣門(mén)技術(shù)又可以顯著(zhù)增加排氣流經(jīng)截面積，從而促使排氣阻力減小，減小排氣背壓的產(chǎn)生，在排氣自由時(shí)間內大量廢氣被排出，同時(shí)可使強制排氣時(shí)間活塞上行由于排氣消耗的有效功也變少，所以柴油機扭矩高，動(dòng)力性得到改善。此時(shí)缸內新鮮工質(zhì)比例也得到提高，排放尾氣的質(zhì)量得到控制。因此排氣背壓的減小對經(jīng)濟性、動(dòng)力性以及尾氣排放都有好處。
排氣背壓主要發(fā)生在排氣系統及尾氣凈化裝置中，目前，研究排氣背壓的影響也主要集中在消聲器結構。另外，由于排氣背壓對柴油機顆粒捕集器（DPF）也有較大影響，一般在處理此方面排放問(wèn)題時(shí)，背壓是重點(diǎn)考慮對象。
二、排氣背壓對柴油機的影響
柴油發(fā)電機未裝配各種尾氣裝置前，正常工作過(guò)程如圖1所示；加裝各種尾氣裝置后產(chǎn)生背壓的機理如圖2所示。下列為大家分析排氣背壓的大小影響，是否對柴油機造成不利的后果。
1、排氣背壓對排氣功率損失的影響
排氣背壓的形成是由于管路對氣流的阻滯以及氣流之間的摩擦，主要包括摩擦阻力以及局部阻力。排氣系統內的功率損失主要由摩擦阻力損失以及局部阻力損失兩部分組成，其中摩擦阻力損失發(fā)生于管道壁面上，由氣流與管道摩擦產(chǎn)生，取決于管道粗糙度及氣體流動(dòng)速度的大小。摩擦阻力損失可由公式（1）計算得知。
ΔE?=λ（L/d）（ρν2/2）...............（公式1）
式中：p—氣流密度；L—管道長(cháng)度；d—管道橫截面直徑；λ—摩擦阻力系數；v—管道橫截面氣體平均流速。
局部阻力損失發(fā)生于排氣管路流通界面的突變處，主要集中于消聲器、管路、DOC、DPF以及SCR內氣流通道擴張和縮小等截面突變處。此處氣流的動(dòng)能、壓能發(fā)生突變，流速的突變生成渦流加劇了氣流間的動(dòng)能交換，增加了能量損耗，進(jìn)一步增大了流體間的摩擦損失。其主要取決于管路的結構尺寸以及氣體流速，局部阻力損失可由公式（2）計算所得。
ΔEp=ερν2/2...............（公式2）
式中：ε—局部阻力系數，與管道橫截面積無(wú)關(guān)；v—管道橫截面氣體平均流速。
由此可知，排氣背壓的增大造成排氣系統功率損失的增大，減少柴油機的輸出功率，增大燃油消耗。
2、排氣背壓對充氣效率的影響
柴油機的換氣過(guò)程包括進(jìn)氣和排氣兩部分，其中排氣過(guò)程又包含自由排氣和強制排氣兩個(gè)階段，自由排氣階段指排氣門(mén)開(kāi)啟到氣缸內壓力接近排氣管壓力的時(shí)段。強制排氣階段指氣缸內氣體被活塞上行強制推出氣缸的時(shí)段。
在自由排氣和強制排氣初期，柴油機缸內氣體壓力高，有可能處于超臨界排氣狀態(tài)，其余大部分曲軸轉角則處于亞臨界排氣狀態(tài)。超臨界排氣階段廢氣排出量與柴油機轉速無(wú)關(guān)，只取決于缸內氣體狀態(tài)和排氣門(mén)有效流通面積；亞臨界排氣階段廢氣排出量不只取決于有效流通面積，還與缸內和排氣管內氣體壓差相關(guān)。超臨界排氣階段所占整個(gè)排氣時(shí)間比例較小，但由于廢氣流速高，排出廢氣量可達60%左右；亞臨界排氣階段隨著(zhù)缸內與排氣管內氣體壓差的增大，排氣損失隨之加大，缸內殘留廢氣量增加。
充氣效率η指實(shí)際進(jìn)入柴油機氣缸的新鮮充量與進(jìn)氣狀態(tài)（增壓器壓氣機出口的狀態(tài)）下充滿(mǎn)氣缸工作容積的新鮮充量之比，可由公式（3）表示。
ην=V?/V?=m?/m?...............（公式3）
式中：V?、m?一實(shí)際進(jìn)入柴油機氣缸新鮮充量的體積和質(zhì)量；V?、m?—進(jìn)氣狀態(tài)充滿(mǎn)柴油機氣缸新鮮充量的體積和質(zhì)量。
由上述可知，隨著(zhù)排氣背壓的增大，亞臨界排氣狀態(tài)廢氣排出量越小，缸內殘余廢氣量越大，實(shí)際新鮮充量越小，充氣效率也隨之降低。
|
圖1 柴油機排氣系統正常工作過(guò)程 |
圖2 柴油發(fā)電機背壓產(chǎn)生機理 |
三、柴油機排氣背壓要求
1、排氣系統的作用
（1）削減發(fā)動(dòng)機產(chǎn)生的排氣噪聲以滿(mǎn)足法規和客戶(hù)對噪聲的要求。
（2）保證發(fā)動(dòng)機性能最佳的同時(shí)，把排氣安全地運離發(fā)動(dòng)機并安靜的排到大氣中。
（3）使排氣遠離發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣口和冷卻/通風(fēng)系統，以降低發(fā)動(dòng)機工作溫度并保證其性能。
2、排氣背壓計算方法
為降低排氣噪聲，防止排氣泄露，保持排氣暢通，對排氣系統的阻力一般要求∶最大排氣阻力對于臺架上試驗標定工況排氣溫度≤530°C不得超過(guò)10kPa（帶后處理裝置允許為20kPa），對于臺架上試驗工況排氣溫度≥2530°C不得超過(guò)15kPa （帶后處理裝置允許為25kPa），否則將引起發(fā)動(dòng)機輸出功率的降低，油耗增加，煙度過(guò)大，有害排放物增多，加載也將受到影響。
對于已給定長(cháng)度和直徑情況的排煙系統，下列公式可計算出排煙系統的背壓：
P=575[（L×S×Q²）/D?]
式中，L=直管及彎頭長(cháng)度（米）；
Q=排煙流量（立方米/每分鐘）；
D=煙管內徑（厘米）；
S=隨排煙絕對溫度的變化關(guān)系：S=23 / [273+排溫（℃）]；
P=背壓（千帕），必須低于規定的許可背壓值。
注：具體計算時(shí)請參照康明斯應用工程部編寫(xiě)的排煙背壓計算工具。
3、排氣系統的安裝要求
（1）柴油發(fā)電機有噪音的規定，而且柴油機排氣的高速流動(dòng)造成的噪音不可忽視，為了降低噪音，柴油機的排氣管都會(huì )裝有消音器以達到符合要求的噪音范圍。
（2）消音器會(huì )對排氣產(chǎn)生阻力，而且排氣管要有防止雨水倒灌的措施，所以有一些消音器裝有泄水裝置把從外面進(jìn)入排氣管的水份分離出來(lái)。
（3）對于排氣管的使用，盡量使用薄的排氣管，減輕排氣管的重量，減低支撐管路的支撐負荷。排氣管的管徑要嚴格按照廠(chǎng)家要求去匹配，如果排氣管的彎頭過(guò)多，要在廠(chǎng)家要求基礎上適當加大排氣管的管徑，不然管路排氣背壓會(huì )過(guò)大，嚴重影響增壓器性能，直接降低柴油機功率。
（4）由于排氣流速快，壓力波動(dòng)大，加上柴油機的震動(dòng)造成管路的震動(dòng)，所以排氣管要在適當的位置裝有管路的減震器，并且增壓器不能受任何的管路重量，這樣才能保證柴油機排氣系統的可靠性，最大發(fā)揮柴油機的性能。
（5）波紋管離發(fā)動(dòng)機排氣口至少610毫米，排氣口在柴油機上的位置如圖3所示。不得用于改變方向、排煙管校直的方面使用。
（6）消音器第一級盡可能靠近發(fā)動(dòng)機，并設冷凝水排放閥（位置設在排煙管垂直轉向爬升處），管路較長(cháng)末端安裝第二級消聲器。
（7）排煙管與易燃建筑物距離至少230 mm，煙管穿過(guò)墻壁用隔熱套管。彎曲半徑盡量大，例如90°彎頭內彎半徑等于3倍管徑。排煙管各個(gè)連接處應采用法蘭連接方式，柴油機排煙管法蘭材質(zhì)的選用要根據安裝位置、介質(zhì)溫度、耐腐蝕性等因素進(jìn)行綜合考慮。安裝時(shí)要保證法蘭連接平面的表面清潔平整，法蘭嘴的直線(xiàn)度和圓度誤差不得超過(guò)規定范圍，如圖4所示。
（8）煙囪防雨帽或排氣閥安裝做到垂直排煙、出口水平、排氣口應修斜并加防鳥(niǎo)網(wǎng)。
（9）室內消音器及排煙管路一般為50毫米厚隔熱材料和鋁質(zhì)護套，機組排煙管道不得與其它機組或鍋爐等設備共用。
|
圖3 柴油機排氣口連接處位置圖 |
圖4 柴油發(fā)電機組排煙管法蘭尺寸規格 |
總結：
作為柴油發(fā)電機廠(chǎng)家總是希望通過(guò)優(yōu)化設計為發(fā)電設備得到最大的輸出功率，從而實(shí)現最大化的性?xún)r(jià)比和節能減排的目的。排氣系統的背壓是排氣系統設計時(shí)所必須考慮的重要因素之一，會(huì )直接影響柴油機功率的輸出。排氣背壓越大越不利于柴油機功率的輸出。本文上述內容中介紹了柴油機排氣系統及排氣背壓的相關(guān)信息，并運用排煙管阻力計算的公式，結合柴油機性能參數對排氣背壓進(jìn)行計算分析。
----------------
以上信息來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)新聞，特此聲明！
若有違反相關(guān)法律或者侵犯版權，請通知我們！
溫馨提示：未經(jīng)我方許可，請勿隨意轉載信息！
如果希望了解更多有關(guān)柴油發(fā)電機組技術(shù)數據與產(chǎn)品資料，請電話(huà)聯(lián)系銷(xiāo)售宣傳部門(mén)或訪(fǎng)問(wèn)我們官網(wǎng)：http://www.aticodonostia.com
