柴油发动机排气背压设计计算

  • 格式:pdf
  • 大小:131.50 KB
  • 文档页数:2

船电技术j电机 
柴油发动机排气背压设计计算 
张丽芳李志 
(中国船舶重工集团公司第七一二研究所, 武汉430223) 

摘要:本文介绍了柴油机排气背压相关信息及柴油发动机排气系统简单设计计算。 
关键词:柴油机排气系统排气背压 
中图分类号:TM611 文献标识码:A 文章编号:1003.4862(2012)s1.0057.02 

Design and Calculation of the Diesel Engine Exhaust Back Pressure 
Zhang Lifang,Li Zhi 
(Wuhan Institute ofMarine Electric Propulsion,CSIC,Wuhan 430064,China) 

Abstract:The paper introduces the principle of the diesel engine exhaust back pressure,the simple design 
and calculation ofthe diesel engine exhaust system. 
Keywords:diesel engine;exhaust system,"exhaust back pressure 

0引言 
随着柴油发动机在各行各业的运用增加,人 
们总是希望在相同的条件下得到更大的输出功 
率,更好的燃油经济性及更小的排放。制约这些 
的因素很多,但人们往往忽略了排气背压的影响。 
本文将介绍排气背压的相关信息及简单计算方 法,消除不利影响,使柴油机发挥良好的性能。 (说明:本文中的柴油发动机指固定式工业用柴 油发动机以及非车辆公路和机械中的柴油发动 机。) 1 定义 排气背压:顾名思意就是柴油发动机排气管 后的压力,排气背压对发动机的动力性、经济性 和排放性能都有重要影响。 通常,背压过大将导致柴油发动机燃料燃烧 效率下降,燃油经济性变差;输出功率损失,动 力性下降,同时排气温度升高,烟度加大,排放 也变差。因此,柴油发动机的排气背压必须要保持 在规定的范围内。一般,柴油发动机的最大允许 收稿日期:2012.05.20 作者简介:张丽芳(1977一),女,工程师。研究方向: 机电一体化。 排气背压值可在供应商提供的资料中查询到。但 生产厂家不同,型号不同,其最大允许排气背压 值会有所差别。 2排气系统组成 要想计算排气背压,就要先了解柴油发动机 的排气系统的构成。常规的排气系统构成如下图 
所示: 

图1排气系统构成 
图中,1波纹管,2排气直管,3消音器,4 
排气弯头。 
排气系统的组成如图所示由三大件组成:柔 
性波纹管、排气消音器、排气管道。柔性波纹管 
将排气管与发动机隔离,补偿发动机振动时产生 
的位移及管道热膨胀;排气消音器减小发动机产 

57 
船电技术I电机 
生的噪声,达到国家环保的规定。 
3柴油发动机排气背压的设计计算 
由排气系统的组成图可以看出排气系统中的 
总阻力值P=P +Px 
式中: 
Pg一排气管的背压 
Px一消音器的背压 排 值Pg=6.32 × 式中: 一排气直管当量总长度(1TI) Q一废气流量(m3/s) D一排气管直径(m) 排气温度(℃) 当排气系统中采用弯管时,应将弯管折算成 直管的当量长度。 直管当量长度见下表: 表1直管当量长度 假设排气管的管径为6英寸,总长度为15 ITI, 总共有2个90度弯头。 则直管的当量长度为: L=I 5+2 ̄2.28=1 9.56 废气流量Q和排气温度 这两个值可以从柴 油机资料中查出来。 举例说明: 柴油发动机:VOLVO TAD941GE 备用功率:308 kW/1500 rpm 消音器:6时 从销售资料中查得:废气流量Q=52.2 m /min 排气温度:T=539℃ 排气系统最大允许排气背压: l0 kPa 58 消音器的背压: 232 mmHg 假设排气管的总长度: 20 In,总共有4个 90度弯管,排气管直径: 152 mm。 根据上述公式: L=20+4 ̄2.28=29.12 排气管的背压: ‘ Pg 2430 Pa 2.43 kPa 消音器的背压: 
Px=232 mmHg=2.27 kPa 
排气系统中的总阻力值: 

P=2.43+2.27=4.7 kPa<l0 kPa 
因此此排气系统设计方案可行,可进行现场 
施工。 
通常,在实际柴油发动机排气系统的安装过 
程中,由于废气的温度很高(几百摄氏度),因此 
排气管的温度也会升至很高,出于安全原因的考 
虑,必须要为排气系统进行防热隔离措施。如用 
隔离材料对排气歧管、涡轮增压器及排气管路进 
行包裹。避免触摸烧伤,还可帮助降低排气噪声。 
另外为减少废气的排放,有的在排气管上装有废 
气处理装置。这些措施和装置都将增加系统背压, 
因此在确定一个系统的总背压时应当考虑进去。 
为了把排气系统背压控制在允许的范围内,在设 
计排气系统时,应尽量减少或避免急剧的弯头, 
排气管路的布置尽可能的简短,对于新发动机, 
建议排气系统总背压不超过最大允许值的75%。 

4结束语 
总之,随着全球对能源需求的不断扩大,对 
环保要求的不断提高,排气系统将影响发动机的 
动力性、经济性和排放性能。排气系统的设计需 
要经过不断地设计试验来优化,以达到发动机最 
佳的性能要求。 

参考文献: 
[1】杨连生.内燃机设计.北京:机械工业出版社,1991. 
[2】 许维达.柴油机动力装置匹配.北京:机械工业出 
版社,2000.