船用柴油機(jī)排氣背壓計(jì)算分析.pdf

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1、第45卷船海工程Vo1．452016年12月SHIP&0CEANENGINEERINGDec．2016DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2016．S1．031船用柴油機(jī)排氣背壓計(jì)算分析梁鋒，何志偉。汪超(武漢金鼎船舶工程設(shè)計(jì)有限公司，武漢430062)摘要：船上排氣系統(tǒng)的作用是將柴油機(jī)和鍋爐的廢氣順利地排出舷外。排氣系統(tǒng)的背壓是排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)所必須考慮的重要因素之一，會(huì)直接影響柴油機(jī)功率的輸出。介紹船用柴油機(jī)排氣系統(tǒng)及排氣背壓的相關(guān)信息，并運(yùn)用風(fēng)管阻力計(jì)算的公式，結(jié)合實(shí)船案例對(duì)排氣背壓進(jìn)行計(jì)算分析。關(guān)鍵詞：船用柴油機(jī)；排氣背壓；風(fēng)管阻力中圖分類號(hào)：

2、U664．121文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1671-7953(2016)$1-0134-03柴油機(jī)作為船舶的核心動(dòng)力設(shè)備，船舶設(shè)計(jì)排氣消音器用于減小柴油機(jī)的噪聲，使之達(dá)工作者總是希望通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)為柴油機(jī)服務(wù)的各到國(guó)家環(huán)保的相關(guān)規(guī)定；波紋膨脹節(jié)用于減小柴系統(tǒng)而得到最大的輸出功率，從而實(shí)現(xiàn)最大化的油機(jī)振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的位移及管道熱膨脹的影響對(duì)管節(jié)能減排的目的。排氣系統(tǒng)的背壓是排氣系統(tǒng)設(shè)道的影響。計(jì)時(shí)所必須考慮的重要因素之一，會(huì)直接影響柴1．2布置要求油機(jī)功率的輸出J。排氣背壓越大越不利于柴1)排氣管的布置應(yīng)和煙囪、廢氣鍋爐(或經(jīng)油機(jī)功率的輸出。本文將介紹船用柴油機(jī)排氣系濟(jì)器)及消音器

3、等的位置綜合考慮，使排氣管長(zhǎng)統(tǒng)及排氣背壓的相關(guān)信息，并運(yùn)用風(fēng)管阻力計(jì)算度最短、彎頭最少、固定最容易并安裝方便。的公式，結(jié)合實(shí)船案例對(duì)排氣背壓進(jìn)行計(jì)算分析。2)排氣管路上必須設(shè)置消音器和波紋膨脹1系統(tǒng)介紹節(jié)。3)排氣管的布置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離油柜及燃油管。1．1系統(tǒng)組成4)每臺(tái)燃油設(shè)備的排氣管應(yīng)是獨(dú)立的。2臺(tái)船上排氣系統(tǒng)的作用是將柴油機(jī)、鍋爐、焚燒或2臺(tái)以上的燃油設(shè)備的排氣通向共同的消音爐等其它燃油設(shè)備的燃燒廢氣順利地排出船器、廢氣鍋爐(或經(jīng)濟(jì)器)時(shí)，每根排氣管應(yīng)裝設(shè)外。煙氣隔離裝置J。一般，排氣系統(tǒng)由三大組件構(gòu)成(見(jiàn)圖1)：排2排氣背壓氣管道、排氣消音器及波紋膨脹節(jié)。排氣背壓對(duì)柴

4、油機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能都有重要影響。通常，背壓增大將導(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)_4]。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的最大允許排氣背壓值一般可在圖1排氣系統(tǒng)組成供應(yīng)商提供的資料中查詢到。生產(chǎn)廠家不同，型號(hào)不同，其最大允許排氣背壓值也會(huì)有所差別。收稿日期：2016—04—193背壓計(jì)算修回日期：2016—07—25第一作者簡(jiǎn)介：梁鋒(19阱一)，男，學(xué)士，助理工程師由排氣系統(tǒng)的組成圖可以看出，排氣系統(tǒng)中研究方向：輪機(jī)工程的背壓，即排氣管路的總阻力值。

5、E-nile：jdm@whjdm．comPPf+Pi+P(1)l34201216月定梁鋒，等：船用柴油機(jī)排氣背壓計(jì)算分析船海工程第45卷式中：p——直管阻力損失，Pa；D=4(5)Pj——彎管阻力損失，Pa；式中：A——風(fēng)管截面積，mm；p——消音器背壓，Pa，一般由消音器廠家C——橫截面周長(zhǎng)，mm。提供。動(dòng)力粘度：氣體流經(jīng)直管中產(chǎn)生的阻力損失可按下算。=5．18X10XT(6)所=巾000)(2)式中：卜排氣溫度，柴油機(jī)廠提供。式中：．卜摩擦系數(shù)；氣體速度：——風(fēng)管長(zhǎng)度，m；=(7)D——水力直徑，mm；——?dú)怏w速度，m／s；式中：Q——柴油機(jī)排氣流量，m／s。氣體密度

6、：p——?dú)怏w密度，kg／m。由氣態(tài)方程有在層流范圍內(nèi)(雷諾數(shù)Re<2000)，摩擦系數(shù)只是忍的函數(shù)。對(duì)紊流，摩擦系數(shù)取決于P=㈩雷諾數(shù)、管子內(nèi)表面粗糙度及內(nèi)部突出物(如接式中：Po——常壓下0oC空氣密度，kg／m，P。=縫處)。1．293kg／m；摩擦系數(shù)的簡(jiǎn)化公式為：p0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的壓力，kPa，P。=，(麥+(3)100kPa；式中：——管壁絕對(duì)粗糙度，0．03～3．0mm；——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的熱力學(xué)溫度，K；如果fI>0．018，f=f；p——排氣壓力，柴油機(jī)廠提供，如未提供按如果f<0．018：0．85f+0．0028。1．1P0取。雷諾數(shù)：氣體流經(jīng)彎管

7、中產(chǎn)生的阻力損失可按下式計(jì)算：(4)Pj=(9)式中：——?jiǎng)恿φ扯龋琺。／s。水力直徑：式中：——局部阻力系數(shù)，見(jiàn)表1。表1局部阻力系數(shù)可資料得：4計(jì)算模型主機(jī)排氣流量Q=1．288m／s以武漢金鼎船舶工程設(shè)計(jì)有限公司設(shè)計(jì)的主機(jī)排氣溫度450oC“30t絞錨艇”建立模型，進(jìn)行排氣背壓計(jì)算分析。主機(jī)最大允許排氣背壓10．0kPa?！?0t絞錨艇”選用重慶康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)公司生每臺(tái)主機(jī)的排氣系統(tǒng)(見(jiàn)圖2)由以下構(gòu)件組產(chǎn)的NTA855一M450型船用主機(jī)2臺(tái)，額定功率成：為336kW，額定轉(zhuǎn)速為1800r／min，查主機(jī)的認(rèn)1)DN15