船用柴油机排气背压计算分析.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船用柴油机排气背压计算分析梁锋，何志伟。汪超(武汉金鼎船舶工程设计有限公司，武汉430062)摘要：船上排气系统的作用是将柴油机和锅炉的废气顺利地排出舷外。排气系统的背压是排气系统设计时所必须考虑的重要因素之一，会直接影响柴油机功率的输出。介绍船用柴油机排气系统及排气背压的相关信息，并运用风管阻力计算的公式，结合实船案例对排气背压进行计算分析。关键词：船用柴油机；排气背压；风管阻力中图分类号：

2、U664．121文献标志码：A文章编号：1671-7953(2016)$1-0134-03柴油机作为船舶的核心动力设备，船舶设计排气消音器用于减小柴油机的噪声，使之达工作者总是希望通过优化设计为柴油机服务的各到国家环保的相关规定；波纹膨胀节用于减小柴系统而得到最大的输出功率，从而实现最大化的油机振动时产生的位移及管道热膨胀的影响对管节能减排的目的。排气系统的背压是排气系统设道的影响。计时所必须考虑的重要因素之一，会直接影响柴1．2布置要求油机功率的输出J。排气背压越大越不利于柴1)排气管的布置应和烟囱、废气锅炉(或经油机功率的输出。本文将介绍船用柴油机排气系济器)及消音器

3、等的位置综合考虑，使排气管长统及排气背压的相关信息，并运用风管阻力计算度最短、弯头最少、固定最容易并安装方便。的公式，结合实船案例对排气背压进行计算分析。2)排气管路上必须设置消音器和波纹膨胀1系统介绍节。3)排气管的布置应尽量远离油柜及燃油管。1．1系统组成4)每台燃油设备的排气管应是独立的。2台船上排气系统的作用是将柴油机、锅炉、焚烧或2台以上的燃油设备的排气通向共同的消音炉等其它燃油设备的燃烧废气顺利地排出船器、废气锅炉(或经济器)时，每根排气管应装设外。烟气隔离装置J。一般，排气系统由三大组件构成(见图1)：排2排气背压气管道、排气消音器及波纹膨胀节。排气背压对柴

4、油机的动力性、经济性和排放性能都有重要影响。通常，背压增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_4]。柴油发动机的最大允许排气背压值一般可在图1排气系统组成供应商提供的资料中查询到。生产厂家不同，型号不同，其最大允许排气背压值也会有所差别。收稿日期：2016—04—193背压计算修回日期：2016—07—25第一作者简介：梁锋(19阱一)，男，学士，助理工程师由排气系统的组成图可以看出，排气系统中研究方向：轮机工程的背压，即排气管路的总阻力值。

5、E-nile：jdm@whjdm．comPPf+Pi+P(1)l34201216月定梁锋，等：船用柴油机排气背压计算分析船海工程第45卷式中：p——直管阻力损失，Pa；D=4(5)Pj——弯管阻力损失，Pa；式中：A——风管截面积，mm；p——消音器背压，Pa，一般由消音器厂家C——横截面周长，mm。提供。动力粘度：气体流经直管中产生的阻力损失可按下算。=5．18X10XT(6)所=巾000)(2)式中：卜排气温度，柴油机厂提供。式中：．卜摩擦系数；气体速度：——风管长度，m；=(7)D——水力直径，mm；——气体速度，m／s；式中：Q——柴油机排气流量，m／s。气体密度

6、：p——气体密度，kg／m。由气态方程有在层流范围内(雷诺数Re<2000)，摩擦系数只是忍的函数。对紊流，摩擦系数取决于P=㈩雷诺数、管子内表面粗糙度及内部突出物(如接式中：Po——常压下0oC空气密度，kg／m，P。=缝处)。1．293kg／m；摩擦系数的简化公式为：p0——标准状态下空气的压力，kPa，P。=，(麦+(3)100kPa；式中：——管壁绝对粗糙度，0．03～3．0mm；——标准状态下空气的热力学温度，K；如果fI>0．018，f=f；p——排气压力，柴油机厂提供，如未提供按如果f<0．018：0．85f+0．0028。1．1P0取。雷诺数：气体流经弯管

7、中产生的阻力损失可按下式计算：(4)Pj=(9)式中：——动力粘度，m。／s。水力直径：式中：——局部阻力系数，见表1。表1局部阻力系数可资料得：4计算模型主机排气流量Q=1．288m／s以武汉金鼎船舶工程设计有限公司设计的主机排气温度450oC“30t绞锚艇”建立模型，进行排气背压计算分析。主机最大允许排气背压10．0kPa。“30t绞锚艇”选用重庆康明斯发动机公司生每台主机的排气系统(见图2)由以下构件组产的NTA855一M450型船用主机2台，额定功率成：为336kW，额定转速为1800r／min，查主机的认1)DN15