排气背压对柴油发电机影响及检测标准

摘要：排气系统的功用是将柴油发电机发生的废气排到大气中去。在排烟系统的开发步骤中，排气背压是排烟系统规划的关键设计目标之一，因为排气背压的大小直接危害着柴油发电机的容量损失和排烟装置的噪声水平。如果排气系统的设计匹配不合理，排气系统的背压过度，会造成机械效率下降，排烟消耗的机械功增多，容量减小，排烟温度升高，燃油消耗率的恶化等问题产生。康明斯公司在本文中根据背压发生机理和排烟要求，分析了排烟背压的因由和造成的影响，并指出了探求排气背压的实际意义和方向。

      当排气背压升高时，柴油发电机排烟不畅，从而影响柴油发电机的动力性。排气背压指柴油发电机尾气流经排气机构的压降。排烟背压对柴油发电机综合性能有非常大的影响。通常情况下，排烟背压变大直接致使柴油发电机燃油消耗率上升，柴油发电机经济性能恶化，于此同时柴油发电机动力性也变差，尾气排放质量也会因为缸内燃烧的不充分也加剧恶化。

      排烟背压对柴油发电机经济性、动力性以及声音质量有着重要危害，是开发布置程序中参衡的重要指标之一。

      因此，合理的排气背压对柴油发电机的性能至关重要。

      排烟背压升高会造成泵气功损失增加，从而致使机械功消耗增多，机械效率减轻。同时，背压偏高使得残余废气系数增大（一定程度上类似于发热 EGR），导致燃烧不充分，燃烧做功减少，燃油经济性恶化。残余废气系数过度还会致使排气温度升高，烟度加大，排放恶化，若装配涡轮增压器，其作业环境变差，柴油发电机进气压力相应降低。合理的排烟背压，能够排除在自由排气阶段的大部分废气，同时减少在强制排烟阶段活塞上行的排气消耗功，因此减轻排气背压能够使排烟阻力小，柴油发电机动力性增强。

      当今柴油发电机技术多应用多气门技术，进气门的增加可显着增加进气量，而多排烟门技术又可以显着增加排烟流经截面积，从而促使排气阻力减少，减轻排烟背压的产生，在排气自由时间内大量废气被排出，同时可使强制排气时间活塞上行因为排烟消耗的有效功也变少，所以柴油发电机功率高，动力性得到改善。此时缸内新鲜工质比例也得到提高，排放尾气的品质得到控制。因此排气背压的减少对经济性、动力性以及尾气排放都有优势。

      排烟背压主要出现在排烟机构及尾气净化系统中，目前，研讨排气背压的影响也具体集中在消声器结构。另外，由于排气背压对柴油发电机颗粒捕集器（DPF）也有较大危害，通常在排除此方面排放问题时，背压是重点考虑对象。

      柴油发电机未安装各种尾气装置前，正常工作流程如图1所示；加装各种尾气系统后产生背压的原理如图2所示。下列为大家剖析排气背压的大小危害，是否对柴油发电机造成不利的后果。

      排气背压的形成是因为管路对气流的阻滞以及气流之间的摩擦，详细包括摩擦阻力以及局部阻力。排烟机构内的功率损失具体由摩擦阻力损失以及局部阻力损失两部分构成，其中摩擦阻力损失出现于管道壁面上，由气流与管道摩擦出现，取决于管道粗糙度及气体流动速度的大小。摩擦阻力损失可由公式（1）计算得知。

      式中：p—气流密度；L—管道长度；d—管道横截面直径；λ—摩擦阻力系数；v—管道横截面气体平均流速。

      局部阻力损失出现于排烟管路流通界面的突变处，详细集中于消声器、管路、DOC、DPF以及SCR内气流通道扩张和缩小等截面突变处。此处气流的动能江苏康明斯柴油发电机、压能出现突变，流速的突变生成涡流加剧了气流间的动能交换，增加了能量损耗，进一步增大了流体间的摩擦损失。其详细取决于管路的构成尺寸以及气体流速，局部阻力损失可由公式（2）计算所得。

      式中：ε—局部阻力系数，与管道横截面积无关；v—管道横截面气体平均流速。

      由此可知，排烟背压的增大造成排气装置功率损失的增大，减小柴油发电机的输出容量，增大燃油消耗。

      柴油发电机的换气过程包括进气和排气两部分，其中排烟流程又包含自由排气和强制排烟两个阶段，自由排气阶段指排气门开启到气缸内压力接近排气管压力的时段。强制排烟阶段指汽缸内气体被活塞上行强制推出气缸的时段。

      在自由排气和强制排烟初期，柴油发电机缸内气体压力高，有可能处于超临界排气状态，其余大部分主轴转角则处于亚临界排烟状态。超临界排烟阶段废气排出量与柴油发电机速度无关，只取决于缸内气体状态和排气门有效流通面积；亚临界排烟阶段废气排出量不只取决于高效流通面积，还与缸内和排烟管内气体压差相关。超临界排气阶段所占整个排烟时间比例较小，但因为废气流速高，排出废气量可达60%左右；亚临界排气阶段随着缸内与排气管内气体压差的增大，排烟损失随之加大，缸内残留废气量增加。

      充气效率η指实际进入柴油发电机气缸的新鲜充量与进气状态（增压器压气机出口的状态）下充满汽缸作业容积的新鲜充量之比，可由公式（3）表示。

      式中：V?、m?一实际进入柴油发电机汽缸新鲜充量的体积和质量；V?、m?—进气状态充满柴油发电机气缸新鲜充量的体积和品质。

      由上述可知，随着排烟背压的增大，亚临界排烟状态废气排出量越小，缸内残余废气量越大，实际新鲜充量越小，充气效率也随之降低。

      为减小排气噪音，防止排气泄露，保持排烟畅通，对排烟装置的阻力通常要求∶较大排烟阻力对于台架上试验标定工况排气温度≤530°C不得超过10kPa（带后处理机构允许为20kPa），对于台架上试验工况排气温度≥2530°C不得超过15kPa （带后解决系统允许为25kPa），否则将引起发电机输出功率的减少，油耗增加，烟度过量，有害排放物增多，加载也将受到影响。

       对于已给定长度和直径情况的排烟装置，下列公式可计算出排烟系统的背压：

（1）柴油发电机有噪声的规定，而且柴油发电机排烟的高速流动造成的噪声不可忽视，为了降低噪声，柴油发电机的排气管都会装有消音器以达到符合要求的噪音范围。

（2）消音器会对排烟产生阻力，而且排气管要有防止雨水倒灌的对策，所以有一些消音器装有泄水机构把从外面进入排烟管的水份分离出来。

（3）对于排气管的操作，尽量操作薄的排气管，减轻排烟管的毛重，减低支撑管路的支撑负载。排气管的管径要严格按照服务站要求去匹配，如果排气管的弯头过多，要在工厂要求基础上适当加大排烟管的管径，不然管路排烟背压会过大，严重危害增压器性能康明斯发电机组官网，直接减轻柴油发电机功率。

（4）因为排烟流速快，压力波动大，加康明斯油机的震动造成管路的震动，故而排烟管要在适当的位置装有管路的减震器，并且增压器不能受任何的管路重量，这样才能保证柴油发电机排烟装置的可靠性，较大发挥柴油发电机的性能。

（5）波纹管离发电机排烟口至少610毫米，排气口在柴油发电机上的位置如图3所示。不得用于改变方向、排气管校直的方面操作。

（6）消音器第一级尽可能靠近发电机，并设冷凝水排放阀（位置设在排烟管垂直转向爬升处）柴油发电机十大品牌排行榜，管路较长末端装配第二级消声器。

（7）排烟管与易燃建筑物距离至少230 mm，烟管穿过墙壁用隔热套管。弯曲半径尽量大，例如90°弯头内弯半径等于3倍管径。排烟管各个连接处应采用法兰连接程序，柴油发电机排烟管法兰材质的选定要根据装配位置、介质温度、耐腐蚀性等因素进行综合考虑。装配时要保证法兰连接平面的表面清洁平整，法兰嘴的直线度和圆度误差不得超过规定范围，如图4所示。

（9）室内消音器及排烟管路一般为50毫米厚隔热材料和铝质护套，机组排烟管道不得与其它机组或锅炉等装备共用。

      作为柴油发电机代理商总是希望通过优化规划为发电装置得到较大的输出功率，从而实现较大化的性价比和节能减排的目的。排烟系统的背压是排烟系统规划时所必须考虑的重要要素之一，会直接危害柴油发电机容量的输出。排烟背压越大越不利于柴油发电机容量的输出。本文上述内容中讲解了柴油发电机排烟装置及排烟背压的相关信息，并运用排烟管阻力计算的公式，结合柴油发电机性能数据对排烟背压进行计算分析。