CN101329221B - 船用柴油机iso条件下增压器配机参数的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测定船用柴油机ISO条件下增压器配机参数的方法，该方法包括如下步骤：测定实际条件100％负荷柴油机的参数：所测定的参数计算得出实测条件下的空气耗量再转化成ISO条件下空气耗量J46；将实测条件下的扫气空气压力绝对值G41换算成ISO条件下扫气压力绝对值J41；计算得到与柴油机ISO条件下运行参数相应的压气机压比K11；对其它柴油机负荷(如90％、75％、50％)确定出ISO条件下与各负荷相应的空气流量G14和压气机压比K11，在压气机特性曲线上由G14和K11绘制增压器配机点并连成配机线，并和喘振线2对比，计算喘振裕度δ。利用本发明的方法可以得到ISO条件下的配机参数，为船东和科研提供参考，并易于判定增压器和柴油机的配合程度。

Description

船用柴油机ISO条件下增压器配机参数的确定方法

技术领域

本发明涉及低速船用柴油机ISO条件下增压器配机参数——空气流量、压比的计算确定，其中涉及低速船用柴油机性能参数的测量和计算。

背景技术

柴油机在车间试车平台上安装结束后，都要进行性能调试和产品提交检测试验。目前，柴油机的性能调试和产品提交都采用MBD的计算方法进行数据整理，计算出相关的性能参数，如：扫气压力、压缩压力、爆压、排气温度、油耗、增压器效率、空气耗量等，并根据这些值俩判别柴油机性能的好坏，再进一步对柴油机进行调整、测量、计算，最后调整到达到预期的性能指标为止。可以说，该数据的整理方法是柴油机性能调试和柴油机产品提交过程中极为有用的工具。

尽管上述数据整理计算方法能计算得到一系列柴油机重要的性能参数，但对于ISO条件下(大气压力0.1MPa，环境温度25℃)增压器配机参数计算这一点尚缺乏，对于增压器配机参数——压力机空气流量和压比的计算密切相关的空气耗量计算也十分粗糙，甚至把各负荷点的空气耗量都取为8.8，这对增压器配机后能否稳定运行的判别影响很大，而这也是顾客所关心的问题。因此，为了调整好柴油机性能，必须在上述数据整理方法中增补增压器在ISO条件下与柴油机配合运行的配机参数——压气机空气流量、压比的计算，并通过对空气耗量计算方法修改——通过输入透平有效通流面积的方法，力图使增压器配机参数的计算更为精确，由计算得到的增压器配机参数确定各个负荷增压器的增压器配机元件的进一步调整提供依据，为柴油机性能参数调整并最终达标奠定基础。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中尚不能正确地确定ISO条件下的配机参数的问题，提供一种测定船用柴油机ISO条件下增压器配机参数的方法。利用本方法可以确定出与柴油机ISO条件运行参数相应的增压器的配机参数，进而绘出增压器的配机线1，以判定增压器配机是否合理，并通过必要的增压器元件调整，达到增压器与柴油机的完美配合。

本发明提供的技术方案如下：

一种测定船用柴油机ISO条件下增压器配机参数的方法，该方法包括如下步骤：

第一步、将制造完成的船用柴油机置于试车台上；

第二步、测定实际条件100％负荷柴油机的下列参数：

排气集管压力G42；透平进口温度G29；增压器台数D8；柴油机功率F5；增压器的透平有效通流面积K12；比燃油耗率G43；增压器标准进口温度G13；扫气空气温度G38；压气机进口温度G32；大气压力G22。

第三步、将第二步所测定的参数代入如下公式进行计算，得出柴油机实测条件下的空气耗量G46：

$G46=\frac{\frac{K12}{0.7355}*G42*10*3600*D8}{\sqrt{G29+273.15}*F5}-\frac{G43}{1000}$

第四步、第三步中所得到的空气耗量G46转化成ISO条件下空气耗量，转化的条件为大气压力0.1MPa；压气机进口温度25℃；扫气空气温度37℃；透平背压同实际测量条件，ISO条件空气耗量J46由下式计算：

J46＝(0.24208-G38*0.00189+G32*0.004064-G22*2.7375+1)*G46

第五步、将第四步所得到的ISO条件下空气耗量J46连同第二步测定参数代入下式计算与柴油机ISO条件参数相应的压气机标准进口温度G13条件下的增压器配机参数——空气流量G14：

$G14=\frac{\sqrt{(25+273.15)*(G13+273.15)}*J46*F5}{D8*0.348375*1000*36000}$

$=\frac{\sqrt{298.15*(G13+273.15)}*J46*F5}{1254150*D8}(m^3/s)$

第六步、测定实际条件下柴油机的下列参数：

大气压力G22；扫气压力实测绝对值G41；空冷器压降T44；空气滤器压降R44。

第七步、将第六步中实际条件下的扫气空气压力绝对值G41，由下式换算成ISO条件下扫气压力绝对值J41：

J41＝(0.23049-G38*0.00222+G32*0.002856-G22*2.1975+1)*G41

第八步、将第七步得到的ISO条件下扫气压力绝对值J41代入下式，得到与柴油机ISO条件下运行参数相应的另一个增压器配机参数——压气机压比K11：

$K11=\frac{J41*10+T44*0.00009807}{1-R44*0.00009807}$

第九步、对其它柴油机负荷(如90％、75％、50％)重复上述第二步至第八步，确定出ISO条件下与各负荷相应的空气流量G14和压气机压比K11，在压气机特性曲线上由G14和K11绘制增压器配机点，再将各配机点连成配机线1。

第十步、将得到的配机线1与压气机特性曲线中的喘振线2对比，计算喘振裕度δ，喘振裕度的最小值通常不应小于18％。当柴油机的各性能参数达到设计要求，喘振裕度值也没有超范围时，则认为增压器和柴油机配合良好，否则要调整增压器元件重新进行试验、测量和计算，直到符合要求为止。

喘振裕度δ(参见压气机特性曲线)由下式计算：

$\mathrm{\δ}=\frac{V_1-V_2}{V_2}*100\%$

式中V₁为配机线1上的空气流量，V₂是同压比喘振线2上的空气流量。

本发明的技术优点：

①本发明测定船用柴油机ISO条件下增压器配机参数的方法中将原先的估算值替换为精确测定并转化的ISO条件下的各参数值，提高了增压器空气耗量的计算精度，为精确地计算增压器配机参数——空气流量做准备。

②本发明测定船用柴油机ISO条件下增压器配机参数的方法中增加了柴油机在ISO运行状态下空气流量和压气机压比这两个增压器配机参数的计算，从而可以确定增压器配机线，为判别增压器配机效果提供便利，为船东和科研提供了准确的测量数据，为进一步研究和判定性能提供依据。

附图说明

图1是本发明测定船用柴油机ISO条件下增压器配机参数的方法中实施例的配机线示意图。

图中，1——配机线    2——喘振线

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例来对本发明的测定船用柴油机ISO条件下增压器配机参数的方法做进一步的详细说明，但不能以此来限制本发明的保护范围。

6S60MCC机型某台机的100％负荷为例进行计算。

其100％负荷的参数见下表：

表中：

1)实测数据中8.8，为原计算方法中默认数值；ISO数据是由实测数据中的透平端进口参数通过计算得到的。

2)实测数据中的油耗为测量三分钟的平均值；ISO数据是由油耗实测数据换算得到的。

3)实测数据中的透平压比为实测透平进出口压力的比值；ISO数据中的透平压比为ISO状态下的透平进出口压力的比值。

1.以计算柴油机在实测条件下空气耗量G46

由透平压比K10＝3.268查透平流量曲线得到

则

$K12=639.15*V/\sqrt{T}=639.15*0.756=483.1974$

$G46=\frac{\frac{K12}{0.7355}*G42*10*3600*D8}{\sqrt{G29+273.15}*F5}-\frac{G43}{1000}$

$=\frac{\frac{483.1974}{0.7355}*0.4*0.3436*10*3600*1}{\sqrt{400+273.15}*13556}-\frac{175.58}{1000}$

$=9.0665\mathrm{kg}/\mathrm{kwh}$

2.将实测条件下空气耗量G46换算成ISO条件空气耗量J46

J46＝(0.24208-G38*0.00189+G32*0.004064-G22*2.7375+1)*G46

＝(0.24208-33*0.00189+16.3*0.004064-0.1026*2.7375+1)*9.0665

＝8.75kq/kwh

3.由ISO条件下空气耗量J46计算压气机标准进口温度G13下空气流量G14

$G14=\frac{\sqrt{(25+273.15)*(G13+273.15)}*J46*F5}{D8*0.348375*1000*36000}$

$=\frac{\sqrt{298.15*(20+273.15)}*8.75*13556}{1*0.348375*3600000}$

$=27.96m^3/s$

4.将实测条件下扫气压力绝对值G41换算成ISO条件下扫气压力绝对值J41

J41＝(0.23049-G38*0.00222+G32*0.002856-G22*2.1975+1)*G41

＝(0.23049-33*0.00222+16.3-0.002856-0.1026*2.1975+1)*0.3716

＝0.3635MPa

5.计算ISO条件下柴油机参数相应的压比K11

$K11=\frac{J41*10+T44*0.00009807}{1-R44*0.00009807}$

$=\frac{0.3635*10+188*0.00009807}{1-70*0.00009807}$

$=3.679$

6.由上述所计算得到的ISO条件下空气流量G14和压气机压比K11就可以在压气机特性图上得到100％负荷增压器配机点，见图1。

7.计算100％负荷喘振裕度δ(％)

由压气机特性图和绘制上去的100％负荷点，可得到相应的空气流量V₁、V₂：

V₁＝28m³/S    V₂＝23.3m³/s

则100％负荷的喘振裕度δ(％)：

$\mathrm{\δ}=\frac{V_1-V_2}{V_2}*100\%$

$=\frac{28-23.3}{23.3}*100\%$

$=20\%$

8.90％、75％、50％负荷重复上述1～7步骤，可得到各个负荷在压气机曲线中相应的配机点(略)，将各点连成配机线1，并计算各点的喘振裕度。

9.根据喘振裕度的计算结果判别增压器元件是否需要继续调整、试验。

若上述四个负荷下的喘振裕度的最小值均不小于18％，则柴油机与增压器的配机状况良好；若其中一个喘振裕度值小于18％，则需要调整增压器中零件参数，然后再次重复测量上述参数，直至所有负荷下的喘振裕度值均大于18％。

Claims (1)

1.一种测定船用柴油机ISO条件下增压器配机参数的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

第一步、将制造完成的船用柴油机置于试车台上；

第二步、测定实际条件100％负荷下柴油机的下列参数：排气集管压力G42、透平进口温度G29、增压器台数D8、柴油机功率F5、增压器的透平有效通流面积K12、比燃油耗率G43、增压器标准进口温度G13、扫气空气温度G38、压气机进口温度G32、大气压力G22；

第三步、将第二步所测定的参数代入如下公式进行计算，得出柴油机实测条件下的空气耗量G46：

$G46=\frac{\frac{K12}{0.7355}*G42*10*3600*D8}{\sqrt{G29+273.15}*F5}-\frac{G43}{1000}$

第四步、第三步中所得到的空气耗量G46转化成ISO条件下空气耗量，转化的条件为大气压力0.1MPa；压气机进口温度25℃；扫气空气温度37℃；透平背压同实际测量条件，ISO条件空气耗量J46由下式计算：J46＝(0.24208-G38*0.00189+G32*0.004064-G22*2.7375+1)*G46

第五步、将第四步所得到的ISO条件下空气耗量J46连同第二步中测定参数代入下式计算与柴油机ISO条件参数相应的压气机标准进口温度G13条件下的一个增压器配机参数——空气流量G14：

$G14=\frac{\sqrt{(25+273.15)*(G13+273.15)}*J46*F5}{D8*0.348375*1000*36000}$

$=\frac{\sqrt{298.15*(G13+273.15)}*J46*F5}{1254150*D8}(m^3/s)$

第六步、测定实际条件下柴油机的下列参数：大气压力G22；扫气压力实测绝对值G41；空冷器压降T44；空气滤器压降R44；

第七步、将第六步中实际条件下的扫气空气压力绝对值G41，由下式换算成ISO条件下扫气压力绝对值J41：

J41＝(0.23049-G38*0.00222+G32*0.002856-G22*2.1975+1)*G41

第八步、将第七步得到的ISO条件下扫气压力绝对值J41代入下式，得到与柴油机ISO条件下运行参数相应的另一个增压器配机参数——压气机压比K11：

$K11=\frac{J41*10+T44*0.00009807}{1-R44*0.00009807}$

第九步、将柴油机分别运行到90％负荷、75％负荷和50％负荷，重复上述第二步至第八步，确定出ISO条件下与各负荷相应的空气流量G14和压气机压比K11，在压气机特性曲线上由G14和K11绘制增压器配机点，再将各配机点连成配机线(1)；

第十步、将得到的配机线(1)与压气机特性曲线中的喘振线(2)对比，计算δ，由下式计算：

$\mathrm{\δ}=\frac{V_1-V_2}{V_2}*100\%$

式中V₁为配机线(1)上的空气流量，V₂是同压比喘振线(2)上的空气流量，对比各柴油机负荷下的喘振裕度δ的最小值是否大于或等于18％：当柴油机的各性能参数达到设计要求，喘振裕度值δ也不小于18％时，则认为增压器和柴油机配合良好；否则要调整增压器元件重新进行试验、测量和计算，直到符合要求为止。

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