涡轮增压器增压参数.pdf

2 0 0 8 年第 6期 总第 1 0 8 期 内燃机与动力装置I C E P o w e r p l a n t 2 0 0 8年 1 0月 设计研究 涡轮增压器与燃气发动机的匹配及主要增压参数的计算 苏展望 庞志伟 郭军良 徐树伟 胜利油田胜利动力机械有限公司 山东 东营2 5 7 0 3 2 摘要 增压燃气发动机要获得 良好的性能 就必须解决好 燃气发动机与增压器的 匹配问 题 因此如何 实现燃气发动机 与增压 器的 良好 匹配是一个十分重要 的问题 本 文重点介 绍 了 预混合后增压燃气发动机增压器选配时主要增压参数的计算分析 并提出了燃气发动机定压 排 气系统涡轮增压器匹配的基本步骤 为增压器的匹配设计提供依据 关键词 燃气发动机 增压器 匹配 预混合后增压 增压参数 中图分类号 T K 4 3 3 5 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 3 6 3 9 7 2 0 0 8 0 6 0 0 1 5 0 3 M a t c h i n g Te s t o f Tu r b o c h a r g e r a n d Ga s En g i ne a n d Ca l c u l a t i o n o n Ke y Tu r b o c h a r g e d Pa r a me t e r s S U Z h a n wa n g P A NG Z h i w e i G U0 J u n l i a n g XU S h u w e i S h e n g l i O i l F i e l d S h e n Si P o w e r Ma c h i n e r y G r o u p C o L t d S h a n d o n g D o n g y i n g 2 5 7 0 3 2 A b s t r a c t F o r g o o d p e r f o r m a n c e i n t u r b o c h a r g e d g a s e n g i n e p ro p e r m a t c h b e t w e e n g as e n gi n e and t u r b o c h a r g e r h as t o b e c o n s i d e r e d e s p e c i a l l y Th i s a r t i c l e f o c u s e s o n c a l c u l a t i o n an d an aly s i s o f ma i n p a r a m e t e r s f o r s e l e c t i o n o f p ro p e r t u r b o c h a r g e r f o r t h e p re m i x e d a n d t u r b o c h a r g e d g as e n gi B e and al s o p r o p o s e s p r o c e d u r e s t o a c h i e v e t h e a c t i v i t i e s Ev i d e n c e s a r e p res e n t e d for Ma t c h i n g d e s i g n o f t u r b o c h a r g e r s Ke y W o r d s Gas E n g i n e Tu r b oc h a r g e r Ma t c h i n g Tu r b o c h a r g i n g a f t e r Pr e mi x t u r e T u r b o c h a r g e r P a r a me t e r 引 言 内燃机涡轮增压是利用发动机排出的废气 的能 量驱动涡轮 再 由涡轮带动离心式压气机对空气 或 者混合气体进行增压 一方面 回收 了发动机一部分 废气能量 有利于发动机经济性能得到提高 另一方 面增加了进气密度 使充满气缸的空气或者混合气 体的气量得到了提高 有利于发动机功率的提升 因此对燃气发动机增压器的适当匹配可 以使发动机 的功率 经济性等各项性能指标得到明显的提高 1 预混合后增压燃气发动机增压参数的计算 为了保证燃气发动机与增压器的 良好 匹配 即 达到预定增压发动机各项性 能指标 就必须正确确 定燃气发动机 的增压参数 因为它是设计或选择增 压器 的依据 对于预混合后增压燃气发动机来说 增压参数主要有 1 增压燃气发动机所需混合气体 容积流量 或质量流量 G 2 增压压 力 P 或压 比 丌 3 涡轮前废气平均温度 以下论述是假 定混合气体在增压前后等过程中不发生泄漏的前提 下 对上述增压参数进行理想状态下 的理论分析计 算 1 1 混合气体容积流量 或质量流量 G 预混合后增压燃气发动机所需混合气体容积流 量 或质量流量 G 的计算 m s 1 作者简介 苏展望 1 9 7 9 一 男 陕西乾县人 工程师 主要从事燃气发动机的研究与开发工作 1 6 内燃机与动力装置 2 0 0 8 年 1 2 月 G G A s G F s k g s 2 式中 G 缸 分别为燃气发动机所需空气容积流量 和质量流量 G 分别为燃气发动机所需燃气容积流量 和质量流量 所需燃气容积流量为 F s 3 6 0 0 N o m 3 s 3 F s 3 则所需燃气质量流量 G R I 三 k g s 4 式中 N 为发动机功率 k W 叩 为发动机热效率 H 为燃气低热值 k J m 3 lD 为燃气的密度 k g r r 3 所需空气容积 质量流量分别为 V F s R d 3 s 5 G 舡 V A s O A 3 6 0 0 Ne R 10 k g m 3 6 式 中 R 为燃料完全燃烧时的理论体积空燃比 a为过量空气系数 p A 为空气的密度 k g r n 3 将 3 5 式代入 1 得 1 尺 3 叩 6 0 0 仃 N I I l3 s 7 将 4 6 式代入 2 得 G 一 3 叩 6 0 0 N P v R o r p A k g s 8 单台增压发动机所需混合气体容积流量 i 或 质量流量 G 1 竹a 9 G G l i P F R o t p A k g s 1 0 式中 i 为发动机增压器的个数 1 2 增压压力 P k 或压 比 k 对于四冲程发动机 G 又可表示为 G k g s 式中 n为发动机转速 r m i n I h 为燃气发动机总排量 m 3 为扫气系数 为进入气缸混合气体密度 k g m 3 则单 台增压器的混合气体流量 G 为 G i 1 k g s 1 2 2 0 i L i s 一 为 则增压后混合气体密度 为 手 k m 3 g 13 k 对于预混合后增压燃气发动机来说 混合器前 燃气压力和空气压力分别为 p m p 加 由于 p m p o 1 0 k P a 可 近似确 定混合 器进 气前 压力 为 P P F U P A o 2 压气机进 口的混合气体压力 P 为 P o P o 一却 k P a 1 4 式中 p为进气混合器压差降 由理想气体状态方程得压气机前混合气体密度 D 0 为 k g m 3 1 5 P 0 可 K m D 式 中 为压气机 前混合气体摩尔质量 k g m o l R为常数 等于 8 3 1 4 为压气机前混合气体平均温度 K 根据涡轮增压器压 比计算公式 则压气机的 压比为 1 6 式中 辱 k 为混合气体的绝热指数 7 为压气机多变系数 一般比压气机绝热效率 高约 2 左右 1 3 涡轮前废气平均温度 一 般来说在正常的燃烧与扫气情况下 大致 可代表发动机气缸热负荷的大小 另外对增压器来 说 它也是一个重要的设计参数 燃 气发动机 的排 温 的计算是相 当复杂 的 而且计算精度也是不 高的 的确定可以根据能量平衡计算 即根据流 进流 出发动机气缸的气体参数建立能量平衡式进行 计算 根据流进流出柴油机气缸的气体参数建立 能量平衡式 推导 出流进流出燃气机气缸 的气体参 数建立能量平衡式求 出排温 值 这 里就不再