两级增压系统与柴油机的匹配计算方法技术方案

技术编号:14589820 阅读:365 留言:0更新日期:2017-02-08 18:37
本发明专利技术公开了一种两级高增压系统与柴油机的匹配计算方法,本发明专利技术的匹配计算方法,其步骤为:步骤一根据已知柴油机的相关参数,计算柴油机所需要的总空气质量流量和总压比;步骤二计算低压级增压器压气机的压比和空气容积流量,选择低压级增压器压气机规格;步骤三计算高压级增压器压气机的空气容积流量和增压比,选择高压级增压器压气机规格;步骤四计算高压级增压器涡轮端的膨胀比和进口温度,确定高压级增压器的涡轮规格;步骤五进行低压级涡轮的计算与选型;步骤六根据已选出的增压器规格,估算柴油机与增压器的联合运行线。

Matching calculation method of two stage turbocharging system and diesel engine

The invention discloses a method, a two stage high pressure system and diesel engine, calculation method, the present invention, the method comprises the following steps: step one according to the known parameters of diesel engine, diesel engine to calculate the total mass flow of air needed and the total pressure ratio; step two calculation of low-pressure stage turbocharger compressor. The pressure ratio and the air volume flow, selection of low-pressure stage turbocharger compressor specifications; step three calculation of air volume flow and pressure of high-pressure stage turbocharger compressor ratio, selection of high-pressure stage turbocharger compressor specifications; step four calculation of high-pressure stage turbocharger end expansion ratio and inlet temperature, determine the specifications of high-pressure stage turbocharger turbine; calculation and selection of step five low pressure turbine; six steps according to the specification of turbocharger has been chosen, to estimate the joint operation line of diesel engine and turbocharger.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种涡轮增压器的匹配计算方法,特别涉及一种两级高增压系统与柴油机的匹配计算方法。
技术介绍
废气涡轮增压器是船用大功率柴油机实现高功率密度、低油耗、低排放的关键部套件之一。随着IMOTierIII要求的逐步实施,使船用大功率柴油机不断向经济性和低排放方向发展。采用高压比、高效率增压系统是实现这一目标的有效途径。而两级增压比单级增压容易获得更高的增压压力,从而可使柴油机获得更高的平均有效压力。增压器的增压比越高,压气机和涡轮的效率越低,所以在给定的增压压力下,两级比单级效率高。同时,两级增压便于中间冷却,可以减少压缩功,提高压气机效率,同时降低柴油机的热应力。国内现在两级增压器匹配计算与分析、压比分配、匹配试验等方面的方法比较欠缺,在两级增压系统中增压器选型时范围增大,配机试验次数增多,导致增压器选型的时间与费用增加,影响了两级高增压系统的发展。
技术实现思路
为了解决两级增压系统与柴油机的匹配问题,本专利技术提供一种匹配计算方法,通过压气机本体、排温、增压器、中冷器等模型相关联的参数进行联合计算,确定两级增压器系统压比的分配,完成增压器规格的选择。为了实现上述目的,本专利技术采用了以下技术方案:两级增压系统与柴油机的匹配计算方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、根据已知柴油机的相关参数,计算柴油机所需要的总空气质量流量mvol和总压比π;步骤二、根据步骤一中计算得出柴油机所需要的总压比π和总空气质量流量mvol,假定高、低压级增压器压气机压比分配比例,计算低压级增压器压气机的压比πdv和空气容积流量Vd298,选择低压级增压器压气机规格;步骤三、根据步骤二中低压级压气机的出口空气质量流量mV、出口压力Pd2、出口温度td2及中冷器的压力损失ΔP1、温度损失Δt1,计算高压级增压器压气机的空气容积流量Vg298和增压比πgv,选择高压级增压器压气机规格;步骤四、计算高压级增压器涡轮端的膨胀比πgt和进口温度tG1,确定高压级增压器的涡轮规格;步骤五、根据步骤四求得的高压级涡轮的膨胀比πgt和涡轮前压力PG1可推出低压级涡轮增压器进口压力PD1,其出口压力为确定值,进行低压级涡轮的计算与选型;进一步的,所述步骤一中柴油机所需要的总空气质量流量mvol和总压比π、分别通过式(1)、式(2)进行计算:mvol=i×D2×S×n2×60×3.14164×Ps×105287.04×(t+273)×ϵϵ-1---(1)]]>π=(Ps-ΔPs)(P-ΔP)---(2)]]>其中,柴油机所需要的总空气质量流量mvol单位:kg/s;扫气温度t单位:℃;柴油机活塞直径D单位:m;柴油机活塞行程S单位:m;柴油机额定转速n单位:rpm;柴油机缸数i;扫气压力Ps单位:bar;扫气压力损失ΔPs单位:bar;大气压力P单位:bar;进气压力损失ΔP单位:bar;柴油机压缩比ε。进一步的,所述步骤二中低压级增压器压气机的压比πdv和空气容积流量Vd298计算步骤如下:柴油机总压比π计算公式(2)可转换为π=(Ps-ΔPs)(P-ΔP)=Pd2Pd1×Pg2Pg1---(3)]]>其中,低压级空气出口压力Pd2单位:bar;低压级空气进口压力Pd1单位:bar;高压级空气出口压力Pg2单位:bar;高压级空气进口压力Pg1单位:bar。空气进气管、消音器、中冷器产生0.01-0.015bar压力损失,第一次计算,忽略中冷器产生的压力损失,则Pd2≈Pg1,式(3)变为式(4),π=Pd2Pd1×Pg2Pg1≈Pg2Pd1=πdv·πgv---(4)]]>其中,低压级增压器的压比:πdv,高压级增压器的压比:πgv。假定高、低压级增压器压气机的压比平均分配,则低压级增压器的压比πdv通过公式(5)进行计算πdv=π---(5)]]>计算低压级压气机提供的空气质量流量mV,按式(6)、式(7)计算:其中,低压级压气机的空气质量流量mV单位:kg/s;柴油机的总空气量mvol单位:kg/s;柴油机扫气系数:λ;柴油机充气效率:增压器台数:z;扫气温度t单位:℃。的乘积表征气缸通过能力的参数,的乘积取值范围如下:高速四冲程变压增压柴油机:高速四冲程定压增压柴油机:中速四冲程变压增压柴油机:中速四冲程定压增压柴油机:中速二冲程增压柴油机:低速二冲程增压柴油机:利用式(6)计算所得低压级压气机提供的空气质量流量mV,通过式(8)、(9)换算成容积流量Vd298:ρd298=(P-ΔP)×105287.04×(tv1+273)×298(tv1+273)---(8)]]>Vd298=mV/ρ298(9)其中,298K温度下空气密度ρd298,单位:kg/m3;大气压力P单位:bar;进气压力损失ΔP单位:bar;环境温度tv1单位:℃;298K温度下低压级压气机的容积流量Vd298单位:m3/s;低压级压气机的空气质量流量mV单位:kg/s。根据计算得到的压比πdv和流量Vd298选择低压级压气机的规格。进一步的,所述步骤三中高压级增压器压气机的空气容积流量Vg298和压比πgv计算步骤下:高压级增压器压气机的空气质量流量mG与低压级增压器压气机的空气质量流量mV相等,即mG=mV(10)Pg1=Pd2-ΔP1(11)ρg298=Pg1×105287.04×(tg1+273)×298(tg1+273)---(12)]]>Vg298=mV/ρg298(13)πgv=π/πdv(14)其中,高压级增压器压气机的空气质量流量mG单位:kg/s;低压级增压器压气机的空气质量流量mV单位:kg/s;高压级空气进口压力Pg1单位:bar;低压级压气机的出口压力Pd2单位:bar;中冷器的压力损失ΔP1单位:bar;高压级空气进口温度tg1单位:℃;298K温度下空气密度ρg298单位:kg/m3;298K温度下高压级压气机的容积流量Vg298单位:m3/s;高压级增压器的压比πgv;低压级增压器的压比πdv;柴油机总压比π。根据计算得到的空气容积流量Vg298和压比πgv,选择高压级压气机的规格。进一步的,所述步骤四中高压级增压器涡轮端的进口温度tG1和膨胀比πgt计算的具体步骤为:a、先求柴油机有效效率ηc、活塞速度C、摩擦压力Pm、涡轮前可用热系数χ、总过量空气系数λa、废气成份κ、压气机后空气焓值Δhgv、涡轮前的废气焓值Δhgt1,如下式(15)至式(22):柴油机有效效率:活塞速度:摩擦压力:Pm=0.1109×C+0.2691+(-0.0006104×C+0.0102)×Pb(17)涡轮前可用热系数:总过量空气系数:废气成份:压气机后的空气焓值:Δhgv=0.28704×[3.525×(t+273)-11.25](21)涡轮前的废气焓值本文档来自技高网...

【技术保护点】
两级增压系统与柴油机的匹配计算方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、根据已知柴油机的相关参数,计算柴油机所需要的总空气质量流量mvol和总压比π;步骤二、根据步骤一中计算得出柴油机所需要的总压比π和总空气质量流量mvol,假定高、低压级增压器压气机压比分配比例,计算低压级增压器压气机的压比πdv和空气容积流量Vd298,选择低压级增压器压气机规格;步骤三、根据步骤二中低压级压气机的出口空气质量流量mV、出口压力Pd2、出口温度td2及中冷器的压力损失ΔP1、温度损失Δt1,计算高压级增压器压气机的空气容积流量Vg298和增压比πgv,选择高压级增压器压气机规格;步骤四、计算高压级增压器涡轮端的膨胀比πgt和进口温度tG1,确定高压级增压器的涡轮规格;步骤五、根据步骤四求得的高压级涡轮的膨胀比πgt和涡轮前压力PG1可推出低压级涡轮增压器进口压力PD1,其出口压力为确定值,进行低压级涡轮的计算与选型;

【技术特征摘要】
1.两级增压系统与柴油机的匹配计算方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、根据已知柴油机的相关参数,计算柴油机所需要的总空气质量流量mvol和总压比π;步骤二、根据步骤一中计算得出柴油机所需要的总压比π和总空气质量流量mvol,假定高、低压级增压器压气机压比分配比例,计算低压级增压器压气机的压比πdv和空气容积流量Vd298,选择低压级增压器压气机规格;步骤三、根据步骤二中低压级压气机的出口空气质量流量mV、出口压力Pd2、出口温度td2及中冷器的压力损失ΔP1、温度损失Δt1,计算高压级增压器压气机的空气容积流量Vg298和增压比πgv,选择高压级增压器压气机规格;步骤四、计算高压级增压器涡轮端的膨胀比πgt和进口温度tG1,确定高压级增压器的涡轮规格;步骤五、根据步骤四求得的高压级涡轮的膨胀比πgt和涡轮前压力PG1可推出低压级涡轮增压器进口压力PD1,其出口压力为确定值,进行低压级涡轮的计算与选型;2.根据权利要求书1所述的两级增压系统与柴油机的匹配计算方法,其特征在于:所述步骤一中柴油机所需要的总空气质量流量mvol和总压比π、分别通过式(1)、式(2)进行计算:其中,柴油机所需要的总空气质量流量mvol单位:kg/s;扫气温度t单位:℃;柴油机活塞直径D单位:m;柴油机活塞行程S单位:m;柴油机额定转速n单位:rpm;柴油机缸数i;扫气压力Ps单位:bar;扫气压力损失ΔPs单位:bar;大气压力P单位:bar;进气压力损失ΔP单位:bar;柴油机压缩比ε。3.根据权利要求书1所述的两级增压系统与柴油机的匹配计算方法,其特征在于:所述步骤二中低压级增压器压气机的压比πdv和空气容积流量Vd298计算步骤如下:柴油机总压比π计算公式(2)可转换为其中,低压级空气出口压力Pd2单位:bar;低压级空气进口压力Pd1单位:bar;高压级空气出口压力Pg2单位:bar;高压级空气进口压力Pg1单位:bar。空气进气管、消音器、中冷器产生0.01-0.015bar压力损失,第一次计算,忽略中冷器产生的压力损失,则Pd2≈Pg1,式(3)变为式(4),其中,低压级增压器的压比:πdv,高压级增压器的压比:πgv。假定高、低压级增压器压气机的压比平均分配,则低压级增压器的压比πdv通过公式(5)进行计算计算低压级压气机提供的空气质量流量mV,按式(6)、式(7)计算:其中,低压级压气机的空气质量流量mV单位:kg/s;柴油机的总空气量mvol单位:kg/s;柴油机扫气系数:λ;柴油机充气效率:增压器台数:z;扫气温度t单位:℃。的乘积表征气缸通过能力的参数,的乘积取值范围如下:高速四冲程变压增压柴油机:高速四冲程定压增压柴油机:中速四冲程变压增压柴油机:中速四冲程定压增压柴油机:中速二冲程增压柴油机:低速二冲程增压柴油机:利用式(6)计算所得低压级压气机提供的空气质量流量mV,通过式(8)、(9)换算成容积流量Vd298:Vd298=mV/ρ298(9)其中,298K温度下空气密度ρd298,单位:kg/m3;大气压力P单位:bar;进气压力损失ΔP单位:bar;环境温度tv1单位:℃;298K温度下低压级压气机的容积流量Vd298单位:m3/s;低压级压气机的空气质量流量mV单位:kg/s。根据计算得到的压比πdv和流量Vd298选择低压级压气机的规格。4.根据权利要求书3所述的两级增压系统与柴油机的匹配计算方法,其特征在于:所述步骤三中高压级增压器压气机的空气容积流量Vg298和压比πgv计算步骤下:高压级增压器压气机的空气质量流量mG与低压级增压器压气机的空气质量流量mV相等,即mG=mV(10)Pg1=Pd2-ΔP1(11)Vg298=mV/ρg298(13)πgv=π/πdv(14)其中,高压级增压器压气机的空气质量流量mG单位:kg/s;低压级增压器压气机的空气质量流量mV单位:kg\...

【专利技术属性】
技术研发人员:朱凤梅周黎肖永琴陈吉祥何奉林周建宇汪一帆
申请(专利权)人:重庆江增船舶重工有限公司
类型:发明
国别省市:重庆;50

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