一种超高强化程度发电柴油机缸径尺寸的优选方法技术

本发明专利技术公开了一种超高强化程度发电柴油机缸径尺寸的优选方法，属于发动机技术领域，基于查询到的柴油机行业技术水平限制和客户需求的发电功率需求，如增压压力

【技术实现步骤摘要】
一种超高强化程度发电柴油机缸径尺寸的优选方法


[0001]本专利技术属于发动机
，尤其是涉及一种超高强化程度发电柴油机缸径尺寸的优选方法
。

技术介绍

[0002]大型移动载具（船舶
、
重型车辆等）常配备辅助动力系统，以满足其主动力系统未工作时，载具上部分设施对电力的需求，如重型车辆怠速时，使用辅助动力系统发电，给重型车辆上空调
、
显示设备等供电；船舶停泊码头时，启用副机发电，给全船用电设备供电
。
但是，移动载具安装设备众多，辅助动力系统安装预留的空间有限
。
而柴油机的缸径大小决定着其体积的大小，发电柴油机在功率输出不变的情况下，尽可能减小缸径，需要对对柴油机进行强化设计；如提升机体强度，使柴油机能够承受更高的爆发压力；提升活塞平均速度，使得柴油机每一循环的耗时更短；使用多级增压系统，回收废气能量，提高发动机的增压压力，提高进气密度等
。
但是对于传统的柴油机选型设计过程中，缸径的确定的比较复杂，十分考验工程师的技术水平，一般在柴油机选型设计过程中，缸径的确定需要经过建模仿真，发动机台架试验，并且需要进行反复迭代才可以确定最终的缸径（耗时长
、
成本高）
。
所以，亟需一种超高强化程度发电柴油机缸径尺寸的优选方法来解决高强化发电柴油机设计过程中，缸径的确定过分依靠于工程师的技术水平和无法快速
、
准确地确定最小缸径的问题
。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种超高强化程度发电柴油机缸径尺寸的优选方法，解决现有技术存在的高强化发电柴油机设计过程中，缸径的确定过分依靠于工程师的技术水平和无法快速
、
准确地确定最小缸径的问题
。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供一种超高强化程度发电柴油机缸径尺寸的优选方法，包括以下步骤：步骤
1、
查询发电柴油机的缸内爆发压力
、
活塞平均速度
、
增压压力的现有数据；步骤
2、
确定发电柴油机的指示功率；步骤
3、
根据发电柴油机的需求功率和指示热效率计算发电柴油机的燃烧消耗量
B
，单位：
kg/h
；步骤
4、
根据发电柴油机的燃烧消耗量，计算发电柴油机的进气流量；步骤
5、
以爆发压力和涡轮增压器回收废气能量的能力为限制，基于沙巴特循环，计算发电柴油机的进气压力；步骤
6、
根据进气温度和进气压力计算进气密度；步骤
7、
计算发电柴油机的缸径
D
；步骤
8、
计算发电柴油机的额定转速
N
和冲程
S
；步骤
9、
计算发电柴油机的机械效率；步骤
10、
计算发电柴油机的最大升功率
。
[0005]优选的，步骤3中指示热效率的具体确定方法如下：
S31、
基于选取的高强化柴油机的结构
、
性能参数，在
GT
‑
SUITE
软件中构建所述高强化柴油机的仿真模型；
S32、
以所述高强化柴油机的缸压
、
燃烧放热率实验数据标定仿真模型，运行仿真模型，获得指示热效率的仿真结果；
S33、
以指示热效率的仿真结果作为确定的指示热效率
。
[0006]优选的，步骤3中发电柴油机的燃烧消耗量的计算公式如下：
;
[0007]其中，为发电柴油机的指示功率，单位为
kW
，为柴油的低热值，单位为
kJ/kg
，为指示热效率，
B
为燃烧消耗量，单位为
kg/h。
[0008]优选的，步骤4中发电柴油机的进气流量的具体计算公式如下：
;
[0009]其中，
L
为柴油的空燃比，取值为
14.3
，为过量空气系数，取值范围为
1.6
‑
2.2
，为扫气系数，取值范围为1‑
1.25
，
Q
为发电柴油机的进气流量，单位为
kg/s
，
B
为燃烧消耗量，单位为
kg/h。
[0010]优选的，步骤5中发电柴油机的进气压力的具体计算公式如下：
;
[0011]其中，为已知量，表示缸内爆发压力，单位为
bar
，为已知量，表示中冷器后进气温度，单位为
K
，为柴油机的压缩比，的取值范围为
12
‑
20
，为定容放热量占累计放热量的比例，为空气的定容比热容
kJ/kg
·
k
，空气的定容比热容为
0.717kJ/kg
·
k
，为空气绝热指数，为
1.4
，为柴油的低热值，
B
为燃烧消耗量，单位为
kg/h
，
Q
为发电柴油机的进气流量，单位为
kg/s
，为进气压力，单位为
bar。
[0012]优选的，步骤6中进气密度的计算公式如下：
;
[0013]其中，为空气气体常数，值为
0.287kJ/kg
·
K
，为进气压力，单位为
bar
，表示中冷器后进气温度，单位为
K
，为进气密度，单位为
kg/m3。
[0014]优选的，步骤7中发电柴油机的缸径
D
的计算公式如下：
;
[0015]其中，为缸数，为充量系数，的取值范围为
0.9
‑
1.05
，为扫气系数，的取值范围为1‑
1.25
，为活塞平均速度，单位为
m/s
，为柴油机的冲程数，为进气密度，单位为
kg/m3，
Q
为发电柴油机的进气流量，单位为
kg/s。
[0016]优选的，步骤8中发电柴油机的额定转速
N
和冲程
S
的具体计算公式如下：
;
[0017]其中，表示冲程缸径比，
D
表示缸径，单位为
m
，
S
表示冲程，单位为
m
，
N
表示额定转速，单位为
RPM
，为活塞平均速度，单位为
m/s。
[0018]优选的，步骤9中发电柴油机的机械效率的计算过程如下：首先计算平均指示压力：
;
[0019]然后计算机械损失压力：
;
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种超高强化程度发电柴油机缸径尺寸的优选方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
1、
查询发电柴油机的缸内爆发压力
、
活塞平均速度
、
增压压力的现有数据；步骤
2、
确定发电柴油机的指示功率；步骤
3、
根据发电柴油机的需求功率和指示热效率 计算发电柴油机的燃烧消耗量；步骤
4、
根据发电柴油机的燃烧消耗量，计算发电柴油机的进气流量；步骤
5、
以爆发压力和涡轮增压器回收废气能量的能力为限制，基于沙巴特循环，计算发电柴油机的进气压力；步骤
6、
根据进气温度和进气压力计算进气密度；步骤
7、
计算发电柴油机的缸径
D
；步骤
8、
计算发电柴油机的额定转速
N
和冲程
S
；步骤
9、
计算发电柴油机的机械效率；步骤
10、
计算发电柴油机的最大升功率
。2.
根据权利要求1所述的一种超高强化程度发电柴油机缸径尺寸的优选方法，其特征在于，步骤3中指示热效率的具体确定方法如下：
S31、
基于选取的高强化柴油机的结构
、
性能参数，在
GT
‑
SUITE
软件中构建所述高强化柴油机的仿真模型；
S32、
以所述高强化柴油机的缸压
、
燃烧放热率实验数据标定仿真模型，运行仿真模型，获得指示热效率的仿真结果；
S33、
以指示热效率的仿真结果作为确定的指示热效率
。3.
根据权利要求1所述的一种超高强化程度发电柴油机缸径尺寸的优选方法，其特征在于，步骤3中发电柴油机的燃烧消耗量的计算公式如下：
;
其中，为发电柴油机的指示功率，单位为
kW
，为柴油的低热值，单位为
kJ/kg
，为指示热效率，
B
为燃烧消耗量，单位为
kg/h。4.
根据权利要求1所述的一种超高强化程度发电柴油机缸径尺寸的优选方法，其特征在于，步骤4中发电柴油机的进气流量的具体计算公式如下：
;
其中，
L
为柴油的空燃比，取值为
14.3
，为过量空气系数，取值范围为
1.6
‑
2.2
，为扫气系数，取值范围为1‑
1.25
，
Q
为发电柴油机的进气流量，单位为
kg/s
，
B
为燃烧消耗量，单位为
kg/h。5.
根据权利要求1所述的一种超高强化程度发电柴油机缸径尺寸的优选方法，其特征在于，步骤5中发电柴油机的进气压力的具体计算公式如下：
;
其中，为已知量，表示缸内爆发压力，单位为
bar
，为已知量，表示中冷器后进气温度，单位为
K
，为柴油机的压缩比，的取值范围为
12
‑
20
，为定容放热量占累计放热量的比例，为空气的定容比热容
kJ/kg
·
k
，空气的定容比热容为
0.717kJ/kg

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晗，周金城，薄亚卿，谢学远，赵伟华，李向荣，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：