影響柴油發電機排氣背壓的因素和計算公式
發布時間：2023-09-13 點擊：498
影響柴油發電機排氣背壓的因素和計算公式
影響柴油發電機排煙背壓的因素主要有排煙管的直徑、長度、彎頭及其內部表面的光滑程度，管子超長、彎頭過多、內部表面粗糙都會增加排煙背壓。有時還需要考慮因使用時間較長而產生的煙垢和變質造成管道阻塞而增大的排煙阻力。柴油發電機排煙系統應盡量減少背壓，因為廢氣阻力的增加將會導致柴油機輸出功率的下降及溫升的增加。通過排氣管道讓排出的氣體自由地流動以減少排氣背壓，過大的排氣背壓會嚴重影響柴油機的輸出功率。
一、造成高背壓的主要因素
1）排煙管的直徑太小。
2）排煙管過長。
3）排煙系統彎頭過多。
4）排煙消聲器阻力太大。
5）處于某種臨界長度，壓力波導致高阻力。
二、排煙管與彎頭管徑匹配表
為了在應用中設計正確合理的排氣管道及其最小口徑，達到既符合機房總體設計和布置要求，又保證整個系統的排氣背壓不至于超過發電機組最大允許范圍的目的。在進行排氣系統計算時，可先作這樣的設定：發電機組標準配置的波紋避振節、工業型消聲器等同于同管徑的直管，彎頭折算成直管當量長度（見表1），把以上三項和連接直管的長度相加后用排氣管道背壓的計算公式計算背壓，可使整個計算簡化，并不失計算精度。排煙流量、排煙溫度、極限背壓值等數據可由發電機組技術參數中查找。
表1 直管當量長度表
管徑/英寸
45°彎頭（m/每個彎頭）
90°彎頭（m/每個彎頭）
3.5
0.57
1.33
4
0.65
1.52
5
0.81
1.90
6
0.98
2.28
7
1.22
2.70
8
1.39
3.04
10
1.74
3.8
12
2.09
4.56
14
2.44
5.32
三、排煙系統的背壓計算公式
（1）排煙管背壓的計算
式中 p排——排煙管的總排煙背壓（kpa）；
l——排煙管直管當量總長度（m）（見表1）；
t——排煙溫度（℃）；
q——每秒鐘排煙量（m3／s）；
d——排煙管內徑（m）。
（2）消聲器背壓p消的計算
由于現實施工及周圍環境對噪聲要求的限制，在機房設計中通常都使用了消聲器，則計算排煙系統總背壓p時，除了應考慮排煙管的背壓p排，還應考慮消聲器的排煙背壓p消。消聲器的排煙背壓p消的計算方法如下
先計算消聲器的管流速v管
式中 a管——消聲器排煙口的截面積。
用計算出的管流速值如圖1所示（流速/阻力曲圖）查出消聲器的阻力值f阻，則消聲器排氣背壓p消的計算公式
圖1 柴油發電機排氣流速和阻力曲線圖
（3）排煙系統總背壓p的計算
排煙系統總背壓p等于排煙管的背壓p排與消聲器的排煙背壓p消之和，
p總＝p排＋p消
在排煙系統的設計和安裝中，必須保證系統許用背壓［p］大于或等于排煙系統總背壓p，即
p＝（p排＋p消）≤［p］
式中 p排——排氣管的背壓（kpa）；
p消——消聲器的背壓（kpa）；
［p］——系統許用背壓值（kpa）；
p——排氣系統總背壓（kpa）。
如果不能滿足p＝（p排＋p清）≤［p］，會造成高排氣背壓的情況出現，則必須將排煙管口徑進行擴大，以減小排氣系統總背壓p，直至發電機組最大允許范圍內。
p＝（p排＋p清）≤［p］成立
四、排氣背壓的計算示例
以某一機房排氣背壓計算為例。機房內設計安裝康明斯發電機組，發動機為kc1800gf，選用14”住宅型消聲器，住宅型消聲器前面有一工業型消聲器，一波紋管避振節。機房內排煙管長度為11m，管徑為φ377（內直徑為369mm），管壁厚度為4mm；伸出外墻豎直向上的排煙管長度為36m，考慮排煙管總長度較長，為避免高背壓，豎直向上的排煙管擴大至管徑ф377（內直徑為412mm），管壁厚度為4mm；90°彎頭2個，45°彎頭1個。
由康明斯發電機組kc1800gf數據資料查?。?br> 排煙量q＝420m3/min＝7m3/s，排氣溫度t＝520℃，發動機的最高允許背壓值［p］＝5.6kpa
1）機房內排氣管當量長度
l1＝11m＋2（彎頭）×5.32m＋1（彎頭）×2.44m＝24.08m
豎直段排氣管長度
l2=16m
2）排氣管背壓p排的計算
式中 l——直管當量總長度；
q——排氣流量；
d——排氣管直徑；
t——排氣溫度。康明斯發電機組t＝520℃。
3）14寸住宅型消聲器的背壓計算
先計算消聲器的管流速v管
式中 a管——消聲器排煙口的截面積；
a管＝3.14×(0.369/2)2=0.1069㎡
由v消如圖1所示（流速/阻力曲圖）查出消聲器的阻力值f阻＝300（毫米水柱），則消聲器排氣背壓p消的計算公式如下
4）排氣系統的背壓p＝p排1＋p排2＋p消＝1.38＋1.18＋2.5＝5.06kpa
發動機的最高允許背壓值［p］＝5.6kpa＞5.06kpa
因此，豎直向上的排煙管擴大至內直徑為412mm的排氣管道滿足要求。
另外，考慮到排氣管道的熱脹冷縮問題，一般需在每15～20m處設一伸縮節（伸縮度不小于5cm）。
設計時要合理布置煙管走向，盡量縮短煙管長度，可以減小煙管沿程阻力，同時通過繪制綜合管線圖，避免管道交叉，減少彎頭數量，減小煙管局部阻力。
五、排氣背壓調節裝置
柴油機排氣背壓正弦波自動調節系統用于柴油機排氣背壓試驗時，背壓自動調整為正弦波，且周期及背壓基值可設定；將壓力調整從一個壓力值到下一個壓力值時，能夠擬和目標曲線平緩過過渡，杜絕壓力震蕩現象，不因試驗設備的缺陷導致試驗結果的誤差；自動控制時，實現參數自學習、自修正、自動控制輸出，降低操作人員的操作難度和專業要求；實時記錄壓力、溫度、閥門開度等數據用于試驗結果分析。
圖2 柴油發電機排氣背壓調節系統
工作原理（如圖2所示）：
通過將壓力波動分為若干波段,波動壓力段分別調用比例積分微分控制器指令,根據排氣管路反饋壓力值,輸出控制指令,驅動電動調節閥調節，且采集電動調節閥位置反饋信息,結合壓力波動的最大、最小界限值閉環聯動控制電動調節閥調節。
壓力分為若干波段時，即會出現若干個壓力目標值，使用pid調節時，需要每個壓力點都設置pid的參數，參數調試過程繁瑣復雜；柴油機在不同轉速或負荷的工作狀態時，所對應的最優參數必定不同，即改變柴油機狀態時，又需要再次修改參數，參數調整數據量較大，參數設置需要一定的專業
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影響柴油發電機排煙背壓的因素主要有排煙管的直徑、長度、彎頭及其內部表面的光滑程度，管子超長、彎頭過多、內部表面粗糙都會增加排煙背壓。有時還需要考慮因使用時間較長而產生的煙垢和變質造成管道阻塞而增大的排煙阻力。柴油發電機排煙系統應盡量減少背壓，因為廢氣阻力的增加將會導致柴油機輸出功率的下降及溫升的增加。通過排氣管道讓排出的氣體自由地流動以減少排氣背壓，過大的排氣背壓會嚴重影響柴油機的輸出功率。
一、造成高背壓的主要因素
1）排煙管的直徑太小。
2）排煙管過長。
3）排煙系統彎頭過多。
4）排煙消聲器阻力太大。
5）處于某種臨界長度，壓力波導致高阻力。
二、排煙管與彎頭管徑匹配表
為了在應用中設計正確合理的排氣管道及其最小口徑，達到既符合機房總體設計和布置要求，又保證整個系統的排氣背壓不至于超過發電機組最大允許范圍的目的。在進行排氣系統計算時，可先作這樣的設定：發電機組標準配置的波紋避振節、工業型消聲器等同于同管徑的直管，彎頭折算成直管當量長度（見表1），把以上三項和連接直管的長度相加后用排氣管道背壓的計算公式計算背壓，可使整個計算簡化，并不失計算精度。排煙流量、排煙溫度、極限背壓值等數據可由發電機組技術參數中查找。
表1 直管當量長度表
管徑/英寸
45°彎頭（m/每個彎頭）
90°彎頭（m/每個彎頭）
3.5
0.57
1.33
4
0.65
1.52
5
0.81
1.90
6
0.98
2.28
7
1.22
2.70
8
1.39
3.04
10
1.74
3.8
12
2.09
4.56
14
2.44
5.32
三、排煙系統的背壓計算公式
（1）排煙管背壓的計算
式中 p排——排煙管的總排煙背壓（kpa）；
l——排煙管直管當量總長度（m）（見表1）；
t——排煙溫度（℃）；
q——每秒鐘排煙量（m3／s）；
d——排煙管內徑（m）。
（2）消聲器背壓p消的計算
由于現實施工及周圍環境對噪聲要求的限制，在機房設計中通常都使用了消聲器，則計算排煙系統總背壓p時，除了應考慮排煙管的背壓p排，還應考慮消聲器的排煙背壓p消。消聲器的排煙背壓p消的計算方法如下
先計算消聲器的管流速v管
式中 a管——消聲器排煙口的截面積。
用計算出的管流速值如圖1所示（流速/阻力曲圖）查出消聲器的阻力值f阻，則消聲器排氣背壓p消的計算公式
圖1 柴油發電機排氣流速和阻力曲線圖
（3）排煙系統總背壓p的計算
排煙系統總背壓p等于排煙管的背壓p排與消聲器的排煙背壓p消之和，
p總＝p排＋p消
在排煙系統的設計和安裝中，必須保證系統許用背壓［p］大于或等于排煙系統總背壓p，即
p＝（p排＋p消）≤［p］
式中 p排——排氣管的背壓（kpa）；
p消——消聲器的背壓（kpa）；
［p］——系統許用背壓值（kpa）；
p——排氣系統總背壓（kpa）。
如果不能滿足p＝（p排＋p清）≤［p］，會造成高排氣背壓的情況出現，則必須將排煙管口徑進行擴大，以減小排氣系統總背壓p，直至發電機組最大允許范圍內。
p＝（p排＋p清）≤［p］成立
四、排氣背壓的計算示例
以某一機房排氣背壓計算為例。機房內設計安裝康明斯發電機組，發動機為kc1800gf，選用14”住宅型消聲器，住宅型消聲器前面有一工業型消聲器，一波紋管避振節。機房內排煙管長度為11m，管徑為φ377（內直徑為369mm），管壁厚度為4mm；伸出外墻豎直向上的排煙管長度為36m，考慮排煙管總長度較長，為避免高背壓，豎直向上的排煙管擴大至管徑ф377（內直徑為412mm），管壁厚度為4mm；90°彎頭2個，45°彎頭1個。
由康明斯發電機組kc1800gf數據資料查?。?br> 排煙量q＝420m3/min＝7m3/s，排氣溫度t＝520℃，發動機的最高允許背壓值［p］＝5.6kpa
1）機房內排氣管當量長度
l1＝11m＋2（彎頭）×5.32m＋1（彎頭）×2.44m＝24.08m
豎直段排氣管長度
l2=16m
2）排氣管背壓p排的計算
式中 l——直管當量總長度；
q——排氣流量；
d——排氣管直徑；
t——排氣溫度。康明斯發電機組t＝520℃。
3）14寸住宅型消聲器的背壓計算
先計算消聲器的管流速v管
式中 a管——消聲器排煙口的截面積；
a管＝3.14×(0.369/2)2=0.1069㎡
由v消如圖1所示（流速/阻力曲圖）查出消聲器的阻力值f阻＝300（毫米水柱），則消聲器排氣背壓p消的計算公式如下
4）排氣系統的背壓p＝p排1＋p排2＋p消＝1.38＋1.18＋2.5＝5.06kpa
發動機的最高允許背壓值［p］＝5.6kpa＞5.06kpa
因此，豎直向上的排煙管擴大至內直徑為412mm的排氣管道滿足要求。
另外，考慮到排氣管道的熱脹冷縮問題，一般需在每15～20m處設一伸縮節（伸縮度不小于5cm）。
設計時要合理布置煙管走向，盡量縮短煙管長度，可以減小煙管沿程阻力，同時通過繪制綜合管線圖，避免管道交叉，減少彎頭數量，減小煙管局部阻力。
五、排氣背壓調節裝置
柴油機排氣背壓正弦波自動調節系統用于柴油機排氣背壓試驗時，背壓自動調整為正弦波，且周期及背壓基值可設定；將壓力調整從一個壓力值到下一個壓力值時，能夠擬和目標曲線平緩過過渡，杜絕壓力震蕩現象，不因試驗設備的缺陷導致試驗結果的誤差；自動控制時，實現參數自學習、自修正、自動控制輸出，降低操作人員的操作難度和專業要求；實時記錄壓力、溫度、閥門開度等數據用于試驗結果分析。
圖2 柴油發電機排氣背壓調節系統
工作原理（如圖2所示）：
通過將壓力波動分為若干波段,波動壓力段分別調用比例積分微分控制器指令,根據排氣管路反饋壓力值,輸出控制指令,驅動電動調節閥調節，且采集電動調節閥位置反饋信息,結合壓力波動的最大、最小界限值閉環聯動控制電動調節閥調節。
壓力分為若干波段時，即會出現若干個壓力目標值，使用pid調節時，需要每個壓力點都設置pid的參數，參數調試過程繁瑣復雜；柴油機在不同轉速或負荷的工作狀態時，所對應的最優參數必定不同，即改變柴油機狀態時，又需要再次修改參數，參數調整數據量較大，參數設置需要一定的專業
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活塞連桿的正確安裝及方向標記
重慶康明斯1000KW以上推薦機型QSK38-G5/QSK50-G4
廠家分析柴油發電機價格受哪些因素波動？
柴油發電機組停機后有哪些注意事項？
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超靜音柴油發電機組強勢來襲
發電機數字式勵磁調節器基本構成