環(huán)境溫度對渦輪增壓器的影響設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-資料下載頁

　　

【正文】 流量可節(jié)約泵功，降低運(yùn)行費(fèi)用；其次，當(dāng)主機(jī)工作在額定負(fù)荷的50%以下，且船舶航行于低溫水域時(shí)，可以停止增壓空氣的冷卻，適當(dāng)提高主機(jī)進(jìn)氣溫度，有利于改善燃燒。所以變流量冷卻對于無限航區(qū)的船舶有著特殊的意義。增壓空氣的冷卻要滿足兩方面的要求:即在高負(fù)荷工況下對增壓空氣進(jìn)行充分的冷卻，保證氣缸進(jìn)氣量，以改善柴油機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性:在部分負(fù)荷工況下，要適當(dāng)提高進(jìn)入柴油機(jī)的空氣的溫度，以改善部分負(fù)荷下缸內(nèi)的燃燒和柴油機(jī)的熱狀態(tài)。為了使空冷器冷卻能力得到充分發(fā)揮，減少初投資和降低運(yùn)行費(fèi)用，在設(shè)計(jì)計(jì)算空冷器熱負(fù)荷時(shí)要選擇恰當(dāng)?shù)沫h(huán)境溫度，在系統(tǒng)配置時(shí)要選用合適排量的泵。 對于無限航區(qū)的船舶，設(shè)計(jì)計(jì)算空冷器的額定熱負(fù)荷時(shí)，常在主機(jī)額定功率下，把環(huán)境條件選為熱帶條件，即:海水溫度為32℃，壓氣機(jī)入口溫度45℃。這種環(huán)境溫度的選擇看似很合理，因?yàn)樗鼙ＷC船舶在所有的航區(qū)，使掃氣得到充分冷卻。但是實(shí)際上存在較多缺陷:℃，據(jù)全球航行時(shí)間的統(tǒng)計(jì)，如圖51所示，全年海水溫度30℃32℃的時(shí)間只占5%?？梢?，船舶航行在熱帶水域的時(shí)間很短。因此海水冷卻能力要比設(shè)計(jì)時(shí)料想的更大。 圖51船舶年航行區(qū)域圖，船舶一般都保持在主機(jī)額定負(fù)荷的80%左右下運(yùn)行。在海水溫度32℃，大氣溫度45℃的條件下，根據(jù)計(jì)算可以看出船舶航行在熱帶水域主機(jī)功率為額定負(fù)荷的80%時(shí)，空冷器也只用到了全部冷卻能力的80%左右，余下的20%基本上就用不上，這無疑造成了能源和初投資的浪費(fèi)。如圖52【56】所示。，單純從控制的角度考慮，這種設(shè)計(jì)也有一定缺陷，對于一臺長期工作于80%額定負(fù)荷的主機(jī)，%～%，只占全部控制范圍的20%左右【18】【63】，這樣控制起來比較困難，整個(gè)系統(tǒng)不易穩(wěn)定。 圖52所需的海水流量隨溫度的變化曲線 所以設(shè)計(jì)計(jì)算空冷器的熱負(fù)荷時(shí)，可把環(huán)境溫度選低一些，一般可取海水溫度32℃，壓氣機(jī)入口溫度27℃[19]，這樣雖然使系統(tǒng)的冷卻能力降低很多，但仍然能夠保證掃氣得到充分的冷卻。對于MAN Bamp。W MC系列的機(jī)型，經(jīng)過計(jì)算得出不同功率和環(huán)境溫度下的空冷器的相對換熱量，結(jié)果見表51。表5l不同功率下空冷器熱負(fù)荷隨大氣溫度的變化 因?yàn)樵诒?1中，在主機(jī)負(fù)荷為80%PMCR，大氣溫度為45℃的條件下，空冷器的熱負(fù)荷也只占主機(jī)負(fù)荷為PMCR，大氣溫度為27℃的條件下的空冷器的熱負(fù)荷的70%，還有30%的冷卻裕量可以用于應(yīng)付各種意外情況或突發(fā)事故。此種環(huán)境溫度的選擇將更能充分發(fā)揮空冷器的冷卻能力，節(jié)約初投資和運(yùn)行費(fèi)用，并且使變流量冷卻更容易控制。5. 2變流量冷卻的實(shí)現(xiàn) 變流量冷卻的基本理論是以熱力學(xué)第一定律為基礎(chǔ)的，當(dāng)系統(tǒng)的負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，按熱力學(xué)第一定律可以通過改變冷卻水流量、改變供回水溫差△t或者同時(shí)改變流量和供回水溫差來適應(yīng)系統(tǒng)負(fù)荷的變化。 Q=Wc△t (5l)式中:Q——系統(tǒng)熱負(fù)荷，Kw: W——水泵流量，m3/h C——冷卻液的比熱，kJ/K℃。 △t——供回水溫差，℃。離心泵運(yùn)行的工況點(diǎn)是建立在泵提供的能量和管網(wǎng)系統(tǒng)阻力相平衡之上，改變管網(wǎng)系統(tǒng)的阻力特性曲線或改變離心泵的特性曲線都會使其工況點(diǎn)發(fā)生變化。管網(wǎng)的共同特點(diǎn)是需要調(diào)節(jié)流量。計(jì)算出管路特性和所需的冷卻水(額定負(fù)荷)的流量和壓頭后，余下的工作就是怎樣選擇合適的泵，使其既能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能，又不造成過大浪費(fèi)。變流量冷卻的實(shí)現(xiàn)方法主要有以下幾種: 這是最簡單、最常用的流量調(diào)節(jié)方法。但這實(shí)質(zhì)上是人為地增大管路阻力來適應(yīng)離心泵特性以減小流量，其結(jié)果是比實(shí)際需要多耗動(dòng)力，并可能使泵在低效率區(qū)工作。 恒定轉(zhuǎn)速下典型離心泵特性曲線，其軸功率和流量的關(guān)系近似為一條不通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，即隨著流量降低，所耗軸功率并不明顯下降。流量為零時(shí)，軸功率也不為零。由于軸功率與流量不成正比，當(dāng)流量減小某百分?jǐn)?shù)時(shí)，軸功率減小不到該百分?jǐn)?shù)。關(guān)小閥門，流量下降，能耗下降卻不多，從而浪費(fèi)了能源。 由于空冷器冷卻水泵大多采用離心泵，泵的排量與泵本身的特性和管路的特性有關(guān)，只有在泵的排出壓力與管路在當(dāng)前流量下的總壓降相等時(shí)，泵才能穩(wěn)定工作在這個(gè)流量下。因此，可以用改變管路特性的方法來改變海水泵的排量，從而改變冷卻水量。為實(shí)現(xiàn)變流量冷卻，選擇一臺無級變速泵當(dāng)然是最好的，但是無級變速泵需用變速原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，初投資很大，也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和維護(hù)費(fèi)用。一般可選用三臺(其中一臺為備用)各為50%額定功率的泵，再輔以節(jié)流調(diào)節(jié)裝置，就可以實(shí)現(xiàn)變流量冷卻。泵的特性曲線應(yīng)該相同，以保證并聯(lián)運(yùn)行，泵與管路配合的工作曲線見圖54當(dāng)兩臺泵同時(shí)啟動(dòng)時(shí)，并聯(lián)后的特性曲線為lil，與管路的特性曲線R交于點(diǎn)A，A點(diǎn)的流量QA剛好就是設(shè)計(jì)所需的最大冷卻水量。當(dāng)只有一臺泵運(yùn)行時(shí)，工作點(diǎn)是B點(diǎn)，由于管路的特性曲線是向上彎曲的，所以這時(shí)的冷卻水流量QB，不是QA的50%，而是70%左右(具體大小因管路和泵的特性而異)。這樣，單泵的工作流量已可以滿足大部分工況下的冷卻掃氣的要求，而其耗功卻大大減少。當(dāng)然，泵的選擇方式不僅這一種，還可以把其中一臺泵選為二級泵，那樣會進(jìn)一步降低運(yùn)行費(fèi)用，在此不再贅述。 圖54泵與管路的工作曲線 如圖55所示，在三通閥調(diào)節(jié)的過程中，總管路的流量會發(fā)生變化。如果兩個(gè)并聯(lián)的支路(冷卻器支路和帶有節(jié)流孔板的支路)的阻力系數(shù)相差較大，那么總管路的流量將發(fā)生較大的變化。因此，采用合適的泵和節(jié)流裝置，就可以實(shí)現(xiàn)空冷器的變流量冷卻。 :阻力系數(shù)可類比為電路中的電阻，流量可類比為電路中的電流，管路壓力降類比電路中的電壓降。在三通閥調(diào)節(jié)的過程中，三通閥在兩個(gè)支路中的“電阻”不斷變化，總的“電阻”會發(fā)生變化。如果空冷器和節(jié)流孔板的“電阻”相差較大，那么兩個(gè)支路的并聯(lián)“電阻”就會發(fā)生較大的變化，因此總管路中的“電流”也會發(fā)生較大的變化，即主管路的流量將會發(fā)生較大的變化。這就是該方法實(shí)現(xiàn)“變流量”冷卻的原理。圖55變流量冷卻示意圖有了合適的泵和節(jié)流調(diào)節(jié)裝置，變流量冷卻的實(shí)現(xiàn)就不難了:QA～QB之間的流量在兩臺泵并聯(lián)的條件下通過調(diào)節(jié)節(jié)流裝置來獲得。小于QB的流量則靠節(jié)流調(diào)節(jié)單臺泵的流量來獲得。當(dāng)主機(jī)工作在低負(fù)荷且航行于低溫水域時(shí)，此時(shí)則可以停止冷卻掃氣。這樣空冷器冷卻能力的確定與主機(jī)的常用負(fù)荷和工作環(huán)境結(jié)合得更加緊密，在保證對掃氣進(jìn)行充分冷卻的前提下，最大限度地發(fā)揮設(shè)備的工作能力，減小了空冷器的尺寸，節(jié)約了初投資。另外，采用變流量冷卻，根據(jù)工況的改變調(diào)整冷卻水量，減少了運(yùn)行費(fèi)用，在低溫低負(fù)荷的情況下停止冷卻掃氣，提高掃氣溫度，可以改善燃燒，提高系統(tǒng)的綜合經(jīng)濟(jì)性。改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量，實(shí)際是改變泵的特性曲線，而管路特性曲線不變，即A、B為常數(shù)。轉(zhuǎn)速改變，泵的流量、壓頭、軸功率發(fā)生變化。通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來控制其流量，可大幅度降低離心泵的軸功率。調(diào)速節(jié)流與調(diào)節(jié)閥門節(jié)流相比，可以節(jié)約兩部分的能量，一部分為閥門功率損失，一部分為水泵功率損失。因此，采用變頻調(diào)速技術(shù)對離心泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，使泵的流量與揚(yáng)程適應(yīng)管網(wǎng)用水量的變化，可實(shí)現(xiàn)流量自動(dòng)控制，達(dá)到節(jié)能的目的。(l)變頻系統(tǒng)的基本原理 在傳統(tǒng)的空冷器冷卻水系統(tǒng)中，船舶航行期間，冷卻水泵一般是恒速的。而變頻調(diào)速系統(tǒng)采用閉環(huán)調(diào)節(jié)，其閉環(huán)調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)如圖56所示。 圖56變頻調(diào)速原理圖由流體力學(xué)可知，泵流量與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，電機(jī)的軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，由于泵的設(shè)計(jì)是按最大負(fù)荷流量設(shè)計(jì)的，因此存在一定的裕量，因此在保持一定流量和壓力的前提下，可將泵的轉(zhuǎn)速下調(diào)。管網(wǎng)供水壓力經(jīng)壓力傳感器輸出壓力信號，轉(zhuǎn)換成直流信號后直接輸入變頻器，經(jīng)與設(shè)定壓力值比較，通過內(nèi)部PID算法自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制離心泵轉(zhuǎn)速，達(dá)到流量控制和恒壓供水的目的。 (2)變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn) 由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速是緩慢均勻變化的，從而克服了原機(jī)泵扭矩急劇變化對泵軸、軸承、葉輪及填料等的有害沖擊，延長其使用壽命。應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速，可滿足不同時(shí)刻的流量要求，從而避免大泵與小泵的頻繁切換。只用加裝變頻調(diào)速裝置的最大容量水泵變換轉(zhuǎn)速，則其工況點(diǎn)既可滿足在不同時(shí)間用水量的需求，又可實(shí)現(xiàn)設(shè)備和管網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行。 使用變頻調(diào)速裝置后，水泵運(yùn)行對供水管網(wǎng)沖擊大幅度減小。供水管網(wǎng)所受壓力沖擊的大小取決于管網(wǎng)水流流速變化量的大小，管網(wǎng)水流流速變化量決定了管網(wǎng)壓力變化量大小。在一定時(shí)間內(nèi)管網(wǎng)流速變化量(V0V）越大，△p值越大，對管網(wǎng)危害性也越大，發(fā)生爆管的可能性也越大。相反，管內(nèi)流速變化量越小，其危害性也相應(yīng)減小，發(fā)生爆管可能性也減小。使用變頻調(diào)速裝置可以緩慢均勻地調(diào)整水泵的出水量，有效地降低管網(wǎng)流速的變化量，從而使管網(wǎng)的壓力變化均勻緩慢，有效地避免水錘的危害，保證供水管網(wǎng)的安全運(yùn)行。 但因系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行條件的局限，目前該裝置還未完全實(shí)現(xiàn)以壓力為參數(shù)的閉環(huán)自動(dòng)控制運(yùn)行。其安全有效性有待于進(jìn)一步研究。5. 3小結(jié) ，變流量冷卻是一種較好的選擇。它能使其冷卻能力得到充分發(fā)揮，節(jié)約泵功，降低運(yùn)行費(fèi)，同樣也適應(yīng)于不同負(fù)荷而引起的空冷器熱負(fù)荷的變化。 ，通過選擇合適流量的泵和合適的節(jié)流元件實(shí)現(xiàn)空冷器的變流量冷卻。 ，使泵的流量與揚(yáng)程適應(yīng)管網(wǎng)用水量的變化，在保證水量和供水壓力的前提下，節(jié)能幅度較大，實(shí)現(xiàn)流量自動(dòng)控制，達(dá)到節(jié)能的目的。第6章結(jié)論與展望 隨著平均有效壓力的提高，船用增壓中冷柴油機(jī)工作過程對環(huán)境溫度越來越敏感。了解環(huán)境溫度對增壓器工作的影響，如何評價(jià)增壓柴油機(jī)在不同的環(huán)境溫度下功率性、經(jīng)濟(jì)性、以及怎樣合理使用柴油機(jī)顯得十分重要。 本文所做的主要工作和得出的結(jié)論如下: 。以“遠(yuǎn)大湖”所用主機(jī)型號撇N Bamp。w SSOMC為例，估算了壓氣機(jī)性能參數(shù)隨環(huán)境溫度變化情況，并用初atlab作出相應(yīng)曲線。最后得出環(huán)境溫度每升高10℃，壓氣機(jī)空氣質(zhì)量流量約減少4%，出口空氣溫度約升高15℃。 ℃，增壓比約減小l一2%，經(jīng)過計(jì)算如果忽略增壓比的影響，%~%(假設(shè)空冷器出口空氣溫度即掃氣為50℃保持不變，如果掃氣溫度越低，帶來的誤差將越小)。環(huán)境溫度對壓氣機(jī)效率基本上沒有什么影響。因此在分析環(huán)境溫度對空冷器熱負(fù)荷的影響時(shí)，可以忽略不計(jì)。，計(jì)算了空冷器的熱負(fù)荷隨環(huán)境溫度變化情況，作出相應(yīng)曲線，并借助Visual Basic編程語言實(shí)現(xiàn)了程序化計(jì)算。計(jì)算出主機(jī)負(fù)荷在75%左右，環(huán)境溫度每升高10℃，%。 ，發(fā)現(xiàn)其變化趨勢完全吻合。 ，采用傳統(tǒng)的定流量冷卻不合理，本文針對此提出了變流量冷卻的冷卻方式，能使空冷器冷卻能力得到充分地發(fā)揮，節(jié)約了泵功和初投資。由于時(shí)間、精力、知識所限，本課題部分內(nèi)容的研究還很初步，所提出的分析方法和結(jié)論有待于日后進(jìn)一步的完善和發(fā)展，許多內(nèi)容還需要進(jìn)一步的研究，主要包括:，從而可以按照“渦輪一壓氣機(jī)一柴油機(jī)一渦輪”系統(tǒng)地分析環(huán)境溫度給柴油機(jī)運(yùn)行帶來的問題。，對于船舶柴油機(jī)在變負(fù)荷下的影響，有待于進(jìn)一步研究。、最有發(fā)展前途的調(diào)速方式，但其安全有效性值得商榷。參考文獻(xiàn)1. 陸家樣 《柴油機(jī)渦輪增壓技術(shù)》，機(jī)械工業(yè)出版社，1999年1月p402. 李幼鵬 《柴油機(jī)原理》，大連理工出版社，1994年3月3. 曹孝瑾 《渦輪增壓器與柴油機(jī)的匹配》，國防工業(yè)出版社，1984年l月P26324. 朱訪君 吳堅(jiān) 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本論文是在導(dǎo)師侯巖濱老師的精心指導(dǎo)下完成的，從專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，論文題目的選定，到調(diào)研、查找資料和整理構(gòu)思整個(gè)過程，直至如今的即將脫稿，處處浸透著老師的心血。老師不僅以淵博的知識、敏銳的學(xué)術(shù)眼光、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求真務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)言傳身教，引導(dǎo)我在知識的殿堂里遨游，更以平和的態(tài)度、豁達(dá)的胸襟和完善的人格魅力潛移默化，影響我的人生觀和價(jià)值觀。在過去的兩年多的時(shí)間里，導(dǎo)師教給我的不僅僅是專業(yè)知識，更多的是“系統(tǒng)”的思想和做人的道理，使我受益匪淺。在此對導(dǎo)師孫培廷教授表示崇高的敬意和衷心的