影響柴油發(fā)電機(jī)排氣背壓的因素和計(jì)算公式
發(fā)布時(shí)間：2023-09-13 點(diǎn)擊：467
影響柴油發(fā)電機(jī)排氣背壓的因素和計(jì)算公式
影響柴油發(fā)電機(jī)排煙背壓的因素主要有排煙管的直徑、長(zhǎng)度、彎頭及其內(nèi)部表面的光滑程度，管子超長(zhǎng)、彎頭過(guò)多、內(nèi)部表面粗糙都會(huì)增加排煙背壓。有時(shí)還需要考慮因使用時(shí)間較長(zhǎng)而產(chǎn)生的煙垢和變質(zhì)造成管道阻塞而增大的排煙阻力。柴油發(fā)電機(jī)排煙系統(tǒng)應(yīng)盡量減少背壓，因?yàn)閺U氣阻力的增加將會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)輸出功率的下降及溫升的增加。通過(guò)排氣管道讓排出的氣體自由地流動(dòng)以減少排氣背壓，過(guò)大的排氣背壓會(huì)嚴(yán)重影響柴油機(jī)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(guò)長(zhǎng)。
3）排煙系統(tǒng)彎頭過(guò)多。
4）排煙消聲器阻力太大。
5）處于某種臨界長(zhǎng)度，壓力波導(dǎo)致高阻力。
二、排煙管與彎頭管徑匹配表
為了在應(yīng)用中設(shè)計(jì)正確合理的排氣管道及其最小口徑，達(dá)到既符合機(jī)房總體設(shè)計(jì)和布置要求，又保證整個(gè)系統(tǒng)的排氣背壓不至于超過(guò)發(fā)電機(jī)組最大允許范圍的目的。在進(jìn)行排氣系統(tǒng)計(jì)算時(shí)，可先作這樣的設(shè)定：發(fā)電機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)配置的波紋避振節(jié)、工業(yè)型消聲器等同于同管徑的直管，彎頭折算成直管當(dāng)量長(zhǎng)度（見(jiàn)表1），把以上三項(xiàng)和連接直管的長(zhǎng)度相加后用排氣管道背壓的計(jì)算公式計(jì)算背壓，可使整個(gè)計(jì)算簡(jiǎn)化，并不失計(jì)算精度。排煙流量、排煙溫度、極限背壓值等數(shù)據(jù)可由發(fā)電機(jī)組技術(shù)參數(shù)中查找。
表1 直管當(dāng)量長(zhǎng)度表
管徑/英寸
45°彎頭（m/每個(gè)彎頭）
90°彎頭（m/每個(gè)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(tǒng)的背壓計(jì)算公式
（1）排煙管背壓的計(jì)算
式中 p排——排煙管的總排煙背壓（kpa）；
l——排煙管直管當(dāng)量總長(zhǎng)度（m）（見(jiàn)表1）；
t——排煙溫度（℃）；
q——每秒鐘排煙量（m3／s）；
d——排煙管內(nèi)徑（m）。
（2）消聲器背壓p消的計(jì)算
由于現(xiàn)實(shí)施工及周?chē)h(huán)境對(duì)噪聲要求的限制，在機(jī)房設(shè)計(jì)中通常都使用了消聲器，則計(jì)算排煙系統(tǒng)總背壓p時(shí)，除了應(yīng)考慮排煙管的背壓p排，還應(yīng)考慮消聲器的排煙背壓p消。消聲器的排煙背壓p消的計(jì)算方法如下
先計(jì)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(jì)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(jì)算公式
圖1 柴油發(fā)電機(jī)排氣流速和阻力曲線(xiàn)圖
（3）排煙系統(tǒng)總背壓p的計(jì)算
排煙系統(tǒng)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(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝中，必須保證系統(tǒng)許用背壓［p］大于或等于排煙系統(tǒng)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(tǒng)許用背壓值（kpa）；
p——排氣系統(tǒng)總背壓（kpa）。
如果不能滿(mǎn)足p＝（p排＋p清）≤［p］，會(huì)造成高排氣背壓的情況出現(xiàn)，則必須將排煙管口徑進(jìn)行擴(kuò)大，以減小排氣系統(tǒng)總背壓p，直至發(fā)電機(jī)組最大允許范圍內(nèi)。
p＝（p排＋p清）≤［p］成立
四、排氣背壓的計(jì)算示例
以某一機(jī)房排氣背壓計(jì)算為例。機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)計(jì)安裝康明斯發(fā)電機(jī)組，發(fā)動(dòng)機(jī)為kc1800gf，選用14”住宅型消聲器，住宅型消聲器前面有一工業(yè)型消聲器，一波紋管避振節(jié)。機(jī)房?jī)?nèi)排煙管長(zhǎng)度為11m，管徑為φ377（內(nèi)直徑為369mm），管壁厚度為4mm；伸出外墻豎直向上的排煙管長(zhǎng)度為36m，考慮排煙管總長(zhǎng)度較長(zhǎng)，為避免高背壓，豎直向上的排煙管擴(kuò)大至管徑ф377（內(nèi)直徑為412mm），管壁厚度為4mm；90°彎頭2個(gè)，45°彎頭1個(gè)。
由康明斯發(fā)電機(jī)組kc1800gf數(shù)據(jù)資料查取：
排煙量q＝420m3/min＝7m3/s，排氣溫度t＝520℃，發(fā)動(dòng)機(jī)的最高允許背壓值［p］＝5.6kpa
1）機(jī)房?jī)?nèi)排氣管當(dāng)量長(zhǎng)度
l1＝11m＋2（彎頭）×5.32m＋1（彎頭）×2.44m＝24.08m
豎直段排氣管長(zhǎng)度
l2=16m
2）排氣管背壓p排的計(jì)算
式中 l——直管當(dāng)量總長(zhǎng)度；
q——排氣流量；
d——排氣管直徑；
t——排氣溫度。康明斯發(fā)電機(jī)組t＝520℃。
3）14寸住宅型消聲器的背壓計(jì)算
先計(jì)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(jì)算公式如下
4）排氣系統(tǒng)的背壓p＝p排1＋p排2＋p消＝1.38＋1.18＋2.5＝5.06kpa
發(fā)動(dòng)機(jī)的最高允許背壓值［p］＝5.6kpa＞5.06kpa
因此，豎直向上的排煙管擴(kuò)大至內(nèi)直徑為412mm的排氣管道滿(mǎn)足要求。
另外，考慮到排氣管道的熱脹冷縮問(wèn)題，一般需在每15～20m處設(shè)一伸縮節(jié)（伸縮度不小于5cm）。
設(shè)計(jì)時(shí)要合理布置煙管走向，盡量縮短煙管長(zhǎng)度，可以減小煙管沿程阻力，同時(shí)通過(guò)繪制綜合管線(xiàn)圖，避免管道交叉，減少?gòu)濐^數(shù)量，減小煙管局部阻力。
五、排氣背壓調(diào)節(jié)裝置
柴油機(jī)排氣背壓正弦波自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)用于柴油機(jī)排氣背壓試驗(yàn)時(shí)，背壓自動(dòng)調(diào)整為正弦波，且周期及背壓基值可設(shè)定；將壓力調(diào)整從一個(gè)壓力值到下一個(gè)壓力值時(shí)，能夠擬和目標(biāo)曲線(xiàn)平緩過(guò)過(guò)渡，杜絕壓力震蕩現(xiàn)象，不因試驗(yàn)設(shè)備的缺陷導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果的誤差；自動(dòng)控制時(shí)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)自學(xué)習(xí)、自修正、自動(dòng)控制輸出，降低操作人員的操作難度和專(zhuān)業(yè)要求；實(shí)時(shí)記錄壓力、溫度、閥門(mén)開(kāi)度等數(shù)據(jù)用于試驗(yàn)結(jié)果分析。
圖2 柴油發(fā)電機(jī)排氣背壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)
工作原理（如圖2所示）：
通過(guò)將壓力波動(dòng)分為若干波段,波動(dòng)壓力段分別調(diào)用比例積分微分控制器指令,根據(jù)排氣管路反饋壓力值,輸出控制指令,驅(qū)動(dòng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，且采集電動(dòng)調(diào)節(jié)閥位置反饋信息,結(jié)合壓力波動(dòng)的最大、最小界限值閉環(huán)聯(lián)動(dòng)控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)。
壓力分為若干波段時(shí)，即會(huì)出現(xiàn)若干個(gè)壓力目標(biāo)值，使用pid調(diào)節(jié)時(shí)，需要每個(gè)壓力點(diǎn)都設(shè)置pid的參數(shù)，參數(shù)調(diào)試過(guò)程繁瑣復(fù)雜；柴油機(jī)在不同轉(zhuǎn)速或負(fù)荷的工作狀態(tài)時(shí)，所對(duì)應(yīng)的最優(yōu)參數(shù)必定不同，即改變柴油機(jī)狀態(tài)時(shí)，又需要再次修改參數(shù)，參數(shù)調(diào)整數(shù)據(jù)量較大，參數(shù)設(shè)置需要一定的專(zhuān)業(yè)
充電發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖解
活塞連桿的正確安裝及方向標(biāo)記
重慶康明斯1000KW以上推薦機(jī)型QSK38-G5/QSK50-G4
廠家分析柴油發(fā)電機(jī)價(jià)格受哪些因素波動(dòng)？
柴油發(fā)電機(jī)組停機(jī)后有哪些注意事項(xiàng)？
柴油發(fā)電機(jī)組配電柜保養(yǎng)流程
超靜音柴油發(fā)電機(jī)組強(qiáng)勢(shì)來(lái)襲
發(fā)電機(jī)數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器基本構(gòu)成
影響柴油發(fā)電機(jī)排煙背壓的因素主要有排煙管的直徑、長(zhǎng)度、彎頭及其內(nèi)部表面的光滑程度，管子超長(zhǎng)、彎頭過(guò)多、內(nèi)部表面粗糙都會(huì)增加排煙背壓。有時(shí)還需要考慮因使用時(shí)間較長(zhǎng)而產(chǎn)生的煙垢和變質(zhì)造成管道阻塞而增大的排煙阻力。柴油發(fā)電機(jī)排煙系統(tǒng)應(yīng)盡量減少背壓，因?yàn)閺U氣阻力的增加將會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)輸出功率的下降及溫升的增加。通過(guò)排氣管道讓排出的氣體自由地流動(dòng)以減少排氣背壓，過(guò)大的排氣背壓會(huì)嚴(yán)重影響柴油機(jī)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(guò)長(zhǎng)。
3）排煙系統(tǒng)彎頭過(guò)多。
4）排煙消聲器阻力太大。
5）處于某種臨界長(zhǎng)度，壓力波導(dǎo)致高阻力。
二、排煙管與彎頭管徑匹配表
為了在應(yīng)用中設(shè)計(jì)正確合理的排氣管道及其最小口徑，達(dá)到既符合機(jī)房總體設(shè)計(jì)和布置要求，又保證整個(gè)系統(tǒng)的排氣背壓不至于超過(guò)發(fā)電機(jī)組最大允許范圍的目的。在進(jìn)行排氣系統(tǒng)計(jì)算時(shí)，可先作這樣的設(shè)定：發(fā)電機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)配置的波紋避振節(jié)、工業(yè)型消聲器等同于同管徑的直管，彎頭折算成直管當(dāng)量長(zhǎng)度（見(jiàn)表1），把以上三項(xiàng)和連接直管的長(zhǎng)度相加后用排氣管道背壓的計(jì)算公式計(jì)算背壓，可使整個(gè)計(jì)算簡(jiǎn)化，并不失計(jì)算精度。排煙流量、排煙溫度、極限背壓值等數(shù)據(jù)可由發(fā)電機(jī)組技術(shù)參數(shù)中查找。
表1 直管當(dāng)量長(zhǎng)度表
管徑/英寸
45°彎頭（m/每個(gè)彎頭）
90°彎頭（m/每個(gè)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(tǒng)的背壓計(jì)算公式
（1）排煙管背壓的計(jì)算
式中 p排——排煙管的總排煙背壓（kpa）；
l——排煙管直管當(dāng)量總長(zhǎng)度（m）（見(jiàn)表1）；
t——排煙溫度（℃）；
q——每秒鐘排煙量（m3／s）；
d——排煙管內(nèi)徑（m）。
（2）消聲器背壓p消的計(jì)算
由于現(xiàn)實(shí)施工及周?chē)h(huán)境對(duì)噪聲要求的限制，在機(jī)房設(shè)計(jì)中通常都使用了消聲器，則計(jì)算排煙系統(tǒng)總背壓p時(shí)，除了應(yīng)考慮排煙管的背壓p排，還應(yīng)考慮消聲器的排煙背壓p消。消聲器的排煙背壓p消的計(jì)算方法如下
先計(jì)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(jì)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(jì)算公式
圖1 柴油發(fā)電機(jī)排氣流速和阻力曲線(xiàn)圖
（3）排煙系統(tǒng)總背壓p的計(jì)算
排煙系統(tǒng)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(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝中，必須保證系統(tǒng)許用背壓［p］大于或等于排煙系統(tǒng)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(tǒng)許用背壓值（kpa）；
p——排氣系統(tǒng)總背壓（kpa）。
如果不能滿(mǎn)足p＝（p排＋p清）≤［p］，會(huì)造成高排氣背壓的情況出現(xiàn)，則必須將排煙管口徑進(jìn)行擴(kuò)大，以減小排氣系統(tǒng)總背壓p，直至發(fā)電機(jī)組最大允許范圍內(nèi)。
p＝（p排＋p清）≤［p］成立
四、排氣背壓的計(jì)算示例
以某一機(jī)房排氣背壓計(jì)算為例。機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)計(jì)安裝康明斯發(fā)電機(jī)組，發(fā)動(dòng)機(jī)為kc1800gf，選用14”住宅型消聲器，住宅型消聲器前面有一工業(yè)型消聲器，一波紋管避振節(jié)。機(jī)房?jī)?nèi)排煙管長(zhǎng)度為11m，管徑為φ377（內(nèi)直徑為369mm），管壁厚度為4mm；伸出外墻豎直向上的排煙管長(zhǎng)度為36m，考慮排煙管總長(zhǎng)度較長(zhǎng)，為避免高背壓，豎直向上的排煙管擴(kuò)大至管徑ф377（內(nèi)直徑為412mm），管壁厚度為4mm；90°彎頭2個(gè)，45°彎頭1個(gè)。
由康明斯發(fā)電機(jī)組kc1800gf數(shù)據(jù)資料查取：
排煙量q＝420m3/min＝7m3/s，排氣溫度t＝520℃，發(fā)動(dòng)機(jī)的最高允許背壓值［p］＝5.6kpa
1）機(jī)房?jī)?nèi)排氣管當(dāng)量長(zhǎng)度
l1＝11m＋2（彎頭）×5.32m＋1（彎頭）×2.44m＝24.08m
豎直段排氣管長(zhǎng)度
l2=16m
2）排氣管背壓p排的計(jì)算
式中 l——直管當(dāng)量總長(zhǎng)度；
q——排氣流量；
d——排氣管直徑；
t——排氣溫度。康明斯發(fā)電機(jī)組t＝520℃。
3）14寸住宅型消聲器的背壓計(jì)算
先計(jì)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(jì)算公式如下
4）排氣系統(tǒng)的背壓p＝p排1＋p排2＋p消＝1.38＋1.18＋2.5＝5.06kpa
發(fā)動(dòng)機(jī)的最高允許背壓值［p］＝5.6kpa＞5.06kpa
因此，豎直向上的排煙管擴(kuò)大至內(nèi)直徑為412mm的排氣管道滿(mǎn)足要求。
另外，考慮到排氣管道的熱脹冷縮問(wèn)題，一般需在每15～20m處設(shè)一伸縮節(jié)（伸縮度不小于5cm）。
設(shè)計(jì)時(shí)要合理布置煙管走向，盡量縮短煙管長(zhǎng)度，可以減小煙管沿程阻力，同時(shí)通過(guò)繪制綜合管線(xiàn)圖，避免管道交叉，減少?gòu)濐^數(shù)量，減小煙管局部阻力。
五、排氣背壓調(diào)節(jié)裝置
柴油機(jī)排氣背壓正弦波自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)用于柴油機(jī)排氣背壓試驗(yàn)時(shí)，背壓自動(dòng)調(diào)整為正弦波，且周期及背壓基值可設(shè)定；將壓力調(diào)整從一個(gè)壓力值到下一個(gè)壓力值時(shí)，能夠擬和目標(biāo)曲線(xiàn)平緩過(guò)過(guò)渡，杜絕壓力震蕩現(xiàn)象，不因試驗(yàn)設(shè)備的缺陷導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果的誤差；自動(dòng)控制時(shí)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)自學(xué)習(xí)、自修正、自動(dòng)控制輸出，降低操作人員的操作難度和專(zhuān)業(yè)要求；實(shí)時(shí)記錄壓力、溫度、閥門(mén)開(kāi)度等數(shù)據(jù)用于試驗(yàn)結(jié)果分析。
圖2 柴油發(fā)電機(jī)排氣背壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)
工作原理（如圖2所示）：
通過(guò)將壓力波動(dòng)分為若干波段,波動(dòng)壓力段分別調(diào)用比例積分微分控制器指令,根據(jù)排氣管路反饋壓力值,輸出控制指令,驅(qū)動(dòng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，且采集電動(dòng)調(diào)節(jié)閥位置反饋信息,結(jié)合壓力波動(dòng)的最大、最小界限值閉環(huán)聯(lián)動(dòng)控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)。
壓力分為若干波段時(shí)，即會(huì)出現(xiàn)若干個(gè)壓力目標(biāo)值，使用pid調(diào)節(jié)時(shí)，需要每個(gè)壓力點(diǎn)都設(shè)置pid的參數(shù)，參數(shù)調(diào)試過(guò)程繁瑣復(fù)雜；柴油機(jī)在不同轉(zhuǎn)速或負(fù)荷的工作狀態(tài)時(shí)，所對(duì)應(yīng)的最優(yōu)參數(shù)必定不同，即改變柴油機(jī)狀態(tài)時(shí)，又需要再次修改參數(shù)，參數(shù)調(diào)整數(shù)據(jù)量較大，參數(shù)設(shè)置需要一定的專(zhuān)業(yè)
充電發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖解
活塞連桿的正確安裝及方向標(biāo)記
重慶康明斯1000KW以上推薦機(jī)型QSK38-G5/QSK50-G4
廠家分析柴油發(fā)電機(jī)價(jià)格受哪些因素波動(dòng)？
柴油發(fā)電機(jī)組停機(jī)后有哪些注意事項(xiàng)？
柴油發(fā)電機(jī)組配電柜保養(yǎng)流程
超靜音柴油發(fā)電機(jī)組強(qiáng)勢(shì)來(lái)襲
發(fā)電機(jī)數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器基本構(gòu)成