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- 發(fā)布日期：2021-07-29 16:18:34 點(diǎn)擊次數(shù)：19 所屬分類：行業(yè)動(dòng)態(tài) 文章來自：康成發(fā)電設(shè)備
【摘 要】: 為了提高柴油發(fā)電機(jī)的高原工作能力, 以康明斯6CTA8.3- G2為例，在康明斯 原型柴油機(jī)的基礎(chǔ)上, 通過合理匹配增壓器進(jìn)行了高原功率恢復(fù)的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果證明該機(jī)在高原地區(qū)使用時(shí)能夠滿足使用要求。
1.前 言
康明斯柴油發(fā)電機(jī)作為給工程機(jī)械、發(fā)電機(jī)組主要配套動(dòng)力, 適應(yīng)于 3000 m 以下海拔高度。隨著西部大開發(fā)序幕的拉開, 各種動(dòng)力設(shè)備在西部的需求量日益增大。但由于環(huán)境的巨大變化, 低海拔地區(qū)使用的柴油發(fā)電機(jī)不能滿足高海拔地區(qū)的使用要求。為了提高柴油發(fā)電機(jī)的高原工作能力, 對(duì) 6CTA8.3- G2 原型機(jī)進(jìn)行了一系列的匹配與試驗(yàn)工作, 開發(fā)出了能在 5000 m 海拔高度正常使用的高原柴油發(fā)電機(jī)。
隨著海拔高度的增加, 大氣狀態(tài)發(fā)生很大的變化, 使柴油機(jī)的進(jìn)氣量、燃燒、熱損失、燃油消耗率、渦輪增壓器的性能等都發(fā)生變化, 致使柴油機(jī)機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷狀況與平原地區(qū)不同。一般情況下, 限制渦輪增壓柴油機(jī)功率發(fā)揮的主要因素是渦輪前燃?xì)鉁囟群蜏u輪增壓器轉(zhuǎn)速。渦輪轉(zhuǎn)速提高, 會(huì)使壓氣機(jī)形成較高的增壓壓力, 壓比升高, 以此來補(bǔ)償因海拔升高所產(chǎn)生的進(jìn)氣減少, 體現(xiàn)了渦輪增壓的自動(dòng)補(bǔ)償能力。但高壓比同時(shí)會(huì)引起柴油發(fā)電機(jī)的進(jìn)氣溫度過高, 導(dǎo)致進(jìn)氣量減少, 柴油機(jī)性能惡化。
通過采用中冷器可以降低增壓器進(jìn)入氣缸的空氣溫度。理想的高原用柴油發(fā)電機(jī)是增壓中冷型柴油發(fā)電機(jī), 能使柴油發(fā)電機(jī)受環(huán)境因素諸如大氣壓力和大氣溫度的影響降到最小。
2.增壓器選型
6CTA8.3- G2 增壓中冷柴油發(fā)電機(jī) 選用 3 種增壓器, 分別在海拔 70 m、2200 m 高原恢復(fù)功率的試驗(yàn)研究 和 3800 m 進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比, 試驗(yàn)結(jié)果如表 1。從試驗(yàn)結(jié)果看出, 3 種增壓器在低海拔分不出明顯優(yōu)劣; 高原用柴油發(fā)電機(jī)恢復(fù)功率, 應(yīng)全面考慮整機(jī)系 1# 和 3# 增壓器在海拔 2200 m 時(shí)的額定點(diǎn)功率相統(tǒng)。優(yōu)化進(jìn)排氣系統(tǒng), 降低進(jìn)氣阻力, 加大進(jìn)氣量, 對(duì)于原機(jī)額定點(diǎn) 160 kW 功率下降達(dá) 5%, 2# 增壓盡量保證燃燒正常進(jìn)行所需的進(jìn)氣量; 調(diào)整和優(yōu) 器的額定功率和最大扭矩均在期望值內(nèi), 在 2200 化匹配供油系統(tǒng), 使燃燒較好, 最高爆發(fā)壓力在允 m 是較好的選擇; 在海拔 3800 m 時(shí), 1# 和 3# 增壓許的范圍內(nèi), 保證機(jī)械負(fù)荷; 調(diào)整和優(yōu)化冷卻系 器功率下降較多, 增壓器轉(zhuǎn)速超過 130000 r/min, 統(tǒng), 使柴油機(jī)能得到好的冷卻效果, 保證柴油機(jī)熱 不能滿足高原柴油機(jī)對(duì)動(dòng)力性和可靠性的要求。負(fù)荷在允許的范圍內(nèi)。在本試驗(yàn)研究中, 主要是 從柴油機(jī)整機(jī)性能發(fā)面的分析, 2# 增壓器是較為對(duì)增壓器進(jìn)行選型和調(diào)整。 理想的選擇。
表 1 柴油機(jī)選配 3 種增壓器在不同海拔下匹配試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較
型號(hào)
海拔高度/m
額定點(diǎn)
功率/kW
額定點(diǎn)油耗量
/(kg· h-1)
最大扭
矩/(N· m)
最大扭矩轉(zhuǎn)速
/(r· m-1)
最低油耗率
/(g· kW-1· h-1)
渦前排溫額定點(diǎn) /℃
渦前排溫最大值 /℃
增壓器轉(zhuǎn)速
/(102 r· min-1)
1200 r/m 煙度
1#
70
2200
156.0
149.4
37.6
36.8
901
892
1300
1300
208
213
625
667
648
683
1081
1138
2.2
3.7
3800
143
36.4
891
1500
217
608
未測(cè)
1326
2.7
2#
70
2200
158.7
152
37.2
36.5
897
873
1500
1500
206
216
601
674
644
679
1058
1142
2.1
3.9
3800
154.8
38.9
911
1500
211
672
672
1200
3.0
3#
70
2200
156.8
148.8
37.1
37.2
913
886
1300
1500
206
212
616
662
648
671
1075
1163
2.1
4.0
3800
151
37.8
904
1300
209
607
652
1309
3.1
選擇 2# 增壓器在不同海拔下性能試驗(yàn)比較
選用 2# 增壓器在柴油機(jī)上進(jìn)行不同海拔高度的性能試驗(yàn), 隨著海拔高度的升高, 柴油發(fā)電機(jī)和增壓器各項(xiàng)性能指標(biāo)也在發(fā)生變化, 試驗(yàn)結(jié)果如圖 1：
圖 2 所示。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出, 隨著海拔高度的升高, 柴油機(jī)扭矩和功率下降幅度不大; 但柴油機(jī)油耗、增壓器轉(zhuǎn)速和渦前排溫呈同步上升趨勢(shì), 但都在工作范圍之內(nèi)。
圖 2 增壓器在不同海拔下性能特性曲線
增壓器與柴油機(jī)在不同海拔下聯(lián)合運(yùn)行曲線隨著海拔的升高, 空氣稀薄, 柴油發(fā)電機(jī)的進(jìn)氣量減少, 會(huì)使增壓器在轉(zhuǎn)速升高的同時(shí), 壓比升高、進(jìn)氣流量降低, 從而導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)在壓氣機(jī)特性曲線上的外特性運(yùn)行線會(huì)向喘振線方向偏移。
圖 3 為柴油機(jī)與 2# 增壓器不同海拔下運(yùn)行曲線圖
從圖中可看出, 隨著海拔高度增加, 柴油機(jī)運(yùn)行線接近高效率區(qū), 同時(shí) 3800 m 運(yùn)行線離喘振線還有較大裕度, 有更高海拔高度的工作潛力。
海拔 5000 m 柴油機(jī)性能預(yù)測(cè)
限于條件限制無法對(duì) 5000 m 海拔進(jìn)行高原試驗(yàn), 因此利用海拔 70 m、海拔 2200 m、海拔 3800 m 狀態(tài)下試驗(yàn)結(jié)果, 對(duì)海拔 5000 m 下的增壓器轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣流量和柴油機(jī)的主要性能進(jìn)行了預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)結(jié)果如表 2、表 3。從表 2 看出, 在 5000 m 海拔高度下, 增壓器轉(zhuǎn)速有增加, 進(jìn)氣量有減小, 但都在允許范圍內(nèi), 從表 3 看出柴油機(jī)整機(jī)性能下降幅度不大, 額定點(diǎn)功率下降 4%, 預(yù)測(cè)結(jié)果顯示該柴油機(jī)能夠基本滿足高原工作要求。
表 2 增壓器轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣流量不同海拔實(shí)測(cè)值及 5000m 預(yù)測(cè)
柴油機(jī)轉(zhuǎn)速 /(r· m-1)
1000
1200
1400
1500
1600
1800
2000
2200
海拔 70 m 實(shí)測(cè)值
增壓器 海拔 2200 m 實(shí)測(cè)值轉(zhuǎn)速 海拔 3800 m 實(shí)測(cè)值海拔 5000 m 預(yù)測(cè)值
54000
515000
58300
60000 63500
76400
79900
82000 92000 97200
102300
88100
104700
107300
92200 99000
104300
108100
98000 108500
107000
118500
103000 112500
110400
121300
105800 114200
120000
124800
海拔 70 m 實(shí)測(cè)值
進(jìn)氣海拔 2200 m 實(shí)測(cè)值
流量海拔 3800 m 實(shí)測(cè)值
/(kg· s-1)
海拔 5000 m 預(yù)測(cè)值
0.095
0.080
0.099
0.080
0.125
0.111
0.141
0.111
0.191
0.182
0.236
0.182
0.218
0.210
0.265
0.317
0.244
0.232
0.289
0.232
0.279
0.271
0.327
0.271
0.339
0.304
0.350
0.304
0.362
0.218
0.357
0.318
表 3 高原柴油機(jī)不同海拔性能實(shí)測(cè)值 高原柴油機(jī), 經(jīng)過高原臺(tái)架多方案的性能試驗(yàn), 通匹配及 5000m 預(yù)測(cè) 過合理選擇增壓器和其他的匹配試驗(yàn), 使輸出功率得到恢復(fù), 燃油消耗及煙度得到補(bǔ)償, 能夠滿足高原條件對(duì)柴油機(jī)的工作要求。目前該柴油機(jī)在高原上正得到廣泛的應(yīng)用。
海拔高度 /m
70
2200
3800 5000( 預(yù)測(cè))
額定點(diǎn)功率 /kW
158.7
152
154.8
153.6
最大扭矩 /N· m
897
873
911
>873
最大扭矩轉(zhuǎn)速 /r· min-1
1500
1500
1500
1500
最低油耗率 /(g· kW-1· h-1)
206
216
211
<220
渦前排溫額定點(diǎn) /℃
644
674
672
<724
1200 r/min 煙度
2.1
3.9
3.0
<3.5
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