柴油发电机排烟背压高低影响和正常值检测

摘要：排气背压是柴油发电机排烟系统设计一个关键数据。通过采用“正交+数值计算”的手段对影响海上平台用柴油发电机排烟背压的条件进行综述研究。阐释探求表明，废气流量、废气比重、排气管内径以及排烟直管当量总长度对柴油发电机的排烟背压都有影响，其中废气流量与排烟管内径对柴油发电机的排气背压危害十分显着，随着废气流量的增大，排气背压也跟着增大；随排气管内径增大，排烟背压先急剧下降然后在300 mm左右开始背压下降趋向平缓。

当前关于海洋工程上应用的装备的废弃物排放规范要求越来越高。发电机组是海洋工程上不可或缺的重要装备，作为一种能源转换装备，对其进行绿色布置十分必要。其中发电机的排烟系统布置对发电机的机械性能康明斯发电机参数表、使用寿命、能量切换效率等方面有着显着的影响。特别是对海洋平台用的柴油发电机组，其安装在极其有限的平台空间中，既要保证其操作性能又要符合国家的相关标准规范，故其排烟装置的布置及装配布局都是十分重要的。理论探讨及工程实践表明：发电机排气背压过小会致使提前排气，使能量切换不充分，造成能源的浪费并且加大排放到大气中的废气量，污染加剧。若排气背压过量则会大量消耗机械功，使效率下降，危害发电机的性能，耗油比加大。因此发电机的排烟背压要在一个规定区间内，才能使发电机环保运转。在正常情况下发电机厂商都会对发电机进行背压测试，从而得到一个较大排气背压限制值，然后用户根据这个较大背压值去规划相应的排烟管道装置。

关于排气系统规划，工程技术人员通常是根据经验去布置布置排烟装置，然后根据工厂提供的估算公式去验算背压，因为对各危害条件对背压的危害显着程度缺乏直观的领悟和指引，引起经常会反复修改排烟系统布置图。现在国内外对背压的讨论和规划通常采用软件数值模拟计算的方法去计算背压，虽然结果相对精确，但是步骤十分烦杂。而在普通的工程项目中对背压的要求并没有需要很精确的数值，只需要控制在一定范围内。论文创新性地将“正交+数值计算”技术引入到对柴油发电机排气背压影响因素的解析中，展开对柴油发电机排气背压危害要素的讨论。

本文以某钻机上运用的柴油发电机排烟系统为研究对象，根据海上平台的实际情形确定影响因素和水平，并通过科学的途径对这些发电机排气背压危害因素进行研究，从而得到这些影响因素对发电机排烟背压的影响程度以及趋势。

对于本文讨论的发电机排烟系统的背压指排烟出口处(图2中的1位置)到排气管出口处(大气压)之差。其形成的因由是气体在高速流动时受到内部摩擦阻碍与外部物体对其的阻碍。排气流程中的功率损失具体由沿程阻力和局部阻力两部分结构。其中沿程阻力主要发生在排气管道内壁上，这是由于排出气体与管道壁面之间摩擦而产生的，其大小取决于排气管内壁粗糙度以及废气的流动转速。而局部阻力详细发生在排气系统中各气体流通截面突变处，即详细集中在排气系统管路以及在消声器内气体流动通道中的收缩或扩张等截面积突变处。在气体流通截面突变处，气体的压力能和其动能发生突变，气体在小范围内形成漩涡加剧其动能的转换，能量耗损增加，同时进一步加剧了流体之间的摩擦损失，内能损耗增大。局部阻力取决于排烟管路局部构成以及管道直径和流体速度。于是排气装置的规划及布局可以改变排烟背压的大小，当背压增大时，能量损失跟着增大，耗油率及噪音也会加剧。

该柴油发电机是康明斯KC1340GF海洋用发电机组(组成如图2所示)，其基础参数为，5 Hz，600V，0.8PF柴油发电机常见故障有哪些。该柴油发电机排烟装置由干式排烟管(附带隔热板)，双涡轮增压(附带隔热板)，竖直排烟出口柴油发电机启动不起来，柔性连接波纹管，变径接头，可焊接法兰，弯头，灭火星式消声器以及排气直管构成。本文所探求的排气系统是指在竖直排气出口以后部分，即废气排放量是在竖直排烟出口处的数值。废气排放相关参数如表1所示。

本文运用正交法来对影响海上平台用柴油发电机排烟背压的要素进行诠释探讨。这样可在实现研讨目的地基础上大量减轻各种资源的消耗。

由上述柴油发电机的排气参数(如表1所示)及排气装置组成结构图(如图2所示)，根据康明斯柴油发电机组规划运用指南中供应的排气背压计算式，深圳发电机出租公司购买了废气流量、废气比重、排气管内径以及排烟直管当量总长度这4个影响要素作为详解因子来进行探讨，并且根据以往项目相关的经验将这4个影响要素在海上平台运用的主用范围内平均分为4个等级(水平)(见表2)。废气比重C可由式1求得，其中T为排烟气体温度。

购买L16(45)正交表来进行设计对柴油发电机排气背压影响要素数值计算的探求举措(见表3)。

根据康明斯柴油发电机组规划运用指南得到排烟系统的总阻力(背压)P为排烟管道阻力Pg与消音器压力降Ps之和，其计算公式

根据设计好的对柴油发电机排气背压影响要素数值计算的研究举措(见表3)，应用式2进行16次计算其结果如表5所示。

正交法应用相关的数理统计法去对结果计算总述可得到大量有用的结论回。由结果计算各影响因子在不一样水平日排气背压欧式距离和的平均数得到这些影响条件对发电机排气背压的影响趋势图（如图3所示）。对海上平台用柴油发电机排烟背压影响要素的概述结果采用方差概述来对其进行探求。它能检查出各因子对指标危害的显着程度。

根据结果求各影响因素在同水平下排烟背压的平均数，比如排烟管内径在300mm水平下背压的平均数：

按式3的思路分别对各要素各水平进行背压和的平均数计算，得到16个平均数。为了便于对比观察，将其置于同一趋势图中。从而得到各危害条件对A到D要素的偏差平方和按式5计算得出（见表6），式5中的H为各要素各水平的结果（见表5）的和。

从表6中可看出废气比重、排气直管当量总长度两个因子其F值都小于F0.05(3，3)，即在供研讨条件下，在95%的置信水平上，废气比重和排烟直管当量总长度这两个影响要素对柴油发电机排烟背压的危害不显着。废气流量、排气管内径两个因子其F值大于F0.05(3，3)即在供讨论要素下，废气流量和排烟管内径这两个影响条件对柴油发电机排气背压的影响非常显着。由图3中看出随废气流量的增大，排气背压也跟着增大；随排烟管内径增大，排气背压先急剧下降然后在300mm左右开始背压下降趋向平缓。随废气比重的增加，排烟背压也跟着增大，但是不明显；随排烟直管当量总长度的增加，排气背压也跟着增大，但是也不明显。

海洋用柴油发电机排气背压受废气流量、废气比重、排气管内径以及排烟直管当量总长度的危害，其中废气流量和排气管内径对柴油发电机排烟背压影响较为显着，废气比重对柴油发电机排气背压影响不显着。背压随着废气流量的增加而增大，随着管径增大而降低，随着直管当量总长度的延长而增大，而废气比重对背压具有不确定性且影响不大。故在布置柴油发电机排烟系统时如需微量调节排气背压应当是调整排烟直管当量总长度而不是调整排烟管内径。如若需要在比较小的空间粗调排气背压则可以通过调节排烟管内径来实现。