一种多增压器柴油机的氮氧化物排放测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及大缸径、多缸数、大功率柴油机性能的测量方法，特别涉及一种多增压 器柴油机的氮氧化物排放测量方法，属于柴油机技术领域。
【背景技术】
[0002] 根据MARPOL公约附则VI规定，当车间台架试验测量柴油机氮氧化物排放值时，排 放测量点处的废气成分必须能够代表整个柴油机的废气组成。对于大缸径、多缸数、大功率 柴油机来说，为了提高柴油机的工作效率，每台柴油机均配备了数台废气涡轮增压器。目前 对这类具有多台废气涡轮增压器的大型柴油机1废气测量的通用作法是，请参阅图1，将各 台增压器2a、2b···之后的废气分支管3a、3b···汇合成一个废气汇流管5,柴油机的排放测量 点6布置在废气汇流管5之后，增压器后的背压通过背压调节阀7进行调节。为了使废气 能够得到充分混合以使测量数值能够更真实地反映柴油机的废气排放情况，MRPOL公约在 2008年10月修订时，规定柴油机排放测量点6与废气汇流点的距离应大于排放测量点6处 管径的10倍（注：最早要求为3倍管径，后来曾经改为5倍管径，2008年修订时要求为10 倍管径）。
[0003] 为了保证增压器的工作效率，确保柴油机具备有良好的性能状况，通常要求柴 油机在S. MCR(持续运行最大功率）处增压器后背压控制在300mmH20左右，最大不超过 450mmH20。换言之，随着柴油机功率的增加，柴油机单位时间排出的废气量将越来越多，为 了保证柴油机增压器后的背压符合要求，则必须相应的增加柴油机废气汇流后的管道直 径，这样排放测量点6处的管道直径也将随之变大，车间台架试验时所要求的废气汇流管5 的长度也将进一步增长。
[0004] 考虑到目前船舶大型化的趋势，船舶柴油机也朝着大缸径多缸数方面发展，如 11S90ME-C9. 2柴油机，按照上述MARPOL公约的要求计算，柴油机排放测量点6处的直径将 超过3. 5m，也就是说，各分支的废气汇流后到排放测量点6的距离将超过35m。像这样的大 缸径、多缸数、大功率柴油机，如果按照目前的通用方法进行柴油机废气排放的测量，当前 许多生产现场的排烟系统将不再满足MARPOL公约的要求，必须进行改造，然而35m以上的 废气排烟管道系统将要横跨多个试车台位，因此涉及到的改造工作量巨大，同时还将影响 生产的正常进行。此外，今后如需要生产更大缸径、更多缸数、更大功率柴油机，则还需要对 排烟系统进行再次改造，才能适应新柴油机废气排放的测量。
[0005] 总而言之，现有的柴油机废气排放测量方法已无法适应大型柴油机的发展，将给 柴油机生产企业的日常生产和产品质量控制带来巨大的挑战。
[0006] 当然，在对大缸径、多缸数、大功率柴油机进行氮氧化物排放测量时，除了上述的 通用测量方法外，法规还允许其他一些备选方法：
[0007] 1)如能够证明某一支管废气成分能够代表整个柴油机的废气组成，那么可以只在 这个分支上进行排放测量即可。然而对于大缸径多缸柴油机来说，由于各缸发火角度等方 面的差异，各缸的氮氧化物浓度差异相对比较大，因此在柴油机排气集管的有限容积里，废 气根本不可能得到充分的混合，所以某单个废气分支管中的废气成分不可能代表整台柴油 机的废气组成。因此对于大缸径、多缸数、大功率柴油机来说，该备选排放测量方法是根本 行不通的。
[0008] 2)在各个废气分支管上同时进行排放测量，再根据排放测量情况计算出整个柴油 机的平均废气浓度。计算柴油机的平均废气浓度需要知道各分支的废气流量，但是对于大 缸径、多缸数、大功率柴油机来说，柴油机本身体积大、废气流量大，再加上废气排烟管道的 不规则性，很难通过仪器直接测量出柴油机各分支准确的废气质量，因此该方法也很难得 以实施。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于解决具有多台废气涡轮增压器的大缸径、多缸数、大功率柴油 机氮氧化物排放测量所面临的诸多困难与不便，提供一种多增压器柴油机的氮氧化物排放 测量方法，能够完美地解决大缸径、多缸数、大功率柴油机在废气排放测量时，所面临的柴 油机增压器后背压过高的问题，避免对试车排烟管道进行重大改造。
[0010] 本发明解决其技术问题所采取的技术方案如下：
[0011] -种多增压器柴油机的氮氧化物排放测量方法，包括连接于所述柴油机之后的数 台废气涡轮增压器，每一台废气涡轮增压器之后连接一废气分支管，其特征在于：排放测量 点布置在所述废气涡轮增压器之后的各废气分支管上，或者同时连接在部分废气分支管之 后的废气汇流管上。
[0012] 进一步地，所述柴油机排放的平均废气浓度由所述各废气分支管的氮氧化物浓度 和各废气分支管的废气质量流量求得，其中，各废气分支管的氮氧化物浓度由各所述排放 测量点的测量结果得知；各废气分支管的废气质量流量通过计算经过各废气涡轮增压器的 废气质量流量得到，该经过各废气涡轮增压器的废气质量流量的计算是指，将柴油机看作 为一个喷嘴或者一个封闭管道，根据相关废气涡轮增压器的透平特性以及柴油机本身的性 能数据进行计算。
[0013] 进一步地，所述的经过废气涡轮增压器的废气质量流量为：
[0014] Qt = -~. 4Τθ1 + 273.： X5
[0015] 其中，
[0016] Gt为该废气涡轮增压器的废气质量流量，单位为kg/s，
[0017] nt= Pel+Pa，其中，Π t为增压器透平废气压力比，Pel为增压器透平进口压力， 单位为kg/cm2, Pa为大气压力，单位为kg/cm2，
[0018] /产为增压器透平流量特性参数，
[0019] Tel为增压器透平进口温度，单位为°(：。
[0020] 或者，经过废气涡轮增压器的废气质量流量为： L0022」 共中，
[0023] Gt为该废气涡轮增压器的废气质量流量，单位为kg/s，
[0024] 其中，Pel+Pa = nt，nt为增压器透平废气压力比，Pel为增压器透平进口压力， 单位为kg/cm2, Pa为大气压力，单位为kg/cm2，
[0025] V/ 为增压器透平流量特性参数，
[0026] Te 1为增压器透平进口温度，单位为°C。
[0027] 或者，所述的经过废气涡轮增压器的废气质量流量为：
[0029] 其中，
[0030] Gt为该废气涡轮增压器的废气质量流量，单位为kg/s，
[0031] Pel为增压器透平进口压力，单位为kg/cm2，
[0032] 匕为有效透平流通面积，Ft= a t*F_t，其中，Frast为增压器透平当量面积，α ,为 流量系数，Frast与α ,可以从增压器的透平特性曲线得到，
[0033] Te 1为增压器透平进口温度，单位为°C，
[0034] Dt为增压器透平流量系数，
[0035] 当 Pel+Pa 彡 1. 8688 时，Dt 为常数 0· 4003882，
[0036] 当 Pel+Pa < 1. 8688 时，
[0038] 其中，Kt为气体绝热指数，Pa为大气压力，单位为kg/cm2。
[0039] 本发明采用将排放测量点分散布置在各废气分支管上或者废气汇流管上的方式， 同时解决了通过废气涡轮增压器的透平特性以及柴油机本身的性能数据计算经过各废气 涡轮增压器的废气质量流量，进而由所述各废气分支管的氮氧化物浓度和各废气分支管的 废气质量流量求得柴油机排放的平均废气浓度的方法，从而尽可能缩短排放测量点与废 气汇流点的距离，避免了柴油机废气汇流管直径过大，废气汇流管道过长导致的布置废气 排烟管道的困难，达到了既可以充分利用柴油机生产企业现有的废气排烟管道，又能满足 MRPOL公约对柴油机氮氧化物排放测量的相关要求的目的。
【附图说明】
[0040] 图1是传统的大缸径、多缸数、大功率柴油机氮氧化物排放的测量状态图。
[0041] 图2是本发明实施例一的排放测量状态图。
[0042] 图3是本发明实施例二的排放测量状态图。
[0043] 图中，
[0044] 1柴油机，2a第一废气涡轮增压器，2b第二废气涡轮增压器，2c第三废气涡轮增压 器，3a第一废气分支管，3b第二废气分支管，3c第三废气分支管，5废气汇流管，5a第一废气 汇流管，6排放测量点，6a第一排放测量点，6b第二排放测量点，7背压调节阀。
【具体实施方式】
[0045] 本发明所述的多增压器柴油机的氮氧化物排放测量方法适用于大型柴油机，尤其 适用于大缸径、多缸数、大功率的柴油机。所述测量方法包括连接于所述柴油机之后的数台 废气涡轮增压器，每一台废气涡轮增压器之后连接一废气分支管，排放测量点布置在所述 废气涡轮增压器之后的各废气分支管上，或者同时连接在部分废气分支管之后的废气汇流 管上。
[0046] 所述柴油机排放的平均废气浓度由所述各废气分支管的氮氧化物浓度和各废气 分支管的废气质量流量求得，其中，各废气分支管的氮氧化物浓度由各所述排放测量点的 测量结果得知；各废气分支管的废气质量流量通过计算经过各废气涡轮增压器的废气质量 流量得到，该经过各废气涡轮增压器的废气质量流量的计算是指，将柴油机看作为一个喷 嘴或者一个封闭管道，根据相关废气涡轮增压器的透平特性以及柴油机本身的性能数据进 行计算。
[0047] 下面结合附图和具体实施例对本发明作详细的说明，但本发明的保护范围不限于 下述的实例。凡依据本说明书的内容所做的等效变化及修改，都属于本发明专利申请的技 术范围。