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1、1工程 采矿 伐木 农业和固定式动力 安装推荐 排气系统为保证一台C U M M I N S 发动机发出它的额定功率必须重视排气系统的排气特性这些安装推 荐用来指导以获得满意的排气系统的安装要获得C u m m i n s 对某一应用的认可, 排气系统必 须至少满足下列要求1 当用C U M M I N S 推荐的方法检查时排气背压不能超过相应发动机数据表中的限值2 排气系统部件不应由于其自身的重量惯量部件间的相对运动或因热膨胀产生的尺寸 变化而对排气歧管或涡轮增压器施加过大应力3 排气系统必须能完全阻止来自于路面飞溅的泥水雨水清洗或其它来源的水进入发动 机机体或涡轮增压器4 排气必须被疏散以
2、便它不会对空滤器的功能冷却系统的效率发动机周围环境或操作 者产生负面影响为了操作者的舒适性和环境的可接受性噪声控制也应受到重视因此要加强排气系统消 声的努力消声器会增大排气背压然而通过选择合适的消声器和正确的安装位置则能 以最小的排气背压获得所要求的降噪水平排气消声器原理主要的排气噪声产生于当发动机燃烧产生的废气被排气门释放进入排气歧管通道时气流 特性导致废气的振动和压力波这些压力波是许多波长和振幅的波的混合波波长或频率( 每秒循环次数) 和振幅( 响度) 是 在人耳听觉范围内的由于气体中的压力波是一种能量形式所以消耗或吸收这种能量从而降低或消除压力波 ( 声音) 是可能的排气系统中的消声器正
3、是按照这个能量降低原理工作的大多数消声器或者吸收噪声的能量或者对进来的波反射以减弱它的力量吸收式消声器通 过使声波进入一种不能将波反射回通道的声学软材料来减弱噪音玻璃纤维是一种吸声材 料然而就象大多数吸声材料一样它没有能使之固定的结构强度容易被气流吹走 因此吸收式消声器不用于工程采矿伐木和农业机械反射扩散型消声器通过把压力波反弹回原波来降低噪音如果一个压力波以一定频率和 振幅在某一方向传播同时引入一个反方向的精确复制波两波相遇能量互相抵消从而达 到消声或使得振幅大大降低将声波向原波反射的消声器腔体被制成各种尺寸以覆盖广泛 的频率范围.消声器可以通过声波在缝隙或孔处的泄漏来分散或减弱声波削减其能
4、量消声器制造 商从事降低噪声工作生产出最佳的降低排气噪声的产品2排气消音器选择消音器设计是高度专业化的技术消音器制造商最有能力提供消音器的结构细节并推荐其 大小长度和在管路中的位置影响排气消音器选择的因素有( 1 ) 可用空间 ( 2 ) 费用 ( 3 ) 降噪的要求( 4 ) 允许的背压 ( 5 ) 可得性 ( 6 ) 外观 ( 7 ) 对其它部件或人员的适应性一般来说增大消音器尺寸将改善消音水平对给定容量的消音器降噪能力的提高通常会 增大排气阻力也就增大了排气背压通常圆形消音器更好因为它更趋于保持声音而不让声音通过平的表面散掉双层卷管和双 层壁消音器表面也有助于保持声音发动机参数表中列出了
5、通常可以接受的发动机排气管直径这一尺寸通常也可用作消音器 进口直径为防锈蚀和美观最常用的材料是镀铝中碳钢或不锈钢消音器的安装 消音器的安装必须能够承受使用中的冲击负载而不会变形和损坏支撑和卡箍的布置应使 热膨胀的产生沿着适当方向而不会对排气系统部件施加严重的应力使用柔性管可允许侧 向偏移但须注意它们在线性或轴向常常是刚性的( 参见图2 ) 提供管路柔性的典型设计如图 1 所示适应热膨胀和冲击负荷的排气系统安装方式如图2 所示排气背压 过大的背压能导致发动机性能损失在给定的发动机安装中排气背压大小将取决于管路 的尺寸弯管和接头的数量和类型消音器的选择和位置曲度大的弯管通常是排气背压 的最主要来源
6、 对于一般的安装数据表中提供的管路直径是假设采用了最少的小半径 弯管和变径接头由于背压与管径的5 次幂成比例所以管径的小量增大将大大降低由于管路造成的背压背压的近似值可用如下方法得到 1 消音器背压可以从消音器制造商处得到 2 用图3 确定排气管和弯头产生的背压例如对于一台发动机排气流量为2 0 0 0 C F M 的典型系统的计算如下项目 背压 消音器 0 . 7 5 0 i n . H g 1 2 英尺长直径6 英寸直管1 2 0 . 0 0 6 7 = 0 . 0 8 0 4 i n . H g1 . 5 英尺长直径6 英寸柔性管1 . 5 0 . 0 0 6 7 2 0 . 0 2 0
7、 1 i n . H g1 6 6 4 4 个直径6 英寸9 0o弯管( 1 2 ) 0 . 0 0 6 7 0 . 2 1 4 4 i n . H g9 2 6 2 个直径6 英寸4 5o弯管2 0 . 0 9 1 ( 1 2 ) 0 . 0 0 6 7 0 . 0 6 0 3 i n . H g3_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _1 1 2 5 i n . H g计算出的背压是管路平均摩擦阻力的近似值 必须通过实际测量来验证V 型发动机管路V 型发动机可能有如下几个排气系统中的一个例如( 1 ) 排气管路 T 形连接 ( 2 ) T 形消声器( 3 ) 分开的消声器带有一个平衡
8、管( 4 ) 完全独立的排气系统图4 显示了一些能把发动机两侧排气连接在一起的装置两个消声器系统可能导致非常麻烦的一种振动T 形连接系统可以平稳地混合背压和噪声也可能完全不平衡而导致排气噪声和高背压的加强必须移动消声器或增长或减短相应的排气管以消除这类问题为使背压和噪声得到最好的抑制有人希望在排气管不同位置安装商业上可行的Y 形连接器或Y 形消声器4图 1 柔性排气连接类型球铰式连接每个柔性系统有 2 个互锁型波纹管5图 2 合适的排气系统注意如果发动机是软安装或允许一定扭矩下摇摆那么排气系统必须允许这样的移动而且不会因此对排气系统零件施加过大应力或由于运转松动造成泄漏短而轻柔性部分固定到 发
9、动机盖上与排气系统滑动连接支撑到设备上柔性部分半固定到设备上支撑可摇摆支撑到发动机上的弯头固定的单点 固定柔性 部分双点 固定6一个便宜有效和简单的系统就是把排气出口Y 形连接到单个消声器上必须正确布置这种消声器这种消声器的大小应大约是单侧消声器的1 - 3 / 4 倍( 参见图4 )图 3 背压列线图解法阻力柔性管等效直管的 2 倍弯头 等效直管长度 9 0 弯管1 6 等效直径 4 5 弯管 9 等效直径例如166直径96 英寸等效直径 2000cfm 8英尺的 6直管 通过 6 0.00678=0.0536 直径弯管英寸汞柱7排气系统弯矩图 4 V 型发动机的T 型装置T 型 消音器T
10、型联接8发动机上的排气部件设计上可支撑合理的管路负荷但不能支撑系统的主体轴承和叶轮紧密配合的涡轮增压器的运转速度相当高涡轮被设计并做成是用来泵大量的空气不能用于支撑长时间运行的管路和消音器涡轮增压器在排气出口法兰处能承受的最大弯矩是2 0 f t l b s ( 2 7 . 1 2 N . m ) 此时不出现过度变形和应力 . 好的设计应使弯矩值最小( 参见图2 )同样地, 自然吸气发动机排气法兰上可承受3 f t l b s ( 4 7 . 4 6 N . m ) 的弯矩排气歧管与气缸盖的联接处能承受6 5 f t - l b s ( 8 8 . 1 4 N . m ) 的弯矩在使用了典型管
11、径和重量的现代发动机安装中距涡轮增压器4 英尺1 . 2 2 米之内以及距自然吸气发动机排气歧管6 或7 英尺( 1 . 8 3 或2 . 1 3 m ) 之内需要设置一个支撑如果冲击负荷很大此距离必须缩短 在没有辅助支撑的任一发动机上既不能把消音器了不能把排气制动直接安装到排气歧管上使用一根安装正确的1 8 英寸( 4 5 7 . 2 m m ) 长的柔性管后可允许在发动机上连接排气系统附件而不会对发动机部件产生过大应力典型的柔性管应用如图2 所示排气系统附件排气制动排气制动装置中有一种是用蝶阀关闭排气管在传动系试图使发动机超速时制动发动机克服高背压被迫泵气因而产生制动力使车辆减速需要注意事
12、项如下1 排气制动将产生3 5 到4 5 p s i ( 2 4 1 . 3 6 3 1 0 . 2 k P a ) 的压力所以系统应能承受这么大的压力而不泄漏或吹掉卡箍密封垫2 制动总成直接安装在发动机上将超过允许的弯矩, 因此一个辅助支撑是必要的3 必须在蝶阀上钻一个孔或调节蝶阀行程停止点以便发动机在怠速时不会因完全制动而熄火4 参见进气系统安装推荐中须遵守的注意事项以便在使用排气制动时保护空滤器滤芯5 连续使用排气制动可导致燃烧的杂物进入发动机其它部分在喷油器和气门上形成积碳也是一个问题经验显示机油滤清器和空气滤清器滤芯的更换周期和保养过程可能比的正常周期短排气真空吸气管两级干式空滤器可
13、以使用排气吸气管排出这种组合滤清器第一级中的脏物用这个方式可以连续地排出脏物排气真空吸气管利用文氏管原理在吸气管的喉管处产生一个真空文氏管也是排气系统的一个孔式限流器它可导致排气背压超过限值吸气管设计图例如图5 所示9当流速较低时( 发动机怠速) 排气会流进吸气管把碳和未燃燃油带到空气进气中而堵塞空滤器滤纸如果在吸气管的后面有阻力或管路时这种情况特别普遍应使用一个单向盖板阀来防止倒流经过吸气器排出的脏物是经常被忽略的一个因素如果它喷到窗户上或倒入一个加热的垃圾箱堵塞管道系统都是麻烦事排气帽为了更好地使废气扩散和降低噪音排气口可以是直朝上的为避免水杂物等进入发动机需要在尾管上加一个相应的单向盖板
14、阀检查排气系统阻力1 自然吸气发动机A 在排气系统中靠近排气歧管出口处的直管部分上连接一个量程大于4 0 英寸( 1 0 1 6 m m ) 水柱的压力计( 4 1 英寸1 0 1 6 m m ) 水柱等于3 英寸7 6 . 2 m m ) 汞柱. 压力计附近连接点的朝向或区域的变化可能导致错误的读数在直管上焊一个管接头并通过接头的中心钻一个1 / 8 英寸( 3 . 1 7 5 m m ) 的孔与管相通以得到一个压力计的连接点B 让发动机在全速全负荷状态运行并记录压力计读数对照发动机数据表上允许的排气背压检查读 数可通过制动液压系统加载或推动静止物体来对加载空载运行是不够的因为在正常排气温度时带载的排气流量要大得多2 增压发动机10A 与1 A 中所述相似连接水压力计到涡轮增压器排气出口B 为了确保在增压器处于全增压状态时读取排气背压值把一个5 0 英寸( 1 2 7 0 m m ) 汞柱或更大量程的水银压力计连接于进气管道上的螺堵内该螺堵位于进气歧管/ 进气横跨管连接法兰上方C 在额定转速下全负荷运转发动机, 直到获得一个稳定的进气通道压力然后读取排气系统背压压力计的值3 V 型自然吸气发动机在一个V 型发动机中排气系统有可能在一侧歧管内背压增强所以必须检查每一侧歧管内的压力每侧歧管不能超过最大允许背压即使在一个好的平衡系统内每侧歧管内的背压也不一定是相等的
