低速二冲程柴油机复合动力涡轮匹配研究

　　摘要：对某型带有排气旁通的低速二冲程柴油机，采用柴油机复合动力涡轮技术，回收柴油机排气能量。基于GT-POWER软件对某低速二冲程柴油机进行仿真计算，以同时考虑燃油消耗率、柴油机功率、动力涡轮功率、系统总功率、系统热效率、压气机喘振裕度的方式，寻找匹配点。结果表明：当动力涡轮喷嘴环当量直径为50mm时，动力涡轮复合系统可在50%到100%工况回收排气能量，额定工况下，旁通14.00%的废气，动力涡轮回收的功率为427.58kW，占原机的6.68%，动力涡轮回收比最大，复合系统的功率为6698.42kW，比原机提升了4.62%。

　　關键词：低速二冲程柴油机;动力涡轮;排气能量回收;匹配

　　0 引言

　　目前，大型低速二冲程柴油机的热效率接近50%[1]，燃料燃烧产生的能量有大量被废气所带走，如果合理利用这部分排气能量，可以满足制冷、制热、制淡的要求，还可以发出大量的电，以供船舶设备的使用。余热回收可实现节能减排，满足国际海事组织的新要求，打造绿色船舶[2]。

　　大型低速柴油机排气量大、温度较高、热量多，为了保证涡轮增压器不超速，需要将多余的排气旁通，因此带有排气旁通的柴油机采用动力涡轮复合技术，能够有效地回收排气余热。由于柴油机、动力涡轮和涡轮增压器三者之间存在紧密的气动联系，动力涡轮的加入会使涡轮增压器的可用排气能量减少，会对整机的运行造成影响，因此需要进行柴油机与动力涡轮的匹配工作[3]。

　　本文基于GT-POWER软件搭建某低速二冲柴油机的仿真模型，在此基础上搭建动力涡轮并联涡轮增压器的仿真模型，分析动力涡轮喷嘴环当量直径对整机性能的影响，考虑燃油消耗率(BSFC)、柴油机功率、动力涡轮功率、系统总功率、系统热效率、压气机喘振裕度，不改变原机的涡轮增压器，对加入的动力涡轮进行优化匹配。

　　1 柴油机复合动力涡轮系统仿真模型

　　1.1 柴油机仿真模型

　　研究对象为某低速二冲程柴油机，柴油机的基本技术参数如表1所示。

　　低速二冲程柴油机包括进排气系统、柴油机本体、燃油喷射系统、涡轮增压系统等[4]。燃烧模型采用“EngCylCombDIPulse”。应用GT-POWER软件进行建模，柴油机整机模型如图1所示。

　　完成该发动机的模块化建模之后，按照试验数据设置环境温度、压力、发动机转速等参数，然后对螺旋桨推进特性100%工况、85%工况、75%工况、50%工况进行仿真计算。将计算结果与试验数据进行对比校验，误差均在5%以内，表明该模型可用于柴油机复合动力涡轮的仿真计算。

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文章名称： 低速二冲程柴油机复合动力涡轮匹配研究

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