基于试验优化的高原发电用MJ350柴油机的性能匹配研究

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随着海拔的不断增高,大气压力与大气温度都在降低。柴油机在高原环境下性能大大降低,即使通过涡轮增压系统提升柴油机的工作性能,涡轮转速、过量空气系数以及燃油消耗率等各个因素都受到高原环境的影响而成为制约柴油机性能提升的瓶颈。MJ350柴油机是某企业自主开发的一款用于发电用的重型柴油机。但在高原使用过程中,出现增压器故障率高、超速等问题,因此,选择MJ350柴油机增压系统的优化匹配为课题进行研究,期望优化该发动机高原性能,并总结出发动机高原性能匹配优化流程方案,为企业进一步开拓高原市场以及提升柴油机性能提供理论支撑。以下为本文研究的主要内容:1、本文分析了国内外高原柴油机研究现状,介绍了本文研究基于MJ350柴油机增压器匹配的性能优化研究背景与意义。2、介绍了MJ350柴油及其增压器系统工作原理;分析了高原环境的基本特点,总结了大气压力、温度、空气密度以及含氧量随海拔变化的规律。总结了随海拔升高,发动机高转速工况易发生增压器超速,低转速工况易发生压气机喘振,中低转速工况易发生涡轮排温过高。这些因素都极大地影响了增压器的安全、稳定运行和使用寿命。分析了高原环境对柴油机性能的影响,随着海拔升高,柴油机功率下降显著增大。3、分析了MJ350柴油机增压器性能匹配的原则,即设计工作点的增压压力、空气流量、柴油机功率和燃油消耗率能达到预期要求;要尽可能使柴油机运行线穿过压气机特性线的高效区并与喘振边界线大致平行。阐述了可变截面涡轮增压器高原性能匹配方法,给出了涡轮增压器与内燃机配合特性的评价原则。4、结合MJ350柴油机高原环境下工作的性能指标,开展了基于平原模拟试验的柴油机高原性能匹配研究。首先进行了M5和K6增压器的性能匹配试验,其次进行K6增压器和MJ增压器高原性能模拟试验,得出MJ增压器高原转速接近限值要求。最后进行新方案的MJ1、MJ2增压器与K6增压器高原性能对比评估试验,结果表明MJ1增压器不会出现超速现象,确定MJ1增压器方案作为燃烧系统优化方案;同时进行高原启动性能优化试验;还进行了两种方案压缩比的活塞性能对比试验,确定了压缩比为17.5:1活塞作为优选方案。5、对MJ350柴油机进行高原性能现场试验,通过平原与高原性能对比试验,确认选配MJ1增压器作为最终方案,进行发动机最终配置状态的封油门试验及负荷特性试验,得出4200m高原环境下功率较平原下降10.3%,符合国标要求。
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