工程机械柴油机用排气消声器优化

2022-09-11

正文:

1. 消声器的作用和特点

按照噪声对周围进行辐射的方式, 可以将噪声分为气体动力以及表面辐射这两种, 其中气体动力噪声主要是进气、排气以及风扇产生的噪声;而表面辐射就是对机械产生的噪声以及燃烧过程中所产生的噪声, 在上面这两种噪声源当中, 排气所产生噪声是最大, 从柴油机设计这方面来看, 对排气噪声继续降低是至关重要的, 对其最为有效方式就是对排气消声器的改造工作。

排气消声器要保证其中气流通过, 同时也不能产生过大噪声, 因此, 除了保证消声性能外, 还需要保证其具备良好的空气力学结构设计。

排气消声器中主要是利用一下三种方式, 抗性、阻性及阻抗抗复合式, 但是如果要运用于柴油机当中, 就需要进行排放油粒或尘垢因此, 不能够采用阻性消声器。一般采用抗性消声器。

2. 消声器的设计优化

为解决前面提到的排气消声器对柴油机性能的诸多不良影响, 需要对现阶段市场上使用的排气消声器进行优化设计、匹配。

2.1 优化模型

消声器在设计中主要是对以下三个方面进行优化, 首先就是保证各个频带上要有足够的消声量, 同时保证空气动力学性能良好, 另外就是其结构一定要合理。总之就是再设计中不仅要保证噪声相关指标能够达到标准, 同时也不能够产生大的压力, 同时结构设计中对于尺寸要有要求, 与柴油机要相互匹配。

根据上述要求建立优化模型如下:

式中ki是指加权系数, 是将不同频带上消声量与目标值之间差距所表示的, 加权系数在本式中用K23来表示, 消声量形成总的压力损失用Dp (x) 表示, 同时消声量于各个频带中用PILi (x) 表示, 在各频带上的消声器量目标值通过Pobj表示。其中x1, x2, x3, …, xn这个变量是消声器中各个单元的尺寸参数, 对安装结构以及尺寸可以通过上限、下限xjmax, xjmin来规定。

2.2 排气消声器容积比的确定

在对排气消声器进行设计时, 对其容积比进行确定也就是 (V/Vh) , 是消声器总容积V与发动机排量Vh相比而得出的结论。英国道纳逊公司L·H·Billey在《柴油机工程师手册》 (Disel Engineering Hand Book) 中推荐, Vh就是气缸排放量, N为气缸的数量, n为运转速度, 可以通过以下方式来对总容积V进行估算:

式中K为常数, K=35000。

根据式 (1) , 对工程机械柴油机使用的排气消声器的总容积进行计算, 取K=35000, n=2200r/min, N=6, 可得:

即容积比V/Vh=6.5

柴油机原配为排气消声器的总容积比为:V/Vh=5.8, 低于理论计算数值, 是造成消声效果较差的原因之一。

2.3 消声器腔数的确定

通过上文进行相关研究, 可以看出如果运用单腔的消声器想要实现排气消声的目标是非常困难的, 需要组合上2-4腔的排气消声器才能够实现, 因此消声量并不是按照腔数的增加, 而是根据一定比例最进行最大程度的优化, 如果腔数设置过多, 反而会形成非常大压力, 导致功率产生更大损失, 对于消声器腔数的选择要满足消声量的同时在数量上尽量减少才是最为重要的。

2.4 吸声材料的选取

消声器腔内有很多多孔吸声材料, 通过对这种材料对于声波的吸收而完成消声目标, 在柴油机中排气噪声可以达到 (250Hz-4000Hz) 的高频程, 所产生噪声非常大, 因此, 选用超细玻璃纤维和岩棉作为消声材料, 提到的这两种材料都能够实现非常好的吸声效果, 同时还具备非常好的耐腐蚀性能, 因此完全能满足柴油机的使用要求。

运用上述分析、计算方法和过程, 对现生产用消声器进行了重新优化匹配和试验测试。

3 消声器试验

3.1 消声器性能试验

将柴油机固定于试验台架上, 按GB/T4759-2009《内燃机排气消声器测量方法》对消声器的功率损失、燃油消耗、排气背压、噪声等指标进行测量。试验结果见表一、表二。

排气消声器各参数测量表一:

排气消声器噪声测量表二:

3.2 消声器防锈能力试验

将现生产用消声器及优化后消声器分别装机运行一段时间后拆下, 向其表面喷洒冷却水, 放置于露天环境, 考核其防锈能力。因优化后的消声器采用进口镀铝复合板制造, 该板钢基上有一定的扩散层, 且扩散层的附着力强, 不易脱落, 从而较好地解决了表面受热后氧化生锈问题, 提高了表面质量。

4. 结论

4.1 现消声器结构单一, 容积偏小, 消声效果不理想, 不能满足装机要求。

4.2优化后消声器功率损失小, 油耗低, 排气背压低, 引射能力强, 防锈效果好, 优化是成功的;该消声器可作为原消声器的换代产品。

摘要：本文就我厂生产的工程机械柴油机所匹配之排气消声器存在的质量问题进行了分析, 提出了改进意见和方法, 并通过试验验证。排气消声器作为工程机械柴油机的重要零部件之一, 其与柴油机匹配的好坏, 将直接影响到柴油机性能的发挥。现阶段市场上的排气消声器配套厂家众多, 但材料多为普通钢板焊接而成, 内部结构也不尽合理;导致消音器产品普遍存在消耗功率大, 排气背压高, 整机油耗高, 消声效果差, 易生锈等问题, 尤其是在工程机械配套领域, 情况更为严重, 亟待优化提升。

关键词：工程机械柴油机,排气消声器,优化匹配