康明斯发动机应用工程培训 Exhaust Systems...

康明斯发动机应用工程培训Exhaust Systems 排气系统

康明斯发动机应用工程培训康明斯发动机应用工程培训Exhaust Systems Exhaust Systems 排排气气系系统统

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应用工程培训

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Exhaust Systems 排气系统

内容

系统作用

定义

安装要求

设计指南

评审程序

常见问题

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PURPOSE OF AN EXHAUST SYSTEM

排气系统的作用

保证发动机最佳性能的同时，把所有排气安全地运

离发动机并安静地排到大气中去。

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为什么需要排气系统

必须消减发动机产生的排气噪声以满足法规和客

户对噪音要求。

由于发动机排出的废气对人体有害，必须把它们

排到远离驾驶舱进气口的地方。

必须使排气远离发动机进气口和冷却/通风系统

以降低发动机工作温度并保证其性能。

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Exhaust Systems 排气系统Definitions 定义

MUFFLER 消声器降低排气噪声，通过下述下述两种方法：

利用反射元件，如容积、管道、谐振腔等，消散或反射声波；

利用吸收/分散元件，如精心设计的带孔的隔板，蜂窝陶瓷，隔热纤

维材料等，吸收或消弱声波能量。

SILENCER 重型消声器同消声器，但通常指体积较大，结构复杂，容积较大的消声器，用于固定或重型工业设备，也可以用来回收排气能量。

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SPARK ARRESTOR 火花捕捉器通过隔板或利用颗粒的惯性，捕捉较大的未燃烧的炭粒，防止点燃周围干燥的植物，可以和消声器一起使用

ATTENUATION LEVELS 降噪水平降噪水平取决于设备的类型以及使用环境的要求。

工程机械或一般水平为 12 到 18 dBA

居民区水平为 18 到 25 dBA

要求较严的水平为 25 到 35 dBA

要求极其严格为 35 到 45 dBA

许多设备都必须满足强制的排放法规，包括机外和驾驶舱内的噪声，其中排气噪声是一个重要因素。

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EXHAUST BRAKE排气制动阀排气制动阀是一种设备，在车辆反拖发动机的情况下，通过关闭排气吸收能量，降低车速。排气制动和压缩制动不同（C型和J型制动），

压缩制动通过在压缩上止点给汽缸卸荷达到制动效果。

FLEXIBLE SECTION柔性管排气系统的设计必须能承受系统的热胀冷缩，必须允许发动机的振动和移动；

如果排气管路很短且固定在发动机上，可以不需要柔性管；

如果排气管路很长且固定在车架上，必须有柔性管部分，尽量减少排气系统、增压器、排气歧管的应力；

柔性管的长度一般为12~24英寸；

一般来说，柔性管只在垂直方向带柔性，而不能压缩或延伸，柔性管不能作为弯管或补偿管路之间的不对中。

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EXHAUST SYSTEM排气系统Definition定义

• 用水冷却的排气歧管和增压器 – 康明斯工业用发动机都不带排气歧管或增压器壳体冷却，在某些发动机

上提供增压器轴承冷却。

• 排气排尘器 – 适用两级空气滤清器的第一级（离心过滤），利用文丘里喉管原理，通过

排气流过喉管的负压效应，连续排除空气滤清器中的灰尘。

– 增加了排气阻力

– 需要一个单向舌形阀，防止怠速时气流回流。

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Exhaust Systems 排气系统Requirements 安装要求

SYSTEM RESTRICTION 系统阻力

设备处于阻力最大的配置组合状态，在发动机额定负荷和转速工况下，排气系统产生的排气背压不得大于发动机技术参数表上或安装要求上规定的限值 ⊗ 。

CONTAMINATION & RADIATION 污染和热辐射

在正常作业时，排气不得污染发动机进气或冷却系统进气、或操作人员、货物和设备间。

必须减少排气管路和消声器向发动机舱的辐射热以防止冷却系统过载。

WATER INGESTION 防水

系统应防止水进入发动机或增压器。

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NOISE 噪声

系统必须把排气噪声消减到符合法令、标准或工业上公认的要求水平。

ATTACHMENTS 附件

连接到发动机排气歧管或增压器上的附件不得由于重量、

运动或热膨胀等原因而对排气歧管和增压器施加过大的应

力，同时也不得限制弹性发动机悬置系统所要求的变形⊗

EXHAUST BRAKE 排气制动阀

如果使用了排气制动阀，则它必须：

具有正确的互锁控制系统（节气门全关，离合器啮合时才能使用）。

不超过发动机允许的最大背压。

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排气系统--安装要求

. 增压器出口法兰的最大静支撑重量增压器出口法兰的静支撑重量不能超过发动机最大限值（一般为 10 ~ 20

英镑-英尺）；

发动机技术参数表

EXHAUST SYSTEM

Maximum Back Pressure...................................................................... — in. Hg (mm Hg) 3.0 (76)

Exhaust Pipe Size Normally Acceptable ............................................. — in. (mm) 3 (76)

Maximum Static Supported Weight at the Turbocharger Outlet Flang . — lb-ft (N.m) 10 (13.5)

Exhaust Manifold Insulation Acceptable.....................................................Yes/No No

Turbocharger Insulation Acceptable...........................................................Yes/No No


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HEAT SHIELDS 隔热罩

如果排气系统有可能碰到人员或其它部件，则应该安装合

适的隔热罩以防止人员受伤或部件损坏。为减少消声器和

排气管热量辐射到其他容易损坏的部件上（胶管、电线、

接头等）也需要隔热罩。

许多康明斯发动机都不允许在排气歧管和增压器上使用排

气隔热毯。是否可使用应参考发动机技术参数表 ⊗ 。但允

许主机厂在消声器和主机厂安装的排气管上使用隔热毯。

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Exhaust Systems 排气系统Design Guidelines 设计指南

排气阻力的计算

• 康明斯ADVISOR 软件

• 查表计算

以C245 20为例

排气流量：45.2m3/min

ID100mm 1000mm直管：3.2 mmHg

ID100mm 90度弯头：5.1 mmHg

ID85mm 1000mm直管: 7.4 mmHg

ID85mm 90 度弯头: 10.1 mmHg

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Exhaust Systems 排气系统Examples 安装示例

Short and light weight短而轻

Corrugated flex section波纹管

Support to hood or enclosure支撑点

Solid to hood or enclosure与机罩固定


Slip joint滑动连接

fixed at 2 points固定点


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Exhaust Systems 排气系统Examples 柔性结构举例

Socket Flange Ball Joint铰接式

Interlock Type 互锁式

Corrugated type 波纹管

•good for lateral movement•好的侧向运动性能•does not provide axial growth•不提供轴向变形•does not provide a positive seal to exhaust gases•密封性不佳

•provides axial growth capability 轴向变形能力•provides an excellent protection against exhaust gases leakage 密封性良好

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Exhaust Systems 排气系统Design Guidelines 设计指南

EXHAUST BLANKETS 隔热毯

Insulation on the exhaust manifold and turbocharger turbine casing is not permitted in any Industrial application.所有的工业应用都不允许对排气歧管和增压器壳体进行隔热处理。

•在排气歧管或增压器上覆盖隔热毯会导致这些部件温度升高，从而导致：

•降低排气歧管的强度，从而导致排气歧管在增压器的重力下变形。

•降低增压器壳体的强度，从而导致增压器叶轮损坏。

•造成排气歧管和增压器氧化脱落。

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Exhaust Systems 排气系统Verification Procedures 评审程序

SYSTEM RESTRICTION 系统阻力设计评审：用Advisor 计算阻力

产品检查

产品测试

CONTAMINATION & RADIATION 污染和热辐射设计评审

产品检查

产品测试－－－如果有必要以确认系统的性能

WATER INGESTION 防水设计评审

产品检查

产品测试－－－如果认为有必要以确认系统的性能

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NOISE 噪声设计评审

如果制造商的标准程序中不包括的话可进行噪声测试。

ATTACHMENTS 附件

设计评审

产品检查


EXHAUST BRAKE 排气制动阀设计评审

产品检查


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HEAT SHIELD 隔热罩

设计评审

检查产品，以确保在确有必要时使用的是通风式的隔热罩，而没有使用未经批准的隔热毯

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Exhaust Systems 排气系统Examples 测试

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Exhaust Systems 排气系统Examples 测试

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排气阻力过大

原因：消声器自身阻力大，管径小，弯头多等。

结果：功率下降，油耗增加，排气温度上升，排气部件故障增加。

缺少柔性段或柔性不足

波纹管易损坏

过定位支撑

排气制动背压超限

噪声大

Exhaust Systems 排气系统Common Issues 常见问题

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发动机转速 (rpm)

扭矩

(N.m)

无消声器 (12kpa,90mmHg)

Nelson 86168M (14kpa,105mmHg)1201N13 (53kpa,397mmhg)

Exhaust Systems 排气系统排气阻力与发动机外特性 6CTA8.3-10 (240hp/2400rpm)

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Exhaust Systems 排气系统排气阻力与油耗 6CTA8.3-10 (240hp/2400rpm)

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比

油

耗 (g/

kw.h)

1201N13 (53kpa,397mmHg)

Nelson 86168M (14kpa,105mmhg) 无消声器 (12kpa,90mmHg)

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Exhaust Systems 排气系统排气阻力与排气温度 6CTA8.3-10 (240hp/2400rpm)

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排气

温度

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C)

1201N13 (53kpa,397mmHg)

无消声器 (12kpa,90mmHg)Nelson 86168M (14kpa,105mmHg)

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Exhaust Systems 排气系统排气阻力对发动机外特性的影响－ 4BTAA发动机

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转速 RPM

扭矩

(N.m

)

实验室条件 2 kpa

无消声器 10 kpa

消声器阻力 12.5 kpa

消声器阻力 26 kpa

消声器阻力 42 kpa

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排气系统

排气阻力对油耗的影响

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Exhaust Systems 排气系统常见问题－－波纹管损坏

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Exhaust Systems 排气系统Good Experience 好的安装

一小段波纹管

避免增压器受力过大支架

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