三菱柴油发电机组技术资料.docx
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三菱柴油发电机组技术资料
输出功率相对环境条件的调整
（工业用SB–SU柴油发动机）
销售资料给出了发动机在标准参考条件下的输出功率。
当要求发动机在与标准参考条件不同的环境中运行时，发动机的输出功率必须进行调整。
1.标准参考条件
用于调整发动机输出功率的标准参考条件如下表：
标准
环境条件
JISB8002
ISO3046
BS5514
DINISO3046
JISD1005
SAEJ1349
LES3001
LES3002
三菱
绝对空气温度
298K（25℃）
278至313K
（5至40℃）
40℃
总大气压力
100kPa（750mmHg）
最高300mm
（最低734mmHg）
1500m
（634mmHg）
相对湿度
30%（7.5mmHg）
85%
-
进气冷却液温度
TA
-
90℃
TK
298K（25℃）
-
最高305K
（最高32℃）
32℃
注
（1）：
JISB8002往复式内燃机通用规则和试验规范
JISD1005工程机械用柴油发动机试验方法
LES3001工业型水冷、4冲程柴油发动机（用于驱动交流发电机）
（工业型内燃机协会标准）
LES3002工业型水冷、4冲程柴油发动机（用于泵驱动）
（工业型内燃机协会标准）
ISO3046往复式内燃机–第1部分（国际标准）
BS5514往复式内燃机–第1部分（英国标准）
DINISO3046往复式内燃机–第1部分（德国标准）
SAEJ1349发动机功率试验规范（美国汽车工程师协会有限公司）
注
（2）：
TA带中冷器的发动机（进气用中冷器冷却，发动机冷却水用于中冷器）
TK带外冷器的发动机（进气用外冷器冷却，单独的冷却水用于中冷器）
目前的销售资料符合JIS或ISO标准。
一些旧销售资料符合以下所列出的旧标准，但是应该被认为是等同于目前的销售资料。
（日语版）旧JISD1005）（英语版）旧SAE816b
温度：
20℃85°F（29.4℃）
大气压：
760mmHg29inHg（746mmHg）
相对湿度：
65%0.38inHg（31.5%）
2.调整方法
输出功率根据JISB8002（符合ISO3046-1）进行调整。
1）对于三菱发动机规定的空气温度和大气压与JISB8002有所不同，原因是三菱增压器在转速和涡轮进气温度上留有一个余量。
三菱TK和TA发动机进气冷却液温度分别为32℃（89.6°F）和90℃（194°F）。
2）对于三菱TA发动机，不需要对中冷器冷却液的温度进行调整，因为发动机实际运行的冷却液温度低于90℃（194°F）。
（在下面的公式中q=0）
3）“调整”是指降低而不是增加输出功率。
Px=αPr……………………………………………………..
（1）
1
α=K–0.7（1-K）（——–1）……………………………..
（2）
μm
pxmTranTcrq
K=（——）（——）（——）……………….（3）
praTxTcx
其中：
Pr=标准参考条件功率，kW（PS）
pra=总大气压带入参考，kPa=634mmHg（见图2）
Tra（tra）=制造商提供的绝对温度的带入参考，K（℃）=313K（40℃）
Tcr（tcr）=进气冷却液标准参考绝对温度，K（℃）=305K（32℃）---TK
α=功率调整系数
K=指示功率比
μm=机械效率=0.85
Px=运算状况的功率，kW（PS）
px=运算状况的总大气压，kPa（mmHg）
Tx（tx）=运算状况的绝对空气温度，K（℃）
Tcx（tcx）=运算状况的中冷器进口冷却液绝对温度，K（℃）
幂指数m、n、q=具有下表给出的数值：
m
n
q
增压
0.7
2.0
0
增压，中冷
0.7
1.2
1.0（TA:
0）
S12R-PTK，S16R-PTK
0.7
1.2
1.47
注：
表中q值是专门为S12R-PTK，S16R-PTK发动机定义。
下表基于简化计算方法，然而对于保修目的，是足够精确的近似值。
发动机类型
环境条件
增压
增压、中冷
增压、中冷
（TK）
备注
空气温度
6.5%，每10℃
4%，每10℃
见图1
大气压或海拔
2.5%，每300mm
见图2和3
相对湿度
不需调整
中冷液温度
不需调整
外冷液温度
除S12R-PTK和S16R-PTK外，为3.5%，每10℃
S12R-PTK和S16R-PTK为5%，每10℃
32℃~50℃
见图1
计算例题
按以下环境条件考虑发动机的功率：
空气温度（t）：
45℃（318K）
海拔（H）：
2000m（596mmHg）
外冷液温度（tc）：
40℃（313K）
（1）增压发动机（T）
5960.73132.03050
K=（——）（——）（——）=0.9278
634318313
1
α=0.9278–0.7（1–0.9278）（——–1）=0.9189----8.11%,用插入法
0.85
（2）增压中冷发动机（TA）
5960.73131.2
K=（——）（——）=0.9396
634318
1
α=0.9396–0.7（1–0.9396）（——–1）=0.9321----6.79%,用插入法
0.85
（3）外冷发动机（TK）
5960.73131.23051.0
K=（——）（——）（——）=0.9156
634318313
1
α=0.9156–0.7（1–0.9156）（——–1）=0.9051----9.49%,用插入法
0.85
（4）S12R-PTK，S16R-PTK
5960.73131.23051.47
K=（——）（——）（——）=0.9045
634318313
1
α=0.9045–0.7（1–0.9045）（——–1）=0.8927----10.7%,用插入法
0.85
图1：
空气温度和外冷液温度对功率的调整
图2：
大气压力对海拔高度换算
图3：
海拔高度对功率的调整
柴油发电机组发电系统规划起点–基本数值（近似）
拥有一台或多台柴油发电机组的发电房的规划起点是一些作为发电机房设计因素的基本数值。
这些数值帮助设计者确定每台柴油发电机组的输出容量、发电机房的定位和布置，以满足所规划发电房的千伏安容量要求。
以下即为这些基本数值，用来作为工作参考。
序号
设计因素
单位
每PS
额定发动机输出（4/4）
每kVA
发电机额定输出
（功率因数0.8，
效率91%）
备注
1
总燃油热值，Qo
kcal/hr
1.63×103
1.95×103
使用燃油热值：
10200kal/kg，
燃油消耗：
0.16kg/PS*hr
2
发动机制动功率，Qp
kcal/hr
6.3×102
7.5×102
3
冷却水热损失，Qw
kcal/hr
4.1×102
4.9×102
25%总热值（近似）
4
排烟热损失，Qc
kcal/hr
5.7×102
6.8×102
35%总热值（近似）
5
辐射热损失，Qr
kcal/hr
49
59
3%总热值（近似）
6
燃油消耗，Vf
liter/hr
0.19
0.23
燃油消耗：
6kg/PS*hr
燃油比重：
0.84kg/liter
7
机油消耗，qL
liter/hr
8.9×10-4
10.6×10-4
最大0.5%燃油消耗（近似）
8
燃烧空气量，Vi
m3/min
6.5×10-2
7.8×10-2
过空气比：
2.0
9
发电机房通风量，Va
m3/min
0.31
0.37
机房温升：
Δt=18℃（标准）
10
排烟流量，VG
m3/min
0.17
0.20
排烟温度：
500℃（近似）
11
发动机制动扭矩，T
1200rpm
kgf·m
0.60
—
1500rpm
0.48
—
1800rpm
0.4
—
12
平均制动压力，Pma
1200rpm
kgf/cm2
0.75/V
—
V=总活塞排气量，liter
（只适合4冲程发动机）
1500rpm
0.60/V
—
1800rpm
0.50/V
—
13
平均活塞速度，Vp
1200rpm
m/sec
40L
L=活塞冲程，m
1500rpm
50L
1800rpm
60L
计算公式
1.总燃油热值，Qo（kcal/hr）
Qo=Ho*be*LeHo=燃油低热值≈10200kcal/kg
=1632*Lebe=燃油消耗（≈0.16kg/PS*hr）
Le=发动机输出功率（PS）
发动机产生的热效率和热损失如下：
制动功率输出，μp----------------------------=30%~40%
冷却水热损失，μw---------------------------=20%~25%（包括约3.5%的机油热损失）
排烟热损失，μG------------------------------=30%~35%
辐射热损失，μr-------------------------------=2%~3%
2.发动机制动功率，Qp（kcal/hr）
Qp=632.5*Le（1PS=632.5kcal/hr）
3.冷却水热损失，Qw（kcal/hr）
Qw=μw*Ho*be*Le（μw=0.25）
=408*Le
4.排烟热损失，Qc（kcal/hr）
Qc=μG*Ho*be*Le（μG=0.35）
=571.2*Le
5.辐射热损失，Qr（kcal/hr）
Qr=μr*Ho*be*Le（μr=0.03）
=49*Le
6.燃油消耗，Vf（liter/hr）
be
Vf=——*Le
γf
=0.19*Le（γf=燃油比重=0.84kg/liter）
7.机油消耗，Ql（liter/hr）
be*β
QL=————*Le
γL
=0.00089*Leβ=机油消耗与燃油消耗的比率（最大0.5%）
γL=机油的比重（≈0.9kg/liter）
8.燃烧空气量，Vi（m3/min）
μ*λ*be
Vi=——————*Le
60*γa
=0.065*Leμ=1kg燃油燃烧所需的最少空气量（=14.2kg/kg）
λ=过量空气比（≈2.0）
γa=空气比重（=1.165kg/m3，大气压760mmHg，温度30℃时）
9.发电机房通风量，Va（m3/min）
K*f
Va=————————*Le
60*Δt*Cpa*γa
K=常数，632.5kcal/PS*hr（1PS=632.5kcal/PS*hr）
=0.313*Lef=柴油发电机组热消耗系数=15%（标准）
Δt=允许温升（≈18℃）
Cpa=空气恒压热=0.241kcal/kg℃，（大气压760mmHg，温度30℃时）
10.排烟流量，VG（m3/min）
be（1+14*2λ）
VG=————————*Le
60*γG
=0.172*LeγG=排烟比重=0.465kg/m3（500℃）
11.发动机制动扭矩，T（kgf·m）
75×60
T=—————*Le
2π*N
=0.172*Le/N1PS=75kgf*m/sec
N=发动机转速，rpm
12.平均有效制动压力，Pme（kgf/cm2）
900
Pme=————*LeV=汽缸扫过的体积，
V*N
对于4冲程发动机Le：
Pme*A*L*N*Z
Le=——————————A=活塞顶面积，cm2
2*75*60L=活塞行程，m
Z=汽缸数量
V=10-1*A*L*Z（liter）
13.平均活塞速度，Vp（m/sec）
2*L*NL*N
Vp=—————=————
6030
发电机房通风要求
内有一台或多台柴油发电机组运转的发电机房需要进行通风，以保证一定量的空气来维持发动机的运转和避免机房空气温度超过某设定极限值。
因此，通风设备是发电机房不可缺少的部分。
1.以限制温升Δt为目的的通风（机房空气温升）
要考虑发动机的两种冷却方式，一种是外部冷却水恒定地供给发动机，另一种是带有风扇的发动机冷却系统。
首先给出有关前者的计算公式。
1.1外部冷却水恒定地供给发动机（淡水）
K*f
Va=————————*Le
60*Δt*Cpa*γa
其中：
f=柴油发电机组热消耗系数=15%（标准）
Cpa=空气恒压热=0.241kcal/kg℃，（大气压760mmHg，温度30℃时）
γa=空气比重（=1.165kg/m3，大气压760mmHg，温度30℃时）
K=常数，632.5kcal/PS*hr（1PS=632.5kcal/PS*hr）
Δt=允许温升（≈18℃）
Le≈发动机输出功率（PS）
将给出数值带入以上公式，得：
632.5×0.15Le
Va=——————————*Le≈5.63×——（m3/min）
60×Δt×0.2411.165Δt
此公式提供的Va（=5.63×Le/Δt）的值取决于Le和Δt。
当给出两个未知数的正确值时，可以在图表1中查到准确的Va值。
图表1中，Le（PS）刻在横坐标上，Va刻在纵坐标上。
从给出的Le点向上移动至一个合适的f和Δt参数，之后测移，即得到准确的Va值。
注：
（1）以上公式没有将机房室内外的温度差考虑进去。
通过建筑物的墙壁，这个温度差会导致热气流或“热损失”。
此热损失可用选定一个f值（5%~15%的热损耗常数）来处理。
以下为建议的f值：
1）f=0.15，如果发电机房相对较小且与室外关闭
2）f=0.05，如果发电机房相对较大且未与室外隔离关闭
（2）有些案例，一些不同的热损耗常数可分别应用于发动机和发电机。
对于这些案例，以下计算公式可提供修正的通风量Va`值：
Ho*fe*be*Le+KG（1/ηG–1）*kW
Va=————————————————
60*Δt*Cpa*γa
其中：
Ho（燃油低热值）≈10200kcal/kg
fe（发动机热辐射损失系数≈0.02
be（燃油消耗）≈0.17kg/PS*hr
KG（发电机换算系数，1kW≈860kcal）=860kcal/kW*hr
ηG（发电机效率）≈0.91
Cpa（空气低压热值）=≈0.241kcal/kg
γa（空气密度）=1.165kg/m3
kW（发电机输出功率）=0.736×ηG×Le≈Le/1.5
将给出数值带入以上公式，得：
10200×0.02×0.17×Le+860×（1÷0.91-1）×Le÷1.5Le
Va=——————————————————————————≈5.42——（m3/min）
60×Δt×0.241×1.165Δt
1.2带散热器冷却系统发动机
在此情况下，假设有一个适合散热器大小的通风管将风扇的排风导出到室外，没有必要考虑通风量，因为这样建立起来的排风系统的排出空气量远远大于1.1中的公式计算出的Va。
燃而，发电机房墙壁上的进风开口必须约等于2倍散热器前部面积。
2.空气量，Vi（发动机需要燃油燃烧）
两种类型发动机的计算公式不同，一种自然吸气形式，另一种是增压形式。
2.1自然吸气发动机
μi*V*n
Vi=——————（m3/min）
2×1000
其中：
μi（发动机吸气效率）=0.85
V（汽缸容积，liter）
n（发动机转速，rpm）
以上公式给出的Vi值，也可从图2中查出（有3个n参数）。
2.2增压发动机
μ*λ*be
Vi=——————*Le
60*γa
其中：
μ（燃烧1kg燃油所需最少空气量，kg）≈14.2kg/kg
λ（过量空气比）≈2.0
be（燃油消耗）≈0.17kg/PS*hr
γa（空气密度）=1.165kg/m3，大气压760mmHg、温度30℃时
将给出数值带入，得：
14.2×2.0×0.17
Vi=————————*Le≈0.069*Le（m3/min）
60×1.165
此公式给出的Vi值，也可从图3中查出。
3.总空气需求量
3.1发电机房进风量
（1）对于恒定供应淡水冷却的发动机，总进风量是：
Va+Vi。
需要安装风机。
（2）对于散热器冷却的发动机，不需要安装风机，但必须提供让室外空气进入到室内措施，以保证风扇和燃烧进气所需空气量。
3.3发电机房排风量
（1）对于恒定供应淡水冷却的发动机，总进风量是Va。
（2）对于散热器冷却的发动机
排风量等于散热风扇通过风管排出的空气量。
图1：
发电机房通风量
（恒定供应淡水冷却的发动机）
机房温度t=ta（抽入机房的空气温度）+Δt（℃）
632.5*f
Va=————————*Le（m3/min）
60*Δt*Cpa*γa
其中：
Le≈发动机输出功率（PS）
f=柴油发电机组热消耗系数=15%（标准）
Δt=允许温升（≈18℃）
Cpa=空气恒压热=0.241kcal/kg℃，（大气压760mmHg，温度30℃时）
γa=空气比重（=1.165kg/m3，大气压760mmHg，温度30℃时）
图2：
自然吸气发动机燃烧所需空气量Vi
μi*V*n
Vi=——————（m3/min）
2×1000
其中：
μi（发动机吸气效率）=0.85n（发动机转速，rpm）
V（汽缸容积，liter）
图3：
增压吸气发动机燃烧所需空气量Vi
14.2*λ*be
Vi=——————*Le
60*γa
其中：
λ（过量空气比）≈2.0Le（发动机输出功率,PS）
be（燃油消耗）≈0.17kg/PS*hrγa（空气密度）=1.165kg/m3（760mmHg、温度30℃时）
排烟管选择
1.从发动机排出的废气进入排烟系统，经过消声器最后排入大气中。
这个排放路径一般是很短的，但是如果发动机作为安装在诸如大厦之中的发电机组的一部分，就需要是相当长和有很多转弯的管道。
一条长的而且有很多弯道的排烟管对于气流意味着很大的阻力，从而导致摩擦损失。
换言之，如此排烟管对排烟的顺利通过造成阻碍，致使排烟滞留热量并变成烟黑，最后影响发动机内产生动力的过程。
排烟系统设计者应牢记，发动机驱动的发电机组的排烟系统必须引起足够重视，使排烟系统的设计选择正确。
本技术文件是作为排烟系统设计者的助手，并且基于三菱和行业的经验提供技术信息。
现在以3个前提作为开始：
允许总摩擦损失
最大600mmHg
消声器的摩擦损失
200~250mmHg
排烟管的摩擦损失
350mmHg
2.如何计算排烟管的摩擦损失
以下信息是选自《机械设计工程手册》，本行业广泛应用的参考书。
（1）每米直管的摩擦损失，ΔPd，
λ*γ*v
ΔPd=————（mmAq）
D*2g
（2）每个弯头的摩擦损失，ΔPb，
ε*γ*v
ΔPb=————（mmAq）
2g
（3）应用符号释义
λ：
直管摩擦系数
λ=0.0096÷5.7√k/d+1.7√1/Re（其中Re＞＞2000----Mises公式）
k：
管系数≈4.0×10-7m（对于烟管，k=2.0~4.0×10-7m）
d：
管内径（m）
Re：
Reynold数，Re=v*d/ν
be*Le（1+14.2λ1）Le
v：
排烟流速=——————————≈0.00304——（m/sec）
3600*γ*AA
be：
发动机燃油消耗≈0.17kg/PS*hr
Le：
发动机输出功率（PS）
λ1：
过量空气比≈2.0（额定输出时）
A：
管截面积=π*d2/4（m2）
ν：
运动粘滞系数≈8×10-5m2/sec（排烟温度500℃时）
g：
重力加速度≈9.8m/sec2
ε：
弯管摩擦系数=2×0.00705α*θ1.1*Re-β（内表面粗糙弯管）---Richer公式
α：
γo/d的函数=2，如果γo/d=1.5
θ：
弯管角度=90°（或=45°）
β：
θ的函数≈0.236，如果θ=90°（或0.236，如果θ=45°）
（4）排烟管规格
SGP（JISG3452）
标定直径
A（mm）
50
80
100
150
200
250
B（in）
2
3
4
6
8
10
外径
（mm）
60.5
89.1
114.3
165.2
216.3
267.4
内径
（mm）
52.9
80.7
105.3
155.2
204.7
254.2
截面积
（m2）
22×10-4
51×10-4
87×10-4
189×10-4
329×10-4
508×10-4
标定直径
A（mm）
300
350
400
450
500
B（in）
12
14
16
18
20
外径
（mm）
318.5
355.6
406.4
457.2
508.0
内径
（mm）
304.7
339.8
398.5
449.3
500.3
截面积
（m2）
729×10-4
907×10-4
120×10-3
153×10-3
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