飛機發動機水洗項目節能量核算方法研究

朱盈

上海城市交通設計院有限公司

0 概述

節能是指在滿足相等需要或達到相同目的條件下，使能源消費量減少。能源的減少即是節能，其減少的數量即為節能的數量。降低能耗、減少排放是節能減排工作的重要任務，政府部門通過各種扶持政策，激勵企業采用先進的節能技術，降低能源消耗和污染物排放。在技術推廣的初期，政府會發放一定的補貼，給予企業資金支持。補貼的計算，往往需要考慮項目的節能效果。因此，準確計算節能量成為補貼測算的關鍵。本文主要闡述對飛機發動機水洗項目節能量核算方法的研究。

1 發動機水洗節能技術原理

航空發動機在不同的環境中工作（工業污染地區、含鹽分的空氣、鳥擊等），污物在發動機零部件表面不斷積累，特別是在壓氣機的葉片上，導致葉片氣動效率下降，壓氣機和整個發動機效率降低；發動機喘振裕度下降，增加了喘振的風險；發動機性能降低，單位燃油消耗率增加，飛行和維修成本增加。

發動機水洗是當發動機的EGT（排氣溫度）升高達到警戒值，需要立即安排對發動機氣路進行清洗，主要是針對發動機內進行清洗。工程師根據發動機維護手冊的有關清洗規定，對清洗發動機的用水流速和溫度都有嚴格的計量要求。發動機清洗車是由不銹鋼藥水箱和不銹鋼清水箱,按飛行手冊相應工卡要求，分別充入額定的清洗劑溶液和純凈軟水，經汽油水泵機組增壓調壓后，通過閥門、管道等將清水或藥水按一定流量噴射到需要清洗的部件。

清洗過程中水溫、水槍角度、時間都很重要。嚴格按照清洗規定，才能達到最佳沖洗效果，從而降低發動機的EGT（排氣溫度），延長發動機使用壽命。

對發動機水洗后能夠有效降低影響發動機性能的EGT（排氣溫度），保持發動機性能，提高燃油效率[1]。圖1為水洗車及其工作時的照片。

圖1 水洗車及其工作場景

2 常規節能量核算方法[2,3]

按常規節能減排項目節能量的計算方法，根據項目實施前、后單耗的變化量乘以項目實施后一年的單位量。

2.1 單位節能量的計算

1)項目實施前單機單位能耗量的確定

利用項目實施前（項目實施前工況應與實施后類似）單架飛機每班次的能耗量（單位：toe，注1）和單位量（注2），確定項目實施前一年每架飛機的單位能耗量。

式中，i=1…n,為班次號。

注1：航油的折標油系數為：1．03 kgoe/kg航空煤油。

注2：單位量應該依據項目特點而定，可為周轉量或其他等。如為周轉量，則

周轉量=貨運量×載貨里程，空載飛行不計入周轉量。

2）項目實施后單機單位能耗的確定

利用項目實施后實際的單架飛機每班次的能耗量（單位：toe）和實際單位量，確定項目核算期（1年）單架飛機的單位能耗量。

式中，i=1…n,代表班次號。

3）項目內單架飛機的單位節能量的確定

項目內單架飛機的單位節能量為項目實施前1年內每架飛機的單位能耗量與項目實施后核算期內每架飛機的單位能耗量之差。

項目內單架飛機的單位節能量=項目實施前單架飛機的單位能耗量-項目實施后單架飛機的單位能耗量

2.2 項目節能量的確定

依據項目內單架飛機的單位節能量和運行期（1年）內實際單位量，即可求得該項目內單架飛機的節能量（單位：toe）。

項目內單架飛機的節能量=項目內單架飛機的單位節能量×項目運行期內單架飛機的實際單位量

其中，j=1…m，代表項目內的飛機編號。

2.3 方法的弊端

采用常規節能量核算方法，提取某航空公司一架空客A320飛機，水洗前單耗、水洗后單耗及飛行時間數據，計算如下：

節能量=(改造前飛機小時油耗-改造后飛機小時油耗)×改造后飛機年飛行小時

=(2540．97-2612．33)×6851．16×10-3

=-488．90 toe

從計算結果可以看出，采用常規節能量核算方法，會出現項目節能量計算值為負值或節能率波動較大的現象。主要原因為：飛機在實際運行中耗油受到氣象條件、飛行高度、巡航速度、載重量、航程和航線航向等多種因素的影響，難以準確找到水洗前后完全一致的飛行工況進行油耗對比。水洗技術本身的節能率較小，受各種因素的影響較大。因此，采用常規方法難以得出滿意的計算結果。

3 Delta FF曲線法

Delta FF曲線直接反映了發動機油耗隨時間變化的趨勢。從曲線變化的趨勢與發動機水洗點的關系可以看出，水洗后的發動機油耗有明顯的下降。

圖2為某航空公司A320飛機的一個發動機水洗前后Delta FF的變化曲線。一年水洗次數為4次。

圖2 水洗前后Delta FF的變化曲線

為了簡化節能量的計算，將某次水洗后直至下一次水洗前的Delta FF的變化曲線近似為一根直線。近似后的直線為圖3中的曲線1至3。

圖3 近似后的曲線

假設發動機不清洗Delta FF的變化趨勢即變化率與清洗后的變化趨勢一致。因此我們將曲線2平移到曲線1的終點，形成一個平行四邊形。此平行四邊形的面積即為清洗前后的節能量。見圖4中①、②區域。

圖4 近似后的平行四邊形區域

節能量核算過程:

1）單架飛機某個發動機兩次水洗間產生的節能量計算

單架飛機某個發動機兩次水洗間產生的節能量（單位：toe）計算公式如下：

節能量=-（水洗后Delta FF-水洗前Delta FF）×Baseline fuel flow×飛行小時數×1．03×10-3

注:①Baseline fuel flow—發動機燃料流量期望值（基線），一般基于飛機制造商的性能手冊、飛行試驗結果或企業該機型的平均單耗確定（單位：kg航空煤油/h）

②水洗前Delta FF—某次水洗之前的發動機的燃油流量偏差占“Baseline fuel flow”的百分率，數值可從Delta FF的變化曲線圖（圖4）上讀取。

③水洗后Delta FF—某次水洗之后的發動機的燃油流量偏差占“Baseline fuel flow”的百分率，數值可從Delta FF的變化曲線圖（如圖4所示）上讀取。

④飛行小時數—該發動機某次水洗與下次水洗之間的飛機飛行小時數。

⑤航油的折標油系數為：1．03 kgoe/kg航空煤油。

2）項目內單架飛機的年節能量的確定

式中，i=1…n,代表第i次水洗，n代表項目運行期一年內水洗次數。

3）項目節能量的確定

依據項目內所有飛機的節能量（單位：toe），計算公式如下：

其中，j=1…m，代表項目內的飛機編號。

4 Delta FF曲線法計算示例

本示例抽取某航空公司的飛機發動機水洗項目中的4架飛機共8個發動機，采用水洗技術后的能耗數據及部分Delta FF截圖，見表1和圖5。

圖5 部分Delta FF截圖

4架飛機總的節能量為 121 872．897（kg標準油），即 121．87 t標準油。表 1中的Baseline fuel flow（發動機燃料流量期望值）采用該航空公司連續三年A320全機隊航空煤油平均單耗的50%，50%表明針對一個發動機。Baseline fuel flow數據見表2。水洗記錄見表3。

表1 某航空公司水洗項目數據統計表

表2 某航空公司連續三年A320全機隊油耗統計

表3 發動機水洗記錄

5 Delta FF曲線法適用性

根據上節的示例可以得到該航空公司水洗項目的節能率約為0．192%。另一個航空公司同類水洗項目的采集數據見表4。

由表4計算出另一個航空公司水洗項目的節能率約為0．199 65%。兩個航空公司的同類項目的節能率較接近，由此表明本節能量的計算方法適用于該類節能減排項目。

6 結論

本文介紹的飛機發動機水洗項目節能量核算Delta FF曲線法較常規的節能量核算方法更符合項目的運行機理，針對性強，準確可靠。核算方法的制定提高了本市交通領域節能減排項目[4,5]申報的規范性和可操作性，為項目的審核提供了依據，確保各級審核工作的公平性、有效性。

表4 某航空公司水洗項目數據統計表