第四節(jié)廢氣渦輪增壓器以及增壓系統(tǒng)

1、第四節(jié) 廢氣渦輪增壓器一、廢氣渦輪增壓器的構(gòu)造一、廢氣渦輪增壓器的構(gòu)造組成組成: : 廢氣渦輪、離心式壓氣機廢氣渦輪、離心式壓氣機分類：軸流式渦輪增壓器（大中型機用）、徑流分類：軸流式渦輪增壓器（大中型機用）、徑流式渦輪增壓器（中小型機用）式渦輪增壓器（中小型機用）發(fā)展：發(fā)展：19781978年以前提高增壓比，以后提高效率為年以前提高增壓比，以后提高效率為主主1 1、軸流式廢氣渦輪、軸流式廢氣渦輪由渦輪進氣箱、噴嘴環(huán)、工作葉輪、隔熱墻、由渦輪進氣箱、噴嘴環(huán)、工作葉輪、隔熱墻、排氣箱等組成排氣箱等組成2 2、離心式壓氣機、離心式壓氣機1 1）主要由進氣消音器、進氣箱、壓氣機葉輪）主要由進氣消音器

2、、進氣箱、壓氣機葉輪（前彎的導(dǎo)風(fēng)輪和半開式工作輪組成）、擴（前彎的導(dǎo)風(fēng)輪和半開式工作輪組成）、擴壓器、排氣箱（排氣蝸殼）等組成壓器、排氣箱（排氣蝸殼）等組成2 2）半開式工作輪優(yōu)點：（）半開式工作輪優(yōu)點：（1 1）強度好，制造工）強度好，制造工藝簡單；（藝簡單；（2 2）允許有較高的輪緣速度；（）允許有較高的輪緣速度；（3 3）能獲得較高的增壓壓力能獲得較高的增壓壓力圖圖4 417 VTR17 VTR4 4系列增壓器剖視圖系列增壓器剖視圖23-23-隔熱墻；隔熱墻；2525壓氣機葉輪；壓氣機葉輪；2626壓氣機導(dǎo)風(fēng)輪；壓氣機導(dǎo)風(fēng)輪；2929渦輪機葉輪；渦輪機葉輪；3232、3333滾動軸承；滾

3、動軸承；4141、4545油封；油封；4242、4343、4444氣氣封；封；4747、4848滑油泵；滑油泵；5151進氣箱；進氣箱；5252噴嘴環(huán)；噴嘴環(huán)；6161排氣箱；排氣箱；7474進氣蝸殼；進氣蝸殼；7979擴壓器；擴壓器；8181消音器；消音器；8282進氣箱進氣箱3 3、軸承、軸承1 1）按位置分外支承式和內(nèi)支承式兩種。外支承）按位置分外支承式和內(nèi)支承式兩種。外支承式：式：（1 1）優(yōu)點轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性好，軸承受高溫氣體影）優(yōu)點轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性好，軸承受高溫氣體影響較小，便于密封，有利于增加軸承壽命響較小，便于密封，有利于增加軸承壽命（2 2）缺點結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量、尺寸大，清洗困）缺點結(jié)構(gòu)復(fù)

4、雜，重量、尺寸大，清洗困難難2 2）壓氣機端軸承）壓氣機端軸承止推軸承，承受轉(zhuǎn)子徑向與軸向負(fù)荷，并止推軸承，承受轉(zhuǎn)子徑向與軸向負(fù)荷，并給轉(zhuǎn)子軸向定位給轉(zhuǎn)子軸向定位3 3）渦輪端軸承）渦輪端軸承支持軸承，只承受轉(zhuǎn)子的徑向負(fù)荷支持軸承，只承受轉(zhuǎn)子的徑向負(fù)荷4 4）滾動、滑動軸承）滾動、滑動軸承（1 1）滾動軸承摩擦損失小，用于中小型增壓）滾動軸承摩擦損失小，用于中小型增壓器器（2 2）滑動軸承結(jié)構(gòu)簡單，壽命長，用于大型）滑動軸承結(jié)構(gòu)簡單，壽命長，用于大型增壓器增壓器注：四沖程機常用的注：四沖程機常用的ABB VTRABB VTR型增壓器使用型增壓器使用外置式滾動軸承外置式滾動軸承5 5）潤滑方式）

5、潤滑方式三種：甩油盤的飛濺潤滑、專門油泵潤滑、三種：甩油盤的飛濺潤滑、專門油泵潤滑、柴油機潤滑系統(tǒng)供油潤滑。最好是重力強柴油機潤滑系統(tǒng)供油潤滑。最好是重力強力混合潤滑系統(tǒng)，因為透平油泵故障時重力力混合潤滑系統(tǒng)，因為透平油泵故障時重力油柜能維持短時供油。專門油泵潤滑油泵多油柜能維持短時供油。專門油泵潤滑油泵多為齒輪泵，主機開航前備車沖車、試車后應(yīng)為齒輪泵，主機開航前備車沖車、試車后應(yīng)及時檢查滑油泵供油情況及時檢查滑油泵供油情況二、廢氣渦輪增壓器的工作原理二、廢氣渦輪增壓器的工作原理1 1、離心式壓氣機、離心式壓氣機1 1）進氣道流道漸縮，氣體壓力、溫度降低，）進氣道流道漸縮，氣體壓力、溫度降低，

6、流速提高流速提高2 2）工作輪對氣體作功，壓力、溫度、流速升）工作輪對氣體作功，壓力、溫度、流速升高高3 3）擴壓器和排氣渦殼流道漸擴，壓力、溫度）擴壓器和排氣渦殼流道漸擴，壓力、溫度升高，流速降低升高，流速降低2 2、單級軸流式渦輪機、單級軸流式渦輪機1 1）噴嘴環(huán)噴嘴流道漸縮，廢氣壓力、溫度降低而流速）噴嘴環(huán)噴嘴流道漸縮，廢氣壓力、溫度降低而流速升高升高2 2）葉輪葉片前緣在徑向沿轉(zhuǎn)向向前扭曲，工作葉輪作）葉輪葉片前緣在徑向沿轉(zhuǎn)向向前扭曲，工作葉輪作機械功，流道漸縮，廢氣壓力、溫度、絕對速度下機械功，流道漸縮，廢氣壓力、溫度、絕對速度下降降3 3）反動式渦輪機回轉(zhuǎn)力矩來自沖動力矩和反動力矩

7、）反動式渦輪機回轉(zhuǎn)力矩來自沖動力矩和反動力矩（兩力矩方向相同），都是在葉輪葉片上產(chǎn)生的；（兩力矩方向相同），都是在葉輪葉片上產(chǎn)生的；廢氣對渦輪做功多少主要取決于廢氣流量和熱狀態(tài)廢氣對渦輪做功多少主要取決于廢氣流量和熱狀態(tài)4 4）流動損失主要有：流動摩擦損失、葉輪摩擦鼓風(fēng)損）流動損失主要有：流動摩擦損失、葉輪摩擦鼓風(fēng)損失、漏氣損失、葉片進口撞擊損失失、漏氣損失、葉片進口撞擊損失三、離心式壓氣機的工作特性及喘振機理三、離心式壓氣機的工作特性及喘振機理1 1離心式壓氣機的工作特性離心式壓氣機的工作特性1 1）定義：不同轉(zhuǎn)速下的排氣壓力和效率隨空）定義：不同轉(zhuǎn)速下的排氣壓力和效率隨空氣流量的變化特性氣

8、流量的變化特性2 2）壓氣機特性曲線：表示壓氣機特性的曲線）壓氣機特性曲線：表示壓氣機特性的曲線2喘振1）壓氣機的固有特性2）現(xiàn)象：壓力忽高忽低，流量忽大忽小，伴有喘息聲或吼叫聲3）機理：當(dāng)壓氣機的流量小于設(shè)計流量時，氣流在葉輪葉片前緣沖向葉片凹面，與葉片凸面發(fā)生分離；在擴壓器中氣流沖向葉片凸面，與葉片凹面發(fā)生分離。一般擴壓器葉片內(nèi)氣流分離的擴展是主要原因，而葉輪進口處氣流分離的擴展會使喘振加劇3 3柴油機與增壓器匹配柴油機與增壓器匹配標(biāo)志是：柴油機達到預(yù)定的增壓指標(biāo)；增標(biāo)志是：柴油機達到預(yù)定的增壓指標(biāo)；增壓器在柴油機全部工作范圍內(nèi)都能穩(wěn)定地運壓器在柴油機全部工作范圍內(nèi)都能穩(wěn)定地運轉(zhuǎn)；既不喘振

9、也不超速，并且盡可能在高效轉(zhuǎn)；既不喘振也不超速，并且盡可能在高效區(qū)工作，即增壓器工作特性曲線應(yīng)離喘振線區(qū)工作，即增壓器工作特性曲線應(yīng)離喘振線遠(yuǎn)一點，又要處在高效率區(qū)遠(yuǎn)一點，又要處在高效率區(qū) 四 柴油機廢氣渦輪增壓系統(tǒng)組成：柴油機、壓氣機、廢氣渦輪、空氣冷卻器組成：柴油機、壓氣機、廢氣渦輪、空氣冷卻器和輔助掃氣泵和輔助掃氣泵( (一一) )單獨增壓系統(tǒng)單獨增壓系統(tǒng)1 1方式：定壓增壓或脈沖增壓方式：定壓增壓或脈沖增壓2 2脈沖單獨增壓脈沖單獨增壓1 1）優(yōu)點：低增壓時起動性能較好）優(yōu)點：低增壓時起動性能較好2 2）適用機型：船用四沖程機廣泛用；二沖程直）適用機型：船用四沖程機廣泛用；二沖程直流掃

10、氣機也用，但設(shè)一臺應(yīng)急鼓風(fēng)機以備增壓流掃氣機也用，但設(shè)一臺應(yīng)急鼓風(fēng)機以備增壓器完全損壞時使用器完全損壞時使用3 3定壓單獨增壓定壓單獨增壓1 1）起動和低負(fù)荷性能差，附設(shè)電動輔助風(fēng)）起動和低負(fù)荷性能差，附設(shè)電動輔助風(fēng)機以改善機以改善2 2）當(dāng)代高增壓機主要增壓方式：定壓單獨）當(dāng)代高增壓機主要增壓方式：定壓單獨增壓電動輔助風(fēng)機增壓電動輔助風(fēng)機( (二二) )復(fù)合增壓系統(tǒng)復(fù)合增壓系統(tǒng)1 1二沖程機不易實現(xiàn)單獨渦輪增壓原因及改善措二沖程機不易實現(xiàn)單獨渦輪增壓原因及改善措施施1 1）原因：（）原因：（1 1）熱負(fù)荷比較大，要求過量空）熱負(fù)荷比較大，要求過量空氣系數(shù)氣系數(shù)大，必須增加壓氣機供氣量及功率；

11、大，必須增加壓氣機供氣量及功率；（2 2）靠壓差掃氣，采用廢氣渦輪增壓后排氣）靠壓差掃氣，采用廢氣渦輪增壓后排氣背壓升高，要求掃氣壓力高，必須增加壓氣背壓升高，要求掃氣壓力高，必須增加壓氣機供氣量及功率；（機供氣量及功率；（3 3）掃氣時新氣摻混廢氣，）掃氣時新氣摻混廢氣，廢氣能量降低，另氣流路線長，更減少了廢廢氣能量降低，另氣流路線長，更減少了廢氣能量，使渦輪機功率降低；因而導(dǎo)致渦輪氣能量，使渦輪機功率降低；因而導(dǎo)致渦輪發(fā)出功率與壓氣機所需功率不平衡發(fā)出功率與壓氣機所需功率不平衡2 2）改善措施：復(fù)合增壓）改善措施：復(fù)合增壓2 2復(fù)合增壓類型復(fù)合增壓類型1 1）串聯(lián)增壓系統(tǒng)）串聯(lián)增壓系統(tǒng)（1

12、 1）特點：渦輪增壓器為第一級（增壓約占增）特點：渦輪增壓器為第一級（增壓約占增壓壓力的壓壓力的707095%95%），往復(fù)式壓氣機為第二級），往復(fù)式壓氣機為第二級（2 2）優(yōu)點：柴油機起動性能好，低負(fù)荷性能好，）優(yōu)點：柴油機起動性能好，低負(fù)荷性能好，利于實現(xiàn)高增壓。當(dāng)增壓器損壞時依靠往復(fù)利于實現(xiàn)高增壓。當(dāng)增壓器損壞時依靠往復(fù)泵柴油機也能達泵柴油機也能達707080%80%標(biāo)定轉(zhuǎn)速，不需另設(shè)標(biāo)定轉(zhuǎn)速，不需另設(shè)鼓風(fēng)機鼓風(fēng)機缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜（3 3）用于意大利）用于意大利FIATFIAT機，一級用定壓增壓機，一級用定壓增壓2 2）串聯(lián)旁通增壓）串聯(lián)旁通增壓（1 1）特點：渦輪增壓器為第

13、一級，活塞下部）特點：渦輪增壓器為第一級，活塞下部空間為第二級，掃氣箱外側(cè)空間各缸共用，空間為第二級，掃氣箱外側(cè)空間各缸共用，內(nèi)側(cè)空間各缸分開。部分串聯(lián)增壓。掃氣內(nèi)側(cè)空間各缸分開。部分串聯(lián)增壓。掃氣前期活塞下行串聯(lián)旁通增壓，換氣后期活前期活塞下行串聯(lián)旁通增壓，換氣后期活塞上行串聯(lián)失效為單獨增壓。增壓壓力隨塞上行串聯(lián)失效為單獨增壓。增壓壓力隨負(fù)荷增大而增高負(fù)荷增大而增高（2 2）優(yōu)點：）優(yōu)點：掃氣初期掃氣壓力最高既防止廢掃氣初期掃氣壓力最高既防止廢氣倒沖又加強掃氣效果；氣倒沖又加強掃氣效果；減小排氣口高度減小排氣口高度（主要）；（主要）；低負(fù)荷性能好，結(jié)構(gòu)比串聯(lián)簡低負(fù)荷性能好，結(jié)構(gòu)比串聯(lián)簡單；單

14、；增壓器損壞后可維持增壓器損壞后可維持7070b b缺點：消耗功，一級為定壓增壓需附設(shè)輔缺點：消耗功，一級為定壓增壓需附設(shè)輔助風(fēng)機，空冷器后要設(shè)氣水分離器除去增壓助風(fēng)機，空冷器后要設(shè)氣水分離器除去增壓空氣中的水氣空氣中的水氣（3 3）用于）用于SULZERSULZER機和機和B&WB&W機機3 3）并聯(lián)增壓系統(tǒng)）并聯(lián)增壓系統(tǒng)（1 1）特點：渦輪增壓器與活塞下部空間并聯(lián)）特點：渦輪增壓器與活塞下部空間并聯(lián)工作，空冷器共用。渦輪增壓器約提供工作，空冷器共用。渦輪增壓器約提供757580%80%的增壓空氣量。只用部分氣缸下部做輔的增壓空氣量。只用部分氣缸下部做輔助增壓泵，供氣量隨轉(zhuǎn)速

15、升高而減小助增壓泵，供氣量隨轉(zhuǎn)速升高而減小（2 2）優(yōu)點：中高負(fù)荷運轉(zhuǎn)性能好）優(yōu)點：中高負(fù)荷運轉(zhuǎn)性能好缺點：低負(fù)荷性能差且易喘振缺點：低負(fù)荷性能差且易喘振（3 3）用于）用于MAN KZMAN KZ、KSZKSZ機機五五 柴油機增壓系統(tǒng)的喘振與消除柴油機增壓系統(tǒng)的喘振與消除1 1增壓系統(tǒng)中增壓器喘振的原因增壓系統(tǒng)中增壓器喘振的原因1 1）根本原因：壓氣機高背壓低流量）根本原因：壓氣機高背壓低流量2 2）消除措施：降低背壓，增加流量）消除措施：降低背壓，增加流量2 2運轉(zhuǎn)中導(dǎo)致增壓器喘振的原因及消除方法運轉(zhuǎn)中導(dǎo)致增壓器喘振的原因及消除方法1 1）氣流通道堵塞（最常見）氣流通道堵塞（最常見）（1

16、1）增壓系統(tǒng)氣體流動路線中任一環(huán)節(jié)發(fā)生阻）增壓系統(tǒng)氣體流動路線中任一環(huán)節(jié)發(fā)生阻塞都會使壓氣機流量減小，背壓升高，引起喘塞都會使壓氣機流量減小，背壓升高，引起喘振振, ,如壓氣機進氣濾網(wǎng)、空氣冷卻器、廢氣鍋如壓氣機進氣濾網(wǎng)、空氣冷卻器、廢氣鍋爐爐（2 2）消除方法：清潔）消除方法：清潔 2 2）增壓器與柴油機的運行失配）增壓器與柴油機的運行失配（1 1）柴油機在低轉(zhuǎn)速高負(fù)荷下運行降低油）柴油機在低轉(zhuǎn)速高負(fù)荷下運行降低油門門（2 2）操作不慎，如高速急停車或降速過快或）操作不慎，如高速急停車或降速過快或加速過快不久會自動消失加速過快不久會自動消失（3 3）風(fēng)浪天航行發(fā)生飛車并聯(lián)增壓系統(tǒng)和單）風(fēng)浪天航行發(fā)生飛車并聯(lián)增壓系統(tǒng)和單獨增壓系統(tǒng)會喘振獨增壓系統(tǒng)會喘振3 3）脈沖增壓一缸熄火或各缸負(fù)荷嚴(yán)重不均）脈沖增壓一缸熄火或各缸負(fù)荷嚴(yán)重不均 同熄火缸相連的增壓器發(fā)生喘振，消除同熄火缸相連的增壓器發(fā)生喘振，消除方法：使熄火缸恢復(fù)工作或減小另一組氣缸方法：使熄火缸恢復(fù)工作或減小另一組氣缸的供氣量的供氣量 4 4）環(huán)境溫度的變化）環(huán)境溫度的變化3 3、各種增壓系統(tǒng)中增壓器的運行特點、各種增壓系統(tǒng)中增壓器的運行特點