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废气涡轮增压一、柴油机增压的概述一、柴油机增压的概述1 1增压、增压度、中冷器增压、增压度、中冷器1 1）增压：用提高气缸进气压力的方法，）增压：用提高气缸进气压力的方法，使进入气缸的空气密度增加，从而可以使进入气缸的空气密度增加，从而可以增加喷入气缸的燃油量，以提高柴油机增加喷入气缸的燃油量，以提高柴油机的平均指示压力的平均指示压力p pi i和柴油机的平均有效和柴油机的平均有效压力压力p pe e2 2）增压度）增压度（1 1）定义：柴油机增压后标定功率与增压前）定义：柴油机增压后标定功率与增压前标定功率之差值与增压前标定功率的比值标定功率之差值与增压前标定功率的比值（2 2）限制提高的因素：机械负荷与热负荷）限制提高的因素：机械负荷与热负荷（主要）（主要）（3 3）排气阀随增压度提高而提前开启以满足）排气阀随增压度提高而提前开启以满足高增压时废气涡轮与压气机的功能平衡高增压时废气涡轮与压气机的功能平衡3 3）中冷器中冷）中冷器中冷中、高增压柴油机在增压后必须采取的措中、高增压柴油机在增压后必须采取的措施，设在增压器后，作用：（施，设在增压器后，作用：（1 1）降低空气）降低空气温度，提高空气密度；（温度，提高空气密度；（2 2）降低柴油机的循）降低柴油机的循环平均温度，降低柴油机热负荷环平均温度，降低柴油机热负荷4 4）增压比）增压比b b：增压压力与环境条件下大气压：增压压力与环境条件下大气压力或增压器进口压力之比，即力或增压器进口压力之比，即b bp pk kp po o，p pk k增压压力；增压压力；p po o环境条件下环境条件下大气压力或增压器进口压力大气压力或增压器进口压力2 2增压的分类增压的分类1 1）驱动增压器所用能量）驱动增压器所用能量(1)(1)机械增压：消耗柴油机有效功率，只提高功机械增压：消耗柴油机有效功率，只提高功率不提高经济性，有往复式、离心式、转子式，率不提高经济性，有往复式、离心式、转子式，目前柴油机已不用目前柴油机已不用(2)(2)废气涡轮增压：利用废气吹动涡轮机，由涡废气涡轮增压：利用废气吹动涡轮机，由涡轮机带动压气机。不仅提高功率也提高经济性，轮机带动压气机。不仅提高功率也提高经济性，但机械负荷、热负荷增加。应用广泛但机械负荷、热负荷增加。应用广泛(3)(3)复合增压：既采用涡轮增压又采用机械增压复合增压：既采用涡轮增压又采用机械增压2 2）按照增压压力）按照增压压力p pk k的高低或增压比的高低或增压比b b分分:（1 1）低增压）低增压p pk k0.15MP0.15MPa a或或b b 1.51.5（2 2）中增压）中增压p pk k0.150.150.25MP0.25MPa a或或b b 1.51.52.52.5（3 3）高增压）高增压p pk k0.250.250.35MP0.35MPa a或或b b 2.52.53.53.5（4 4）超高增压）超高增压p pk k0.35MP0.35MPa a或或b b 3.53.5注：现代船用低速柴油机的增压压力在注：现代船用低速柴油机的增压压力在0.3MP0.3MPa a 左右左右二、废气涡轮增压的两种基本形式二、废气涡轮增压的两种基本形式1 1定压涡轮增压定压涡轮增压1 1）特点：各缸排气管连接到一根共用的排气）特点：各缸排气管连接到一根共用的排气总管，废气以基本不变的速度和压力进入涡总管，废气以基本不变的速度和压力进入涡轮。废气能量利用最差（只利用轮。废气能量利用最差（只利用E E2 2，没有利，没有利用用E E1 1）。用于高增压机（易于高增压发展）。用于高增压机（易于高增压发展）2 2）优点：涡轮机转速稳定，效率高，增压系）优点：涡轮机转速稳定，效率高，增压系统布置方便统布置方便3 3）缺点：低负荷性能差，变工况运行时的动）缺点：低负荷性能差，变工况运行时的动态响应能力差态响应能力差改善措施：另设辅助风机来满足低负荷时的改善措施：另设辅助风机来满足低负荷时的扫气需要扫气需要2 2脉冲涡轮增压脉冲涡轮增压1 1）特点：排气管必须分组并且应短而细（产生）特点：排气管必须分组并且应短而细（产生压力波），弯头要少，通道光滑成流线型，涡压力波），弯头要少，通道光滑成流线型，涡轮尽量靠近排气口。进入涡轮机的废气压力是轮尽量靠近排气口。进入涡轮机的废气压力是脉动的。废气能量利用较多（脉动的。废气能量利用较多（100100E E2 2，40405050E E1 1）。适用低、中增压）。适用低、中增压2 2）优点：废气能量利用较多，工作能力大（随）优点：废气能量利用较多，工作能力大（随增压压力升高优势逐渐降低）增压压力升高优势逐渐降低）3 3）缺点：效率较低，增压布置困难，对排气管）缺点：效率较低，增压布置困难，对排气管要求较高，拆装检修不便，管理要求高要求较高，拆装检修不便，管理要求高4 4）排气管分组）排气管分组（1 1）目的：防止排气相互干扰）目的：防止排气相互干扰（2 2）要求：每组最多）要求：每组最多3 3个气缸（多于个气缸（多于3 3缸排气缸排气重叠而干扰；少于重叠而干扰；少于3 3缸废气不能连续供给，缸废气不能连续供给，涡轮工作不稳定，损失大）涡轮工作不稳定，损失大）5 5）适适合合气气缸缸数数是是3 3的的倍倍数数的的柴柴油油机机。如如二二冲冲程程6 6缸缸机机发发火火顺顺序序为为1 16 62 24 43 35 5，四四冲冲程程6 6缸缸机机发发火火顺顺序序为为1 15 53 36 62 24 4，则则1 1、2 2、3 3缸缸为为一一组组，4 4、5 5、6 6缸缸为为一一组组，涡涡轮轮机机转转速速在在柴油机一个工作循环中变化柴油机一个工作循环中变化3 3次次6 6）二二冲冲程程机机脉脉冲冲增增压压系系统统采采用用多多台台废废气气涡涡轮轮增增压器，四冲程机只用一台压器，四冲程机只用一台三、废气涡轮增压器构造三、废气涡轮增压器构造组成组成:废气涡轮、离心式压气机废气涡轮、离心式压气机1 1、轴流式废气涡轮机、轴流式废气涡轮机由涡轮进气箱、喷嘴环、工作叶轮、隔热由涡轮进气箱、喷嘴环、工作叶轮、隔热墙、排气箱等组成墙、排气箱等组成2 2、离心式压气机、离心式压气机 主要由进气消音器、进气箱、压气机叶主要由进气消音器、进气箱、压气机叶轮（前弯的导风轮和半开式工作轮组成）、轮（前弯的导风轮和半开式工作轮组成）、扩压器、排气箱（排气蜗壳）等组成扩压器、排气箱（排气蜗壳）等组成图图4 417 VTR17 VTR4 4系列增压器剖视图系列增压器剖视图23-23-隔隔热热墙墙；2525压压气气机机叶叶轮轮；2626压压气气机机导导风风轮轮；2929涡涡轮轮机机叶叶轮轮；3232、3333滚滚动动轴轴承承；4141、4545油油封封；4242、4343、4444气气封；封；4747、4848滑油泵；滑油泵；5151进气箱；进气箱；5252喷嘴环；喷嘴环；6161排气箱；排气箱；7474进气蜗壳；进气蜗壳；7979扩压器；扩压器；8181消音器；消音器；8282进气箱进气箱3 3、轴承、轴承1 1）按位置分外支承式和内支承式两种。外支承）按位置分外支承式和内支承式两种。外支承式：式：（1 1）优点转子稳定性好，轴承受高温气体影）优点转子稳定性好，轴承受高温气体影响较小，便于密封，有利于增加轴承寿命响较小，便于密封，有利于增加轴承寿命（2 2）缺点结构复杂，重量、尺寸大，清洗困）缺点结构复杂，重量、尺寸大，清洗困难难2 2）压气机端轴承）压气机端轴承止推轴承，承受转子径向与轴向负荷，并止推轴承，承受转子径向与轴向负荷，并给转子轴向定位给转子轴向定位3 3）涡轮端轴承）涡轮端轴承支持轴承，只承受转子的径向负荷支持轴承，只承受转子的径向负荷4 4）滚动、滑动轴承）滚动、滑动轴承（1 1）滚动轴承摩擦损失小，用于中小型增压）滚动轴承摩擦损失小，用于中小型增压器器（2 2）滑动轴承结构简单，寿命长，用于大型）滑动轴承结构简单，寿命长，用于大型增压器增压器5 5）润滑方式）润滑方式三种：甩油盘的飞溅润滑、专门油泵润滑、三种：甩油盘的飞溅润滑、专门油泵润滑、柴油机润滑系统供油润滑。最好是重力强柴油机润滑系统供油润滑。最好是重力强力混合润滑系统，因为透平油泵故障时重力力混合润滑系统，因为透平油泵故障时重力油柜能维持短时供油。专门油泵润滑油泵多油柜能维持短时供油。专门油泵润滑油泵多为齿轮泵，主机开航前备车时冲车、试车后为齿轮泵，主机开航前备车时冲车、试车后应及时检查滑油泵供油情况应及时检查滑油泵供油情况四、废气涡轮增压器的工作原理四、废气涡轮增压器的工作原理1 1、离心式压气机、离心式压气机1 1）进气道流道渐缩，气体压力、温度降低，）进气道流道渐缩，气体压力、温度降低，流速提高流速提高2 2）工作轮对气体作功，压力、温度、流速升）工作轮对气体作功，压力、温度、流速升高高3 3）扩压器和排气涡壳流道渐扩，压力、温度）扩压器和排气涡壳流道渐扩，压力、温度升高，流速降低升高，流速降低2 2、单级轴流式涡轮机、单级轴流式涡轮机1 1）喷嘴环喷嘴流道渐缩，废气压力、温度降低）喷嘴环喷嘴流道渐缩，废气压力、温度降低而流速升高而流速升高2 2）叶轮叶片前缘在径向沿转向向前扭曲，工作）叶轮叶片前缘在径向沿转向向前扭曲，工作叶轮作机械功，流道渐缩，废气压力、温度、叶轮作机械功，流道渐缩，废气压力、温度、绝对速度下降绝对速度下降3 3）反动式涡轮机回转力矩来自冲动力矩和反动）反动式涡轮机回转力矩来自冲动力矩和反动力矩（两力矩方向相同），都是在叶轮叶片上力矩（两力矩方向相同），都是在叶轮叶片上产生的；废气对涡轮做功多少主要取决于废气产生的；废气对涡轮做功多少主要取决于废气流量和热状态流量和热状态五、增压器的日常管理五、增压器的日常管理1 1运行中注意参数的测量、记录和调整运行中注意参数的测量、记录和调整2 2运行时注意运转是否平稳和有无异常声响。运行时注意运转是否平稳和有无异常声响。听到钝重的嗡嗡声说明增压器失去动平衡听到钝重的嗡嗡声说明增压器失去动平衡3 3特别注意轴承的润滑特别注意轴承的润滑4 4如停车超过一个月要把转子转动一个位置以如停车超过一个月要把转子转动一个位置以防止轴弯曲变形，并在再次使用前通过起防止轴弯曲变形，并在再次使用前通过起动空气吹动时倾听转动是否平稳动空气吹动时倾听转动是否平稳5 5拆装增压器时应阅读说明书，使用专用工具，拆装增压器时应阅读说明书，使用专用工具，装配时注意并严格控制有关配合间隙装配时注意并严格控制有关配合间隙