《課題10柴油機(jī) 增壓 船舶主機(jī)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《課題10柴油機(jī) 增壓 船舶主機(jī)（12頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、課題十 柴油機(jī)增壓目的要求：1熟悉增壓的目的。 2熟悉幾種增壓系統(tǒng)的工作原理及特點(diǎn)。 3掌握廢氣渦輪增壓的工作原理。 4了解兩種廢氣渦輪增壓特點(diǎn)。 5掌握廢氣渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)。 6掌握離心式壓氣機(jī)的通流特性和喘振機(jī)理。 7掌握增壓器與柴油機(jī)的配合要求。重點(diǎn)難點(diǎn)：1廢氣渦輪增壓的工作原理及結(jié)構(gòu)。2壓氣機(jī)的喘振機(jī)理。3增壓器與柴油機(jī)的配合要求。教學(xué)時(shí)數(shù)：4學(xué)時(shí)教學(xué)方法：多媒體講授課外思考題：1柴油機(jī)增壓的目的是什么？2柴油機(jī)增壓的方式有哪幾種？各有何特點(diǎn)？ 3比較兩種廢氣渦輪增壓方式。4VTR廢氣渦輪增壓器的構(gòu)造與特點(diǎn)。5喘振及發(fā)生的原因是什么？6哪些運(yùn)轉(zhuǎn)工況易導(dǎo)致喘振的發(fā)生？課題十 柴油機(jī)增壓第

2、一節(jié) 柴油機(jī)增壓系統(tǒng)一、柴油機(jī)增壓概述 根據(jù)有效功率的計(jì)算公式：，可知，提高柴油機(jī)的有效功率有下列途徑： （1）改變柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)i、D、S、m。增大這些參數(shù)可以提高柴油機(jī)的功率，但是提高的幅度受到多種因素的限制。 （2）提高柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速。柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的增加可以增大柴油機(jī)作功頻率，提高功率。但轉(zhuǎn)速增加會使磨損增加，柴油機(jī)的慣性力增加，使柴油機(jī)壽命縮短，可靠性變差。對于船用主機(jī)還受到螺旋槳效率的限制，因而這種方法也是有限度的。目前新型船用低速柴油機(jī)大多降低轉(zhuǎn)速以獲得更高的經(jīng)濟(jì)性。 （3）提高平均有效壓力pe。提高平均有效壓力pe可以增加柴油機(jī)的功率。對pe影響最主要的因素是新氣的密度。提高進(jìn)氣密

3、度，就可以增加氣缸充氣量，使更多的燃油完全燃燒，從而大幅度提高柴油機(jī)的功率。而空氣密度的增加對以通過提高進(jìn)氣壓力和降低進(jìn)氣溫度來實(shí)現(xiàn)。 所謂增壓，就是用提高氣缸進(jìn)氣壓力的方法，使進(jìn)入氣缸的空氣密度增加，從而可以增加噴入氣缸的燃油量，以提高柴油機(jī)的平均指示壓力pi和柴油機(jī)的平均有效壓力pe。柴油機(jī)的增壓程度一般以增壓度來表示，增壓度是柴油機(jī)增壓后標(biāo)定功率與增壓前標(biāo)定功率之差值與增壓前標(biāo)定功率的比值。由于空氣在增壓器中被壓縮時(shí)壓力和溫度是同時(shí)升高的，這就影響了空氣密度的增加和增壓的效果。因此，在增壓器后都設(shè)有中冷器以降低空氣溫度，提高空氣密度。通常中冷器都是以海水來冷卻的。中冷的另一個(gè)作用是降低柴

4、油機(jī)的循環(huán)平均溫度。二、柴油機(jī)增壓系統(tǒng)1機(jī)械增壓（圖10-1）增壓器直接由柴油機(jī)驅(qū)動。顯然這種增壓形式將消耗柴油機(jī)的有效功率。隨著增壓壓力的提高，柴油機(jī)所消耗的功率隨之增大。因此機(jī)械增壓只適于增壓壓力小于（0.150.17）MPa的低增壓柴油機(jī)。2廢氣渦輪增壓（圖10-2）利用柴油機(jī)排出的廢氣吹動渦輪機(jī)，由渦輪機(jī)帶動增壓器。顯然，這種增壓形式可以從廢氣中回收部分能量，不僅提高了柴油機(jī)的功率，還提高了動力裝置的經(jīng)濟(jì)性，因而獲得廣泛應(yīng)用。3復(fù)合增壓這種增壓形式既采用渦輪增壓，又采用機(jī)械增壓。根據(jù)兩種增壓器的不同布置方案，可分為串聯(lián)增壓和并聯(lián)增壓。 圖10-l 機(jī)械增壓系統(tǒng)圖 圖10-2 廢氣渦輪增

5、壓系統(tǒng)1）串聯(lián)增壓系統(tǒng)（圖10-3） 串聯(lián)增壓系統(tǒng)是采用廢氣渦輪增壓器和主機(jī)帶動的往復(fù)式掃氣泵串聯(lián)工作。在這種串聯(lián)增壓系統(tǒng)中，增壓空氣經(jīng)過兩級壓縮。渦輪增壓器為第一級，壓氣機(jī)從大氣中吸入空氣進(jìn)入中間冷卻器進(jìn)行冷卻，然后進(jìn)入與增壓器串聯(lián)的往復(fù)壓氣機(jī)中進(jìn)行第二級壓縮，以達(dá)到規(guī)定的增壓壓力?？諝饨?jīng)第二級壓縮后，再送入第二級空氣冷卻器冷卻，最后送入柴油機(jī)掃氣箱。 采用串聯(lián)增壓系統(tǒng)使柴油機(jī)起動容易，低負(fù)荷性能好。當(dāng)渦輪增壓器損壞時(shí)，依靠第二級往復(fù)式壓氣機(jī)仍可使柴油機(jī)達(dá)到7080的標(biāo)定轉(zhuǎn)速，因此不須另設(shè)應(yīng)急鼓風(fēng)機(jī)。然而這種增壓系統(tǒng)使柴油機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量增加。 圖10-3 串連增壓系統(tǒng) 圖10-4 串聯(lián)旁通

6、增壓系統(tǒng)2）串聯(lián)旁通增壓系統(tǒng)（圖10-4） 串聯(lián)旁通增壓系統(tǒng)的特點(diǎn)是部分串聯(lián)增壓，在掃氣前期為串聯(lián)增壓，在換氣后期串聯(lián)失效，由渦輪增壓器單獨(dú)供氣。這種增壓系統(tǒng)利用柴油機(jī)活塞的下部空間作為輔助壓氣機(jī)，并與渦輪增壓器串聯(lián)作為第二級增壓泵，渦輪增壓器為第一級增壓泵。其掃氣箱分成內(nèi)外兩部分。外側(cè)空間各缸共用，與渦輪增壓器相通；內(nèi)側(cè)空間各缸分開，并與活塞下部空間相連通組成單缸掃氣室。兩者之間以單向閥連接。 串聯(lián)旁通增壓系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是利用掃氣室中空氣的壓力變化防止廢氣倒沖，掃氣效果好。對于彎流掃氣柴油機(jī)可以減小排氣口高度?；钊虏康脑鰤罕每梢愿纳撇裼蜋C(jī)的低負(fù)荷性能，而且結(jié)構(gòu)比串聯(lián)增壓系統(tǒng)簡單。在采用定壓

7、增壓時(shí)，由于在起動和低負(fù)荷時(shí)廢氣渦輪增壓器供氣不足，采用電動鼓風(fēng)機(jī)與之串聯(lián)工作。 瑞士Sulzer RNDM型、RL和 RTA型柴油機(jī)采用這種串聯(lián)旁通增壓系統(tǒng)。（3）并聯(lián)增壓系統(tǒng)（圖10-5） 并聯(lián)增壓系統(tǒng)就是使渦輪增壓器與活塞下部空間并聯(lián)工作。在這種增壓系統(tǒng)中，廢氣渦輪增壓器和活塞下部輔助增壓泵分別從機(jī)艙吸入空氣并在其中壓縮，然后經(jīng)空氣冷卻器冷卻再共同送入掃氣箱。一般渦輪增壓器所供應(yīng)的空氣約為增壓空氣量的7580，其余空氣量由活塞下部輔助增壓泵供給。由于輔助增壓泵只供給一小部分空氣，則只需將柴油機(jī)的部分氣缸下部作為輔助增壓泵。 并聯(lián)增壓系統(tǒng)在低負(fù)荷時(shí)因渦輪增壓器供氣顯著下降，而輔助增壓泵的供

8、氣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，故柴油機(jī)在低負(fù)荷時(shí)的工作性能差，增壓器在低負(fù)荷時(shí)易發(fā)生喘振。為了防止在低負(fù)荷時(shí)增壓器發(fā)生喘振和改善柴油機(jī)的性能，并聯(lián)增壓系統(tǒng)幾經(jīng)改進(jìn)，取消了活塞下部輔助增壓泵，變成了單獨(dú)增壓系統(tǒng)，并附設(shè)電動鼓風(fēng)機(jī)與增壓器串聯(lián)供氣。MAN公司生產(chǎn)的KZ型、KSZ型柴油機(jī)采用并聯(lián)增壓系統(tǒng)。圖10-5 并聯(lián)增壓系統(tǒng) 圖10-6 廢氣渦輪中廢氣能量的利用圖第二節(jié) 兩種廢氣渦輪增壓系統(tǒng)一、廢氣能量分析（圖10-6） 柴油機(jī)排出的廢氣具有一定的溫度和壓力。它所含的熱量約占燃油燃燒放出熱量的3037，因此研究廢氣的能量及其有效利用是增壓技術(shù)中的重要問題。在理論上所能作的功為面積b-1-f-b，也就是排氣開始時(shí)

9、廢氣中的可用能。在換氣過程中獲得的能量為面積4-g-i-1-4。這部分能量對四沖程柴油機(jī)包括強(qiáng)制排氣過程中的活塞推出功1-2-3-4-1和燃燒室掃氣階段進(jìn)入排氣管的掃氣空氣所具有的能量2-i-g-3-2兩部分；而二沖程柴油機(jī)這部分能量為掃氣期間掃氣空氣所作的功。值得注意的是，二沖程柴油機(jī)在排氣開始后活塞繼續(xù)下行，獲得膨脹功為b-4-5-b所示的面積，使廢氣可用能減少；在換氣過程中沒有活塞推出功補(bǔ)充廢氣能量，并且廢氣中摻混有很多掃氣空氣，使渦輪前氣體溫度降低，因而廢氣中的能量較少。 根據(jù)在廢氣渦輪中能量的利用情況，通常把廢氣的能量分成兩部分：一部分是廢氣由壓力pb膨脹到pT膨脹能E1，稱之為脈沖

10、能。它是一種脈動的速度能，在排氣管中以壓力波的形式出現(xiàn)，在圖中為面積b-4-e-b。另一部分是廢氣由壓力pT膨脹到po的膨脹能比，稱之為定壓能（亦稱勢能），在圖中為面積g-e-f-i-g。廢氣能量E是脈沖動能E1和定壓能E2之和。能量E1和E2各在總能量中所占的百分?jǐn)?shù)隨著增壓壓力pk的不同而不同。pk越低，則E1所占的比例越大；pk越高，則E2越大。二、廢氣渦輪增壓的兩種基本形式l定壓渦輪增壓（圖10-7） 定壓渦輪增壓的特點(diǎn)是進(jìn)入廢氣渦輪增壓器的廢氣壓力基本上是穩(wěn)定狀態(tài)。柴油機(jī)各缸的排氣管連接到一根共用的容積足夠大的排氣總管上，渦輪就裝在排氣總管后面。因?yàn)閺U氣以基本不變的速度和壓力進(jìn)入渦輪，

11、所以這種增壓方式渦輪工作穩(wěn)定，效率高。 定壓增壓只利用了廢氣能量中的定壓能E2，而沒有利用廢氣中的脈沖動能E1。脈沖動能E1在排氣流動中由于排氣口（閥）的嚴(yán)重節(jié)流和在排氣管中膨脹渦旋，大部分損失掉。只有小部分脈沖動能轉(zhuǎn)化為熱能，使排氣管中的廢氣溫度略有升高。因此廢氣渦輪增壓所能利用的廢氣能量就少些。尤其是當(dāng)柴油機(jī)在低負(fù)荷時(shí)或起動時(shí)，因排氣管壓力低，廢氣的能量少，使渦輪發(fā)出的功率滿足不了壓氣機(jī)所需的功率，柴油機(jī)必需另設(shè)輔助風(fēng)機(jī)來滿足低負(fù)荷時(shí)的掃氣需要。 圖10-7 定壓廢氣渦輪增壓系統(tǒng) 圖10-8 定壓渦輪增壓四沖程柴油機(jī)的理論示功圖2脈沖渦輪增壓（圖10-9、10） 脈沖渦輪增壓的特點(diǎn)是進(jìn)入廢

12、氣渦輪增壓器的廢氣壓力為脈動狀態(tài)。在結(jié)構(gòu)上把各缸排氣管經(jīng)過分組直接與一個(gè)或幾個(gè)廢氣渦輪相連，排氣管短而細(xì)。脈沖增壓除了可以利用脈沖能外，還能較好地利用廢氣的定壓能，故廢氣的能量利用增多。這有利于渦輪機(jī)和壓氣機(jī)之間的功率平衡。此外，掃氣階段正好是排氣管中的低壓階段，掃氣箱與排氣管間壓差較大，故有利于掃氣，即使柴油機(jī)低負(fù)荷時(shí)也是如此。但由于渦輪在不穩(wěn)定工況下工作，效率較低。 在多缸柴油機(jī)的脈沖增壓系統(tǒng)中，如果各缸的排氣均排入一根排氣管，那就會產(chǎn)生掃、排氣的相互干擾。即當(dāng)某缸進(jìn)行掃氣而相鄰缸正好在排氣時(shí)，排氣壓力波就會傳到掃氣缸的排氣口處，使該缸排氣背壓升高，從而嚴(yán)重影響該缸掃氣的正常進(jìn)行。如果每缸

13、各自向單獨(dú)的排氣管排氣，雖然消除了各缸間的排氣干擾，但會使渦輪供氣間斷，效率降低。這一問題必須依靠對排氣管進(jìn)行合理分組來解決。分組的原則是避免同組內(nèi)各缸的排、掃氣互相干擾。排氣管分組是脈沖增壓所必須采取的措施。 圖10-9 脈沖廢氣渦輪增壓系統(tǒng)圖 圖10-10 排氣脈沖波所以脈沖增壓最適合于氣缸數(shù)是3的倍數(shù)的柴油機(jī)。例如某二沖程六缸柴油機(jī)的發(fā)火順序?yàn)?-6-2-4-3-5，各缸發(fā)火間隔角為60，則可把1、2、3缸分為一組，4、5、6缸分為另一組。 一般來說，大型低速二沖程柴油機(jī)的脈沖增壓系統(tǒng)采用多臺增壓器。而四沖程柴油機(jī)為使結(jié)構(gòu)布置緊湊，往往只采用一臺脈沖渦輪增壓器。為了防止排氣干擾，往往將廢

14、氣渦輪的噴嘴環(huán)分隔開，采用多進(jìn)口的布置方案。3兩種增壓方式比較在不同的增壓壓力下應(yīng)當(dāng)采用不同的增壓方式。在低、中增壓時(shí)，即當(dāng)pk介于0.130.20 MPa之間時(shí)，采用脈沖增壓可以更多地利用廢氣能量。雖然在結(jié)構(gòu)、管理、渦輪效率等方面有缺點(diǎn)，但與其優(yōu)點(diǎn)相比還是屬于第二位的。所以，在這個(gè)增壓壓力范圍內(nèi)的柴油機(jī)絕大多數(shù)采用脈沖增壓。而隨著增壓壓力的提高，定壓能的比例也隨之增高，脈沖增壓在廢氣能量利用方面的優(yōu)勢不存在了，而在結(jié)構(gòu)、布置、渦輪效率等方面的問題上升為第一位的。因此，在高增壓時(shí)均采用定壓增壓。如Sulzer公司 RND型以后的新機(jī)型、BW公司 KGF型以后的新機(jī)型，均采用定壓渦輪增壓。定壓增

15、壓也是目前增壓系統(tǒng)的發(fā)展方向。 第三節(jié) 廢氣渦輪增壓器 廢氣渦輪增壓器結(jié)構(gòu)形式繁多。廢氣渦輪增壓器是由廢氣渦輪和壓氣機(jī)兩部分組成的。在廢氣渦輪增壓器中一般都采用離心式壓氣機(jī)，故可依據(jù)所采用的渦輪機(jī)類型把廢氣渦輪增壓器分為兩大類：軸流式渦輪增壓器和徑流式渦輪增壓器。目前，船用大、中型柴油機(jī)均采用軸流式渦輪增壓器，徑流式渦輪增壓器僅用于中小型柴油機(jī)。 以在船用柴油機(jī)中用得較多的瑞士ABB公司制造的VTR型增壓器為例介紹廢氣渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)。VTR型增壓器有0、1、4、4A四種系列產(chǎn)品，可以滿足200kW37000kW柴油機(jī)的匹配要求。 上圖為VTR0與VTR1系列增壓器剖視圖。它由右側(cè)的單級軸流式

16、廢氣渦輪和左側(cè)的單級離心式壓氣機(jī)組成。廢氣渦輪的葉輪和壓氣機(jī)的葉輪裝在同一根軸上構(gòu)成廢氣渦輪增壓器的轉(zhuǎn)子，由兩端的軸承支承。1軸流式廢氣渦輪 廢氣渦輪由渦輪進(jìn)氣箱50、噴嘴環(huán)30、工作葉輪21、隔熱墻70、燃?xì)庀?0等組成。進(jìn)、排氣箱內(nèi)腔用水冷卻。進(jìn)氣箱與排氣箱之間用螺釘緊固。進(jìn)氣箱右部布置著軸承箱。排氣箱下部裝有增壓器支架680。柴油機(jī)排出的廢氣由進(jìn)氣箱50下部引入渦輪，由排氣箱上部排出。隔熱墻70用絕熱材料制成，避免廢氣對壓氣機(jī)葉輪和空氣加熱。柴油機(jī)排出的廢氣經(jīng)進(jìn)氣箱50送至噴嘴環(huán)30。噴嘴環(huán)由噴嘴內(nèi)環(huán)、外環(huán)和噴嘴葉片組成。噴嘴葉片形成的通道從進(jìn)口到出口呈收縮狀，其作用是將柴油機(jī)排出的廢氣

17、的壓力能部分轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽埽⑹箽饬骶哂泄ぷ魅~片所需要的方向。工作輪由輪盤和工作葉片組成，工作葉片軸向安裝在輪盤邊緣的槽口中。工作葉片葉根有機(jī)樹形和球形兩種。葉身為葉片的工作部分，其形狀由氣體流動情況決定。它沿著高度逐漸扭轉(zhuǎn)。這是因?yàn)閺U氣通過噴嘴進(jìn)入葉輪時(shí)，氣流的參數(shù)如壓力和速度（大小和方向）等均沿葉片的高度而變化。為了減少氣流流過葉片時(shí)的能量損失，要求葉片的形狀與氣流參數(shù)沿葉片的變化相適應(yīng)，以提高渦輪效率。高速流動的氣流進(jìn)入工作輪的葉片通道，其中一部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功，最后經(jīng)排氣箱排往大氣。2離心式壓氣機(jī) 增壓器的壓氣機(jī)主要由進(jìn)氣消音器80、進(jìn)氣箱72、壓氣機(jī)葉輪25、擴(kuò)壓器28、排氣箱74等組

18、成。空氣從消音器濾網(wǎng)處進(jìn)入。消音器80中的空氣濾網(wǎng)、導(dǎo)流環(huán)對空氣起濾清、導(dǎo)流、吸音（導(dǎo)流環(huán)由吸音材料制成）作用。進(jìn)氣箱由內(nèi)、外進(jìn)氣殼共同組成進(jìn)氣通道，對吸入的空氣起導(dǎo)流定向作用。進(jìn)氣箱的左部分布置著軸承箱。工作葉輪是壓氣機(jī)的主要部件。它是由前彎的導(dǎo)風(fēng)輪和半開式工作輪組成的。導(dǎo)風(fēng)輪的扭曲方向和角度應(yīng)適應(yīng)氣流進(jìn)入葉輪的相對流動方向，使氣流平順地從軸向轉(zhuǎn)到徑向，以減少進(jìn)氣流動損失；在工作輪上沿徑向布置著直葉片，各葉片間形成氣流通道。兩部分分別裝在轉(zhuǎn)軸上。有葉擴(kuò)壓器28用焊釘固定在排氣箱74上，其葉片間的氣流通道呈擴(kuò)張形。它將把壓縮空氣的動能變成壓力能，以提高空氣的排出壓力。葉片環(huán)一般比圓環(huán)形平板圈窄

19、一些，無葉片的圓環(huán)段同樣起擴(kuò)壓作用，通常稱之為無葉擴(kuò)壓器。一個(gè)工作輪與相鄰的擴(kuò)壓器組成一個(gè)級。壓氣機(jī)排氣箱74的主體是一個(gè)蝸殼狀的管道，其流通截面由小到大。它一方面收集從葉片擴(kuò)壓器流出的空氣，一方面繼續(xù)起著擴(kuò)壓作用。空氣從蝸殼排出后經(jīng)空氣冷卻器進(jìn)入柴油機(jī)的掃氣箱。3軸承 壓氣機(jī)葉輪25和渦輪機(jī)葉輪21裝在同一根軸20的兩端，構(gòu)成增壓器的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子軸的兩端由軸承32和38支承。這種支承為外支承式，它具有轉(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等優(yōu)點(diǎn)。但也存在著使渦輪增壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量、尺寸增大，清洗渦輪增壓器困難等問題。 在壓氣機(jī)端，由于葉輪出口的空氣漏至葉輪右側(cè)，其

20、壓力大于葉輪左側(cè)的空氣壓力；在渦輪端，渦輪右側(cè)的壓力也大于渦輪左側(cè)，因此在轉(zhuǎn)子上作用著一個(gè)自右向左的軸向推力。必須在壓氣機(jī)端設(shè)一個(gè)支持止推軸承，承受轉(zhuǎn)子的徑向和軸向負(fù)荷，并起著轉(zhuǎn)子軸向定位的作用。渦輪端的軸承是一個(gè)支持軸承，只承受轉(zhuǎn)子的徑向負(fù)荷，并允許產(chǎn)生一定的軸向位移以保證轉(zhuǎn)子的熱膨脹。 軸承32和38是滾動軸承，它的摩擦損失小，加速性能好；在其它增壓器中，也有采用滑動軸承的。采用滑動軸承的構(gòu)造簡單，造價(jià)低廉，使用壽命較長。軸承封閉在軸承箱中，一般采用三種潤滑方式：一是靠裝在轉(zhuǎn)軸上的甩油盤進(jìn)行飛濺潤滑；二是由渦輪增壓器的專門油泵潤滑；三是由柴油機(jī)的潤滑系統(tǒng)供給滑油潤滑。圖中采用的是第二種方式

21、。4氣封與油封為了防止燃?xì)?、空氣和滑油漏泄，在軸承箱的內(nèi)側(cè)裝有油封505、726，在葉輪兩側(cè)裝有氣封208、705、702、725。氣封208處由擴(kuò)壓器28經(jīng)通道X引入增壓空氣提高氣封效果。在轉(zhuǎn)子右端的油氣封之間通過通道Z、左端油氣封之間通過鉆孔（圖中未畫出）與大氣相通。第四節(jié) 增壓氣與柴油機(jī)的配合一、廢氣渦輪增壓器的工作原理1單級軸流式渦輪機(jī)的基本工作原理（圖10-22）它的主要元件是固定的噴嘴環(huán)和旋的工作葉輪。一列噴嘴葉片和其后的一列工作葉片組成了渦輪機(jī)的一個(gè)級。圖中上部為噴嘴環(huán)和工作葉輪的局部剖視圖。中部的葉型斷面是用一個(gè)通過I-I的圓柱面切割渦輪，將所得切面展開在平面上，稱為平面葉柵。

22、噴嘴環(huán)的各葉片間和葉輪各葉片之間構(gòu)成了廢氣流道。廢氣流經(jīng)噴嘴和葉輪時(shí)，其參數(shù)（壓力p、溫度T、流速c）沿流道的變化情況如圖中下部所示。 圖10-22 渦輪級中氣流參數(shù)變化和速度三角形 圖10-23 離心式壓氣機(jī)工作過程中參數(shù)變化情況2離心式壓氣機(jī)的基本工作原理（圖10-23） 廢氣渦輪增壓器的壓氣機(jī)一般都采用單級離心式壓氣機(jī)。它由進(jìn)氣道、工作輪、擴(kuò)壓器和排氣渦殼組成。當(dāng)壓氣機(jī)工作時(shí)，新鮮空氣經(jīng)進(jìn)氣道軸向進(jìn)入壓氣機(jī)葉輪。由于通道的導(dǎo)流作用，氣流能在最小的損失下均勻進(jìn)入壓氣機(jī)葉輪。進(jìn)氣道是漸縮流道，在進(jìn)氣道中，壓力、溫度略有降低，流速提高。正是因?yàn)閴毫档停諝獠疟晃牍ぷ鬏??？諝膺M(jìn)入壓氣機(jī)葉輪后

23、，隨葉輪高速回轉(zhuǎn)，因而產(chǎn)生離心力。這樣，空氣在葉輪葉片間隨葉輪作圓周運(yùn)動的同時(shí)，在離心力的作用下向葉輪外緣流動并被壓縮。在葉輪中氣體的流速、壓力、溫度都升高了，其中流速提高了很多。這是由于葉輪對氣體作功，把葉輪的機(jī)械能變成了氣體的動能和壓力能。氣體被壓縮時(shí)也提高了溫度。在擴(kuò)壓器中，由于流道逐漸擴(kuò)大，使空氣的動能轉(zhuǎn)換為壓力能，流速降低，壓力升高。排氣蝸殼中的通道也是漸擴(kuò)的，因而空氣流過時(shí)繼續(xù)將動能轉(zhuǎn)換為壓力能。二、離心式壓氣機(jī)的工作特性及喘振機(jī)理（圖10-24）離心式壓氣機(jī)在各種不同工況工作時(shí)，它的各主要參數(shù)會隨之變化。在不同轉(zhuǎn)速下壓氣機(jī)的排出壓力和效率隨空氣流量的變化規(guī)律，稱為離心式壓氣機(jī)的特

24、性。表示這種特性的曲線叫壓氣機(jī)的特性曲線。圖10-24 壓氣機(jī)流量特性由壓氣機(jī)的特性曲線可以看到，當(dāng)轉(zhuǎn)速nk等于常數(shù)時(shí)，隨著流量Gk的減小，增壓比k是開始是增加的。當(dāng)Gk減小到某一值時(shí)，k值達(dá)最大，然后隨Gk的減小開始下降。效率k隨流量Gk的變化規(guī)率與k類似。當(dāng)壓氣機(jī)的流量減小到一定值后，氣體進(jìn)入工作葉輪和擴(kuò)壓器的方向偏離設(shè)計(jì)工況，造成氣流從葉片或擴(kuò)壓器上強(qiáng)烈分離，同時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈脈動，并有氣體倒流，引起壓氣機(jī)工作不穩(wěn)定，導(dǎo)致壓氣機(jī)振動，并發(fā)出異常的響聲。這種現(xiàn)象稱為壓氣機(jī)喘振。喘振是壓氣機(jī)的固有特性。壓氣機(jī)特性曲線上表示喘振狀態(tài)的臨界線稱為喘振線，其左方為喘振區(qū)，右方為穩(wěn)定工作區(qū)。壓氣機(jī)不允許在

25、喘振區(qū)工作。產(chǎn)生喘振的原因是當(dāng)流量小于設(shè)計(jì)值很多時(shí)在葉輪進(jìn)口和擴(kuò)壓器葉片內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的氣流分離。圖10-25和圖10-26為壓氣機(jī)流量變化時(shí)空氣在葉輪前緣和擴(kuò)壓器中的流動情況。在設(shè)計(jì)流量下，如兩圖a）所示，氣流平順地流進(jìn)葉片前緣和擴(kuò)壓器，氣流與葉輪葉片、擴(kuò)壓器葉片既不發(fā)生撞擊，也不產(chǎn)生分離。當(dāng)流量大于設(shè)計(jì)流量時(shí)，如兩圖b）中所示，氣流在葉輪葉片前緣沖向葉片的凸面，與葉片的四面發(fā)生分離；在擴(kuò)壓器中氣流沖向葉片的四面，與葉片的凸面發(fā)生分離。但是，由于葉輪葉片的轉(zhuǎn)動壓向氣流分離區(qū)，擴(kuò)壓器中氣流的圓周向流動壓向氣流分離區(qū)，氣流的分離區(qū)受到限制，不致隨流量的增加而過分地?cái)U(kuò)大。當(dāng)流量小于設(shè)計(jì)流量時(shí)，如兩圖c

26、）中所示，氣流在葉輪葉片前緣沖向葉片的凹面，與葉片的凸面發(fā)生分離；在擴(kuò)壓器中氣流沖向葉片的凸面，與葉片的四面發(fā)生分離。由于葉輪葉片在轉(zhuǎn)動中要離開氣流分離區(qū)，擴(kuò)壓器中氣流的圓周向流動也使氣流離開氣流分離區(qū)，氣流分離區(qū)有擴(kuò)展的趨勢。隨著流量的減少，氣流分離區(qū)會愈來愈大，以致在葉輪和擴(kuò)壓器中造成氣體倒流，發(fā)生不穩(wěn)定流動，最終導(dǎo)致喘振的產(chǎn)生。一般擴(kuò)壓器葉片內(nèi)氣流分離的擴(kuò)展是壓氣機(jī)喘振的主要原因，而葉輪進(jìn)口處氣流分離的擴(kuò)展會使喘振加劇。 圖10-25 在一定轉(zhuǎn)速、不回流量下葉片前緣的空氣流動情況圖10-26 在一定轉(zhuǎn)速、不同流量下葉片擴(kuò)壓器的空氣流動情況當(dāng)離心式壓氣機(jī)被作為增壓器與柴油機(jī)配合工作時(shí)，增壓

27、器（或包括輔助掃氣泵）的供氣量和壓力要滿足柴油機(jī)的要求。柴油機(jī)與增壓器良好匹配的標(biāo)志是：柴油機(jī)達(dá)到預(yù)定的增壓指標(biāo)；增壓器在柴油機(jī)全部工作范圍內(nèi)都能穩(wěn)定地運(yùn)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)離喘振線遠(yuǎn)一點(diǎn)，又要處在高效率區(qū)。三、柴油機(jī)增壓系統(tǒng)中增壓器的喘振與消除1增壓系統(tǒng)中增壓器喘振的原因 增壓器產(chǎn)生喘振的原因從根本上講，是由于壓氣機(jī)的實(shí)際流量小于該轉(zhuǎn)速下引起喘振的限制流量，造成氣流與葉片的強(qiáng)烈撞擊與脫流。任何新造的增壓柴油機(jī)，只要渦輪增壓器與柴油機(jī)匹配良好，使用初期增壓器都不會發(fā)生喘振?？墒请S著運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的增長，增壓系統(tǒng)中各部件就會污損或出現(xiàn)故障，柴油機(jī)本身某些

28、部件也會產(chǎn)生故障，致使兩者的性能逐漸惡化，導(dǎo)致匹配不良，引起喘振。此外，運(yùn)行中某些暫時(shí)的匹配不良也可能發(fā)生喘振。如： （1）氣流通道堵塞 （2）增壓器和柴油機(jī)的運(yùn)行失配 （3）脈沖增壓一缸熄火或各缸負(fù)荷嚴(yán)重不均 （4）環(huán)境溫度的變化2各種增壓系統(tǒng)中增壓器的運(yùn)行特點(diǎn) 1）單獨(dú)增壓系統(tǒng)（圖10-28） 單獨(dú)增壓系統(tǒng)僅由增壓器向柴油機(jī)供氣，所以柴油機(jī)的進(jìn)氣特性線也就是增壓器的工作特性線。由圖可見， 在單獨(dú)增壓系統(tǒng)中因流道阻塞，常常在低負(fù)荷時(shí)發(fā)生增壓器喘振。 管理中應(yīng)經(jīng)常注意氣口和空氣冷卻器的清潔，使流道保持暢通，在低負(fù)荷下發(fā)生喘振時(shí)可暫時(shí)用提高負(fù)荷的辦法消除。圖10-28 單獨(dú)增壓系統(tǒng)工作線圖 10

29、-29 串聯(lián)增壓系統(tǒng)工作線 10-30 并聯(lián)增壓系統(tǒng)工作線 2）串聯(lián)增壓系統(tǒng)（圖10-29） 在串聯(lián)增壓系統(tǒng)中，柴油機(jī)的進(jìn)氣特性與增壓器工作特性不重合。串聯(lián)增壓系統(tǒng)的工作特性線是一條上部離喘振線較近，下部離喘振線較遠(yuǎn)的曲線，在高（超）負(fù)荷時(shí)容易發(fā)生喘振。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)柴油機(jī)時(shí)選配的增壓器一般都避開了高轉(zhuǎn)速下的喘振問題，所以串聯(lián)增壓系統(tǒng)在柴油機(jī)全部轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)不會發(fā)生喘振。若由于增壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障而使增壓器的排量減少，特性線左移，在高轉(zhuǎn)速下就會出現(xiàn)喘振。這時(shí)可降低負(fù)荷，直至喘振消除為止。 3）并聯(lián)增壓系統(tǒng)（圖10-30） 在并聯(lián)增壓系統(tǒng)中，柴油機(jī)所需要的空氣量是增壓器和活塞下部增壓泵兩者供應(yīng)空氣量的總和。由圖可知，并聯(lián)增壓系統(tǒng)在柴油機(jī)低速運(yùn)行時(shí)必然會發(fā)生增壓器喘振現(xiàn)象，必須采取相應(yīng)的措施。例如在掃氣箱設(shè)放氣閥；裝設(shè)串-并聯(lián)轉(zhuǎn)換裝置（低負(fù)荷時(shí)轉(zhuǎn)換成串聯(lián)增壓系統(tǒng)）；采用并聯(lián)噴射系統(tǒng)（低負(fù)荷時(shí)使用并聯(lián)噴管系統(tǒng)）增大增壓器流量等。由于并聯(lián)增壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本身存在著低負(fù)荷性能差、易喘振的問題。MAN公司自KSZA型柴油機(jī)起，采用純廢氣渦輪增壓，并設(shè)一臺電動輔助鼓風(fēng)機(jī)，保證柴油機(jī)在50以下負(fù)荷工作時(shí)的供氣。11