增压技术复习内容.docx

第一章增压压力：压气机的出口压力称为增压压力。与压气机机构、尺寸、转速及效率有关。0.17MPa低增压；0.17-0.25MPa中增压；0.25-0.35MPa高增压；再大超高增压增压比：压气机出口压力与进口压力之比称为增压比。增压度：内燃机增压后的标定功率与增压前的标定功率之差值与增压前的标定功率的比值称为增压度。增压中冷：在增压柴油机中，为降低进入气缸的空气温度，增加空气密度，减少排放，使增压后的空气先在中间冷却器中冷却后，再进入气缸，这就是增压中冷。增压方式：排气涡轮增压：是指利用排气能量使排气在涡轮中进一步膨胀做功，用于驱动压气机的增压方式。（1）定压增压：是指各缸排气汇入一根较粗的排气管，再进入涡轮的增压方式。（2）脉冲增压：是指各缸排气通过各自较细的排气歧管分别进入涡轮增压的增压方式。两种增压方式的比较：脉冲增压由于利用了脉冲压力波的能量，所以较定压增压有更好的增压效果，适用于低增压场合。但也正是因为涡轮前压力的波动，影响了涡轮的效率。随着增压度的提高，排气平均压力能增大，脉冲能量所占份额相对减少，故高增压场合一般不采用脉冲增压。二级涡轮增压：空气经两台串联的涡轮增压器压缩后进入发动机，此类增压系统称为。第二章离心式压气机结构：由进气道、叶轮、扩压器和压气机蜗壳等部件组成。P35图功用：进气道：将外界空气导向压气机叶轮。为降低流动损失其通道为减缩形。压气机叶轮：是压气机中唯一对空气做功的部件，它将涡轮提供的机械能转变为空气的压力能和动能。扩压器：将压气机叶轮出口高速空气的动能转变为压力能。压气机蜗壳：收集从扩压器出来的空气，将其引导到发动机的进气管。离心式压气机的工作原理：气体状态变化图进气道：入口处由于进气道是减缩形的通道，少部分压力能转化为动能。因此，在进气道空气的压力略有降低，速度略有升高，由于压力降低，温度随之降低。在压气机叶轮中叶轮对空气作了功，使空气的压力、温度、速度都升高。扩压器中，由于扩压器流通面积渐扩，使气体的部分动能转化为压力能。因此，空气的速度降低，压力升高，温度亦随之升高。压气机蜗壳中，仍有一部分动能进一步转化为压力能，使空气的速度进一步降低，压力和温度都升高。压气机中的焓熵图进气道中，压力有所降低而转化为动能增加，但由于进气道内有流动损失使熵增加，所以实际进气道出口状态点为1，具有一定动能。将动能滞止后为1*点。由于进气道中与外界无能量交换，1*点焓值与a相同。由于有流动损失使熵增的缘故，进气道出口滞止压力低于进气道入口的滞止压力。压气机叶轮中，叶轮对气体做功，气体压力增加。若没有任何损失的定熵过程，出口状态应为2s点，将此处动能滞止后处于4s*点与1*点焓值之差为定熵过程压气机的定熵压缩功。但实际过程有流动损失使熵增加，实际叶轮出口状态2点，滞止状态2*点。此时具有动能，2*和1*焓值之差即为实际过程的压气机定熵压缩功。可见压缩至同样的压力，定熵过程耗功最少。若在压气机中为定熵过程，则在扩压器中气体状态从2s点变到3s，在蜗壳中从3s变到4s但滞止后都是4s*点。由于实际过程存在熵增从2到3到4点还剩动能左后滞止后为4*点4就是压气机的实际出口状态。压气机性能参数：空气流量：是单位时间内流经压气机的空气质量。分为相似流量（以相似准则推导出来）和折合流量（将非标准大气状态折合成标准大气状态）定熵效率：指将气体压缩到一定压缩比时压气机的定熵耗功和实际耗功之比。压气机转速：压气机工作时叶轮每分钟的转速称为压气机转速。（相似转速，折合转速）离心式压气机特性：1、 某一流量下，增压比和效率有一最大值时，随流量的增大或减小，增压比和效率都降低。2、 当流量减小到某一数值时，压气机出现不稳定状态（喘振）3、 当流量增大到某一数值时，增压比和效率均急速下降。压气机产生喘振的原因：由于压气机在某一小流量下工作时，在导风轮入口或叶片扩压器入口气流撞击叶片，在叶片通道内产生并加剧了气流的分离而引起的。当叶轮或叶片扩压器通道内产生强烈的气流分离时，使压气机内的压力低于后面管道内的压力，因此发生气流由管道向压气机倒灌。倒灌发生后，管道内压力下降，气流又在叶轮的作用下正向流动，管道内压力升高，再次发生倒灌。如此反复，压气机内的气流产生强烈的脉动，使叶片振动，噪声加剧，管道内压力大幅度波动，此时即产生所谓的喘振。导风轮入口速度三角形：当流量等于设计流量时，相对速度的气流角等于叶片入口的构造角，无撞击不产生气流分离；当流量大于设计流量时，气流绝对速度增大，转速不变，相对速度的气流角大于叶片入口构造角，气流撞击叶片背部，在叶片腹部产生气流分离，由于叶片旋转，腹部为迎风面，使分离被压服在较小区域不扩散，不发生喘振；当流量笑语设计流量时，气流绝对速度减小，转速不变，相对速度的气流角小于叶片入口构造角，气流撞击叶片腹部，在叶片背部产生气流分离，背部为背风面，在以后的叶片通道中分离被扩散，当流量减小到一定程度将发生喘振。叶片扩压器入口速度三角形：当流量等于设计流量时，气流绝对速度的气流角等于叶片入口构造角，无撞击，气流不分离当流量大于设计流量时，气流绝对速度的气流角大于叶片入口构造角，撞击叶片内部，在叶片外部产生气流分离，扩压器叶片外部为迎风面，分离被压服在小区域，不喘振；当流量小于设计流量时，气流绝对速度的气流角小于叶片入口构造角，撞击叶片外部，在叶片内部产生气流分离，扩压器叶片内部为背风面，分离不被压服，小到一定程度，发生喘振；综上喘振是在导风轮入口或叶片扩压器入口引起的。压气机性能曲线形状的原因：当进口状态不变时，增压比为一常数与流量无关，此时定熵效率为1，故曲线为a-a当转速一定时，流量越大流速越大，摩擦损失（通道壁面摩擦，气体微团之间的摩擦）越大，增压比效率越低，曲线将为b-b当气流的流入角与叶片入口构造角不一致时，气流撞击叶片一面，在另一面分离，这种分离带来了撞击损失。当压气机流量大于或小于设计流量时，将产生撞击损失，曲线为c-c涡轮按燃气在涡轮中焓降分配分为：冲击式涡轮和反力式涡轮。涡轮的结构：进气壳、喷嘴环、工作叶轮和排气壳。进气壳作用：把发动机排出的具有一定能量的废气，以尽量少的流动损失和尽量均匀的分布引导到涡轮喷嘴环的入口。喷嘴环作用：使具有一定压力和温度的燃气膨胀加速并按规定的方向进入工作叶轮。工作叶轮：是唯一承受气体做功的元件，把气体的动能转化为机械功向压气机输出。排气壳：收集叶轮派出的废气并送入大气。涡轮的工作原理：在涡轮蜗壳入口气体具有较高的压力、温度和一定的速度。由于进气壳有一定的膨胀、加速作用，而在喷嘴中又有相当多的压力能转化为动能，因此在蜗壳和喷嘴中气体的压力和温度降低，速度迅速升高，喷嘴出口时，气体速度达到最高。叶轮中，气体的动能转化为叶轮的机械功，使速度大幅度降低，从叶轮出来的气体通过排气壳后排入大气。轴流式涡轮速度三角形：P59涡轮的主要工作参数：定熵效率：实际过程气体对涡轮做功与理想的定熵过程气体对涡轮做功的最大可用能量之比；膨胀比：涡轮进口气体滞止压力和涡轮出口气体静压力之比；流量：单位时间内通过涡轮的气体质量；涡轮转速：与压气机转速相等统称涡轮增压器转速；速比：指工作叶轮入口处叶轮线速度和燃气从进口状态不对外做功而定熵膨胀到涡轮出口压力所能达到的速度之比；涡轮的特性曲线：流量特性曲线：相似流量随膨胀比的增大而增加，直至达到流量最大值。径流式涡轮中，由于离心力场的作用，转速对膨胀比与流量的影响较轴流式的大得多。这是因为在径流式涡轮中，当膨胀比不变、转速增加时，由于离心力的增加使叶轮的进口处的压力增加，使喷嘴环出口气流速度下降，喷嘴环前后压差减小，使流量降低；同理，流量不变时，随转速增加膨胀比会增大。轴流式，由于叶轮进出口直径无变化，转速对喷嘴出口压力基本无影响。故转速对膨胀比与流量影响很小。效率特性曲线：由喷嘴及涡轮内的损失特性所决定。轴流式涡轮高效率范围较宽，径流式涡轮较窄。这是由于径流式涡轮中燃气流动的方向与离心力场作用相反，在燃气流量小到一定程度时，燃气所做的功大部分用于克服离心力场的作用。第三章一、排气的最大可用能量有哪几部分组成？1、 排气门打开时，汽缸内气体等熵膨胀到大气压力所做的功2、活塞推出排气，排气得到的能量。3、扫气空气所具有的能量。2、 能量传递中的损失？如何减少？E=Ev+Ec+ Ed+Em+ Ef+Eb 1、Ev是流经节气门处的节流损失。措施：使节气门后的流通面积尽可能大（一般采用四气门结构）、开启速度接可能快，以使排气很快流出，排气门后的压力很快升高，从而减少节流损失。2、Ec为流经各种缩口处的节流损失。措施：力求管道光滑、没有缩口。3、Ed是管道面积突扩时的节流损失。措施：把排气总管内径做得与歧管内径一样大。4、Em是不同参数气流掺混和撞击形成的损失。措施：力求避免气流撞击，故一般排气歧管都不用T形接头或十字接头，二用顺着气流的斜向接头。5、Ef是由于气体的粘性而形成的摩擦损失。措施：力求管道光滑，减少摩擦。6、Eb是气体向外界散热的损失。措施：一般大型涡轮增压柴油机的排气管都用石棉包裹以隔热。3、 A 脉冲增压系统的优缺点。优点：1、排气能量利用系数高，低工况性能好。2扫气易于组织，对二冲程更有利。3加速性能较好缺点：1、在二缸一歧管时，排气管抽空。在增压压力高时，当排气门刚开启时节流损失大，使涡轮鼓风损失大。 2、当排气管太长时，反射压力波会对排气会长生干扰。3对同样功率的柴油机，涡轮通流面积较定压系统时的大，常常要大一型号的涡轮增压器来配机，成本高。4、缸数多时，为了利用压力波谷进行燃烧室扫气，排气管要分支，从而使排气管结构较复杂。B 定压涡轮增压系统的优缺点。优点：1、可采用涡轮全进气，压力波动小，涡轮效率高。2多缸时，排气管结构简单。3涡轮增压器布置较自由。4、不会由于压力波的干扰而使柴油机的转速上限受到限制。5、对低增压相同功率的柴油机而言，涡轮通流面积较脉冲的小，可用小一型号涡轮增压器。缺点：1、加速性较差，低负荷性能较差。2、扫气空气量较脉冲的少，但对四冲程机而言，一般说当总的扫气系数大于1.15后，对气缸热负荷及排气门温度影响已不大，压气机叶片沾污时使其效率降低，对扫气影响亦大。3、部分负荷时，有时扫气倒流，弄污进气系统及增压器。4、在低转速、高转矩时，增压压力下降较大。5、在缸数少时，显得排气管容积过大。4、 影响脉冲能量利用的因素，怎样影响？1、排气门开启定时。排气门开启早晚，对脉冲压力波的大小有直接影响。当排气门开启较早时，涡轮进口焓直高，涡轮做工能力高。但过早的打开排气门，也将使汽缸内的燃气在膨胀冲程对活塞所做的功减少，无助于整机功率的提高和经济性的改善。2、排气门通流面积。排气门通流面积增大，有利于脉冲能量的利用，但增大流通面积往往受到缸盖结构的限制。3、排气门开启规律。要在气门结构允许的加速度范围内，使气门的开启速度越快越好。4、排气管通流面积。当排气管长度一定，流通面积减小，排气管容积就缩小，排气管中的压力就建立的迅速，排气门内外压差小，脉冲能量利用就好。但通流面积也不能太小。5、排气管长度。当排气管去某一长度时，反射波峰和下一个波的波谷正好重合，此时扫气不利。排气管适当缩短，反射波的波峰和下一波的波峰正好重合，脉冲能量利用较好。6、涡轮通流面积。通流面积减小，排气能量增加，但活塞排空耗功增加，对扫气也不利。第四章增压对柴油机工作过程主要参数的影响。（说出几个参数）理解性看P110第5章柴油机与涡轮增压器的匹配涡轮增压器与柴油机配合运行的基本要求：1.在标定工况下，须达到预期的增压压力Pb及空气流量qmb，有足够的燃烧过量空气系数，使燃烧完善，燃油消耗率Be满足要求；2.在低工况时，也必须保证有一定的空气量，以满足燃烧及降低热负荷的要求；3.要求在整个运转范围内不发生增压器喘振与阻塞。联合运行线的调节：1.涡轮喷嘴环出口通流面积fc的调整，即改变fc可改变柴油机空气体积流量特性线的位置，当涡轮喷嘴环出口流通面积fc减小后，整个柴油机的排气阻力增加，因此在压气机特性场内，发动机的耗气特性向小流量率方向移动。2.改变压气机扩压器的进口角a3,，由于流量减小到某一极限时，气流在扩压器叶片凹部发生强烈脱离而形成喘振，若把扩压器叶片往下转一角度，即减小扩压器进口角a3，就会减少气流脱离，消除喘振，相当于使喘振线移向小流量区域，以使柴油机运转线离开喘振线，当a3加大时，喘振线向大流量方向移动。柴油机热负荷现象：汽缸盖“鼻梁骨”断裂、燃烧室镶块烧结、活塞环烧结、卡死及活塞烧裂等现象。降低热负荷的主要措施：1.适当增大进、排气门叠开角，每增加叠开角10度，可以降低排气温度5摄氏度左右；2.增大叠开期内的进、排气管压力差，如合理设计进气管。合理设计排气管等；3.增大进、排气门的时间-截面，如：合理设计配气凸轮，尽量扩大进、排气门的面积，增加摇摆比；4.增压中冷，一般地，进气温度降低1摄氏度，柴油机最高燃烧温度和排气温度可降低2-3摄氏度。5.强化冷却系统，如改善机油冷却条件，改善冷却系统工作条件，中速机钻孔冷却缸套上部及缸盖。降低机械负荷的途径：1.适当降低柴油机的压缩比，压缩比每增加1，最高燃烧压力就会增加1.2MPa；2.适当减小供油提前