第四节--废气涡轮增压器以及增压系统

1、第四节 废气涡轮增压器,一、废气涡轮增压器的构造 组成: 废气涡轮、离心式压气机 分类：轴流式涡轮增压器（大中型机用）、径流式涡轮增压器（中小型机用） 发展：1978年以前提高增压比，以后提高效率为主 1、轴流式废气涡轮 由涡轮进气箱、喷嘴环、工作叶轮、隔热墙、排气箱等组成,2、离心式压气机 1）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）、扩压器、排气箱（排气蜗壳）等组成 2）半开式工作轮优点：（1）强度好，制造工艺简单；（2）允许有较高的轮缘速度；（3）能获得较高的增压压力,图417 VTR4系列增压器剖视图 23-隔热墙；25压气机叶轮；26压气机导风轮；29涡

2、轮机叶轮；32、33滚动轴承；41、45油封；42、43、44气封；47、48滑油泵；51进气箱；52喷嘴环；61排气箱；74进气蜗壳；79扩压器；81消音器；82进气箱,3、轴承 1）按位置分外支承式和内支承式两种。外支承式： （1）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 （2）缺点结构复杂，重量、尺寸大，清洗困难 2）压气机端轴承 止推轴承，承受转子径向与轴向负荷，并给转子轴向定位,3）涡轮端轴承 支持轴承，只承受转子的径向负荷 4）滚动、滑动轴承 （1）滚动轴承摩擦损失小，用于中小型增压器 （2）滑动轴承结构简单，寿命长，用于大型增压器 注：四冲程机常用的

3、ABB VTR型增压器使用外置式滚动轴承,5）润滑方式 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为齿轮泵，主机开航前备车冲车、试车后应及时检查滑油泵供油情况,二、废气涡轮增压器的工作原理 1、离心式压气机 1）进气道流道渐缩，气体压力、温度降低，流速提高 2）工作轮对气体作功，压力、温度、流速升高 3）扩压器和排气涡壳流道渐扩，压力、温度升高，流速降低,2、单级轴流式涡轮机 1）喷嘴环喷嘴流道渐缩，废气压力、温度降低而流速升高 2）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

4、道渐缩，废气压力、温度、绝对速度下降 3）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 4）流动损失主要有：流动摩擦损失、叶轮摩擦鼓风损失、漏气损失、叶片进口撞击损失,三、离心式压气机的工作特性及喘振机理 1离心式压气机的工作特性 1）定义：不同转速下的排气压力和效率随空气流量的变化特性 2）压气机特性曲线：表示压气机特性的曲线,2喘振 1）压气机的固有特性 2）现象：压力忽高忽低，流量忽大忽小，伴有喘息声或吼叫声 3）机理：当压气机的流量小于设计流量时，气流在叶轮叶片前缘冲向叶片凹面，与叶片凸面发生分离；在

5、扩压器中气流冲向叶片凸面，与叶片凹面发生分离。一般扩压器叶片内气流分离的扩展是主要原因，而叶轮进口处气流分离的扩展会使喘振加剧,3柴油机与增压器匹配 标志是：柴油机达到预定的增压指标；增压器在柴油机全部工作范围内都能稳定地运转；既不喘振也不超速，并且尽可能在高效区工作，即增压器工作特性曲线应离喘振线远一点，又要处在高效率区,四 柴油机废气涡轮增压系统,组成：柴油机、压气机、废气涡轮、空气冷却器和辅助扫气泵 (一)单独增压系统 1方式：定压增压或脉冲增压 2脉冲单独增压 1）优点：低增压时起动性能较好 2）适用机型：船用四冲程机广泛用；二冲程直流扫气机也用，但设一台应急鼓风机以备增压器完全损坏时

6、使用,3定压单独增压 1）起动和低负荷性能差，附设电动辅助风机以改善 2）当代高增压机主要增压方式：定压单独增压电动辅助风机,(二)复合增压系统 1二冲程机不易实现单独涡轮增压原因及改善措施 1）原因：（1）热负荷比较大，要求过量空气系数大，必须增加压气机供气量及功率；（2）靠压差扫气，采用废气涡轮增压后排气背压升高，要求扫气压力高，必须增加压气机供气量及功率；（3）扫气时新气掺混废气，废气能量降低，另气流路线长，更减少了废气能量，使涡轮机功率降低；因而导致涡轮发出功率与压气机所需功率不平衡 2）改善措施：复合增压,2复合增压类型 1）串联增压系统 （1）特点：涡轮增压器为第一级（增压约占增压

7、压力的7095%），往复式压气机为第二级 （2）优点：柴油机起动性能好，低负荷性能好，利于实现高增压。当增压器损坏时依靠往复泵柴油机也能达7080%标定转速，不需另设鼓风机 缺点：结构复杂 （3）用于意大利FIAT机，一级用定压增压,2）串联旁通增压 （1）特点：涡轮增压器为第一级，活塞下部空间为第二级，扫气箱外侧空间各缸共用，内侧空间各缸分开。部分串联增压。扫气前期活塞下行串联旁通增压，换气后期活塞上行串联失效为单独增压。增压压力随负荷增大而增高,（2）优点：扫气初期扫气压力最高既防止废气倒冲又加强扫气效果；减小排气口高度（主要）；低负荷性能好，结构比串联简单；增压器损坏后可维持70b 缺点

8、：消耗功，一级为定压增压需附设辅助风机，空冷器后要设气水分离器除去增压空气中的水气 （3）用于SULZER机和B&W机,3）并联增压系统 （1）特点：涡轮增压器与活塞下部空间并联工作，空冷器共用。涡轮增压器约提供7580%的增压空气量。只用部分气缸下部做辅助增压泵，供气量随转速升高而减小 （2）优点：中高负荷运转性能好 缺点：低负荷性能差且易喘振 （3）用于MAN KZ、KSZ机,五 柴油机增压系统的喘振与消除 1增压系统中增压器喘振的原因 1）根本原因：压气机高背压低流量 2）消除措施：降低背压，增加流量 2运转中导致增压器喘振的原因及消除方法 1）气流通道堵塞（最常见） （1）增压系统气体流动路线中任一环节发生阻塞都会使压气机流量减小，背压升高，引起喘振,如压气机进气滤网、空气冷却器、废气锅炉 （2）消除方法：清洁,2）增压器与柴油机的运行失配 （1）柴油机在低转速高负荷下运行降低油门 （2）操作不慎，如高速急停车或降速过快或加速过快不久会自动消失 （3）风浪天航行发生飞车并联增压系统和单独增压系统会喘振 3）脉冲增压一缸熄火或各缸负荷严重不均 同熄火缸相连的增压器发生喘振，消除方法：使熄火缸恢复工作或减小另一组气缸的供气量 4）环境温度的变化,3、各种增压系统中增压器