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一、废气涡轮增压器的构造组成组成: : 废气涡轮、离心式压气机废气涡轮、离心式压气机分类：轴流式涡轮增压器（大中型机用）、径流分类：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）式涡轮增压器（中小型机用）发展：发展：19781978年以前提高增压比，以后提高效率为年以前提高增压比，以后提高效率为主主1 1、轴流式废气涡轮、轴流式废气涡轮由涡轮进气箱、喷嘴环、工作叶轮、隔热墙、由涡轮进气箱、喷嘴环、工作叶轮、隔热墙、排气箱等组成排气箱等组成2 2、离心式压气机、离心式压气机1 1）主要由进气消音器、进气箱、压气机叶轮）主要由进气消音器

2、、进气箱、压气机叶轮（前弯的导风轮和半开式工作轮组成）、扩（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）等组成压器、排气箱（排气蜗壳）等组成2 2）半开式工作轮优点：（）半开式工作轮优点：（1 1）强度好，制造工）强度好，制造工艺简单；（艺简单；（2 2）允许有较高的轮缘速度；（）允许有较高的轮缘速度；（3 3）能获得较高的增压压力能获得较高的增压压力图图4 417 VTR17 VTR4 4系列增压器剖视图系列增压器剖视图23-23-隔热墙；隔热墙；2525压气机叶轮；压气机叶轮；2626压气机导风轮；压气机导风轮；2929涡轮机叶轮；涡轮机叶轮；3232、3333滚动轴承；滚

3、动轴承；4141、4545油封；油封；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

4、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注：四冲程机常用的注：四冲程机常用的ABB VTRABB VTR型增压器使用型增压器使用外置式滚动轴承外置式滚动轴承5 5）润滑方式）

5、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，主机开航前备车冲车、试车后应为齿轮泵，主机开航前备车冲车、试车后应及时检查滑油泵供油情况及时检查滑油泵供油情况二、废气涡轮增压器的工作原理二、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，

6、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、温度降低而流速）喷嘴环喷嘴流道渐缩，废气压力、温度降低而流速升高升高2 2）叶轮叶片前缘在径向沿转向向前扭曲，工作叶轮作）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、绝对速度下机械功，流道渐缩，废气压力、温度、绝对速度下降降3 3）反动式涡轮机回转力矩来自冲动力矩和反动力矩

7、）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；（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废气对涡轮做功多少主要取决于废气流量和热状态4 4）流动损失主要有：流动摩擦损失、叶轮摩擦鼓风损）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三、离心式压气机的工作特性及喘振机理1 1离心式压气机的工作特性离心式压气机的工作特性1 1）定义：不同转速下的排气压力和效率随空）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气

8、流量的变化特性2 2）压气机特性曲线：表示压气机特性的曲线）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 3柴油机与增压器匹配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压器在柴油机全部工作范围内都能稳定地运转；既不喘振

9、也不超速，并且尽可能在高效转；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、空气冷却器组成：柴油机、压气机、废气涡轮、空气冷却器和辅助扫气泵和辅助扫气泵( (一一) )单独增压系统单独增压系统1 1方式：定压增压或脉冲增压方式：定压增压或脉冲增压2 2脉冲单独增压脉冲单独增压1 1）优点：低增压时起动性能较好）优点：低增压时起动性能较好2 2）适用机型：船用四冲程机广泛用；二冲程直）适用机型：船用四冲程机广泛用；二冲程直流扫

10、气机也用，但设一台应急鼓风机以备增压流扫气机也用，但设一台应急鼓风机以备增压器完全损坏时使用器完全损坏时使用3 3定压单独增压定压单独增压1 1）起动和低负荷性能差，附设电动辅助风）起动和低负荷性能差，附设电动辅助风机以改善机以改善2 2）当代高增压机主要增压方式：定压单独）当代高增压机主要增压方式：定压单独增压电动辅助风机增压电动辅助风机( (二二) )复合增压系统复合增压系统1 1二冲程机不易实现单独涡轮增压原因及改善措二冲程机不易实现单独涡轮增压原因及改善措施施1 1）原因：（）原因：（1 1）热负荷比较大，要求过量空）热负荷比较大，要求过量空气系数气系数大，必须增加压气机供气量及功率；

11、大，必须增加压气机供气量及功率；（2 2）靠压差扫气，采用废气涡轮增压后排气）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，必须增加压气背压升高，要求扫气压力高，必须增加压气机供气量及功率；（机供气量及功率；（3 3）扫气时新气掺混废气，）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发出功率与压气机所需功率不平衡2 2）改善措施：复合增压）改善措施：复合增压2 2复合增压类型复合增压类型1 1）串联增压系统）串联增压系统（1

12、 1）特点：涡轮增压器为第一级（增压约占增）特点：涡轮增压器为第一级（增压约占增压压力的压压力的707095%95%），往复式压气机为第二级），往复式压气机为第二级（2 2）优点：柴油机起动性能好，低负荷性能好，）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泵柴油机也能达707080%80%标定转速，不需另设标定转速，不需另设鼓风机鼓风机缺点：结构复杂缺点：结构复杂（3 3）用于意大利）用于意大利FIATFIAT机，一级用定压增压机，一级用定压增压2 2）串联旁通增压）串联旁通增压（1 1）特点：涡轮增压器为第

13、一级，活塞下部）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，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。增压压力随塞上行串联失效为单独增压。增压压力随负荷增大而增高负荷增大而增高（2 2）优点：）优点：扫气初期扫气压力最高既防止废扫气初期扫气压力最高既防止废气倒冲又加强扫气效果；气倒冲又加强扫气效果；减小排气口高度减小排气口高度（主要）；（主要）；低负荷性能好，结构比串联简低负荷性能好，结构比串联简单；单

14、；增压器损坏后可维持增压器损坏后可维持7070b b缺点：消耗功，一级为定压增压需附设辅缺点：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助风机，空冷器后要设气水分离器除去增压空气中的水气空气中的水气（3 3）用于）用于SULZERSULZER机和机和B&WB&W机机3 3）并联增压系统）并联增压系统（1 1）特点：涡轮增压器与活塞下部空间并联）特点：涡轮增压器与活塞下部空间并联工作，空冷器共用。涡轮增压器约提供工作，空冷器共用。涡轮增压器约提供757580%80%的增压空气量。只用部分气缸下部做辅的增压空气量。只用部分气缸下部做辅助增压泵，供气量随转速

15、升高而减小助增压泵，供气量随转速升高而减小（2 2）优点：中高负荷运转性能好）优点：中高负荷运转性能好缺点：低负荷性能差且易喘振缺点：低负荷性能差且易喘振（3 3）用于）用于MAN KZMAN KZ、KSZKSZ机机五五 柴油机增压系统的喘振与消除柴油机增压系统的喘振与消除1 1增压系统中增压器喘振的原因增压系统中增压器喘振的原因1 1）根本原因：压气机高背压低流量）根本原因：压气机高背压低流量2 2）消除措施：降低背压，增加流量）消除措施：降低背压，增加流量2 2运转中导致增压器喘振的原因及消除方法运转中导致增压器喘振的原因及消除方法1 1）气流通道堵塞（最常见）气流通道堵塞（最常见）（1

16、1）增压系统气体流动路线中任一环节发生阻）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，引起喘塞都会使压气机流量减小，背压升高，引起喘振振, ,如压气机进气滤网、空气冷却器、废气锅如压气机进气滤网、空气冷却器、废气锅炉炉（2 2）消除方法：清洁）消除方法：清洁 2 2）增压器与柴油机的运行失配）增压器与柴油机的运行失配（1 1）柴油机在低转速高负荷下运行降低油）柴油机在低转速高负荷下运行降低油门门（2 2）操作不慎，如高速急停车或降速过快或）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加速过快不久会自动消失（3 3）风浪天航行发生飞车并联增压系统和单）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独增压系统会喘振3 3）脉冲增压一缸熄火或各缸负荷严重不均）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方法：使熄火缸恢复工作或减小另一组气缸的供气量的供气量 4 4）环境温度的变化）环境温度的变化3 3、各种增压系统中增压器的运行特点、各种增压系统中增压器的运行特点