ZN310G增压器培训讲义

1、Page 2目录目录n 第一章 柴油机增压简述n 1. 概述n 2. 柴油机增压系统n 3. 柴油机增压系统的分类n 3.1 机械增压系统n 3.2 燃气涡轮增压系统n 3.3 复合式增压系统n 4. 燃气涡轮增压系统的两种基本形式n 4.1 恒压增压和脉冲增压的特点n 4.2 恒压增压和脉冲增压的比较Page 3目录目录n 第二章 涡轮增压器n 第一节 涡轮增压器概述n 1. 涡轮增压器的种类n 2. 涡轮增压器的配机型号n 3. 涡轮增压器的主要技术参数n 第二节 ZN310G涡轮增压器的结构及作用n 1. 转子装配n 2. 扩压器装配n 3. 涡轮进气壳装配n 4. 压气机端轴承装配和涡

2、轮轴承装配n 5. 涡轮出气壳装配n 6. 蜗壳装配n 7. 润滑、油封和冷却Page 4目录目录n 第三节 压气机工作原理及特性n 1. 压气机工作原理n 2. 离心式压气机的特性n 3. 压气机流量特性曲线n 4. 压气机喘振的物理概念和性质n 第四节 燃气涡轮机工作原理及特性n 1. 燃气涡轮工作原理n 2. 燃气涡轮机特性n 第五节 涡轮增压器的装配与拆卸n 1. ZN310G型涡轮增压器装配n 2. ZN310G型涡轮增压器的拆卸Page 5目录目录n 第三章 涡轮增压器和柴油机的配合特性和调整n 1. 涡轮增压器和柴油机配合的一般要求n 2. 涡轮增压器和柴油机的配合特性n 3.

3、涡轮增压器和柴油机配合特性的调整n 第四章 涡轮增压器的运用n 1. 涡轮增压器的安装n 2. 涡轮增压器的初运转n 第五章 涡轮增压器的维护保养n 1. 涡轮增压器的定期保养及大修n 2. 涡轮增压器的常见故障及处理n 3. 涡轮增压器的主要故障原因分析及改进措施Page 6第一章第一章 柴油机增压简述柴油机增压简述1. 概述概述柴油机的有效功率：Ne=PeVhIn / 225Z(马力)式中：Ne柴油机有效功率(马力) Pe柴油机平均有效压力(公斤/厘米2 ) Vh-柴油机气缸工作容积(升) I -柴油机气缸数目 n-柴油机转速(转/分) Z-柴油机每循环的冲程数 从上式可看出，影响有效功率

4、Ne的因素较多，但是柴油机作为内燃机车的动力装置，必然受到机车空间尺寸的限制。因此，增加气缸数目I和气缸工作容积Vh就有严格要求; 转速n的提高，又会增加柴油机的机械应力，影响零部件强度; 机车柴油机一般采用四冲程柴油机，二冲程柴油机很少采用。通过增大进入气缸的空气密度来提高平均有效压力，却是提高柴油机功率的一条有效途径，它可以成倍地提高功率并改善柴油机的各项经济技术指标。于是通过增压提高空气密度，对柴油机来说是一个必然趋势。随着机车柴油机的发展，增压技术及其增压系统对柴油机也就显得越来越重要了。Page 7第一章第一章 柴油机增压简述柴油机增压简述 当柴油机为低增压时，增压压力Pk0.25-

5、0.30Mpa时，脉冲能量利用已甚微。2. 废气涡轮效率 脉冲增压绝热效率为60-70%。 恒压增压绝热效率为65-80%。 恒压增压绝热效率高于脉冲增压绝热效率的原因：恒压系统的涡轮前压力恒定，喷嘴环全进气，所以涡轮效率高。而脉冲系统在柴油机刚开始排气时，废气以很高的速度进入涡轮，流动损失大，同时废气压力和温度周期性变化，进气工作轮的工作叶片的废气方向也周期性变化，而工作叶片的安装角是固定的，所以气流和叶片不断发生冲击，气流分离，造成较大的冲击损失。此外还存在着部分进气损失，所以涡轮效率低。Page 16第一章第一章 柴油机增压简述柴油机增压简述3. 扫气效果 脉冲优于恒压。因为柴油机在扫气

6、期间，脉冲系统的排气管压力Pt正处于波谷，所以即使在低增压或高增压的部分负荷工况仍能保持足够的扫气压力，保持气缸有良好的扫气; 恒压系统由于Pk波动较小，扫气压差就小，所有不易保证气缸的良好扫气。4. 加速性 涡轮的加速性，脉冲优于恒压。由于脉冲系统排气管容积小，当柴油机负荷改变时，排气压力波就立刻发生变化，并迅速传递到涡轮，引起增压器转速较快变化。而恒压系统排气管容积较大，涡轮前的压力改变较迟缓，特别在低增压时，排气压力低，排气能量的利用少，所以涡轮的加速性能就更差。5. 结构 脉冲系统由于脉冲的瞬时最大流量比恒压系统的流量(相当于脉冲系统的平均流量)大，所以要求涡轮的流通面积大，它的排气管

7、结构也复杂; 为了与柴油机的排气系统相呼应，脉冲系统的涡轮进气壳结构要比恒压系统的涡轮进气壳结构复杂。结论：当低增压时，只需正确设计排气系统，应采用脉冲系统。当高增压时，采用脉冲还是恒压系统取决于柴油机气缸数、增压器数、柴油机的安装位置和用途。一般增压压力Pk0.3Mpa时，常采用恒压增压系统。Page 17第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器第一节 涡轮增压器概述1. 涡轮增压器的种类 资阳晨风精机公司是生产铁路机车柴油机及船用柴油机配件的专业公司，也是中国西南地区生产涡轮增压器的重要基地。自1973年以来，已生产ZN310及ZN240两大系列涡轮增压器数十种，产品行销全国各主要机务段及冶金、

8、石油、矿山、港口等企业。 ZN310系列涡轮增压器有ZN310A4型涡轮增压器、ZN310G型涡轮增压器、ZN310G-1型涡轮增压器、45GP804A型涡轮增压器等; ZN240系列涡轮增压器有ZN240A型涡轮增压器、ZN240A1型涡轮增压器、ZN240B型涡轮增压器、ZN246型涡轮增压器、ZN290型涡轮增压器等。基本满足了资阳机车公司各型机车柴油机的配机要求。另有CZW303型船用涡轮增压器。Page 18第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器2. 涡轮增压器的配机型号涡轮增压器的配机型号序号序号涡轮增压器名称涡轮增压器名称配属于柴油机的型号配属于柴油机的型号配属于内燃机车的型号配属于

9、内燃机车的型号01ZN310A4型涡轮增压器型涡轮增压器16V280ZJA型柴油机型柴油机DF8型内燃机车型内燃机车DF8B型内燃机车型内燃机车DF11型内燃机车型内燃机车02ZN310G型涡轮增压器型涡轮增压器16V240ZJB型柴油机型柴油机DF4B型内燃机车型内燃机车DF12型内燃机车型内燃机车03ZN310G-1型涡轮增压器型涡轮增压器8240ZJ型柴油机型柴油机DF5型内燃机车型内燃机车0445GP804A型涡轮增压器型涡轮增压器12V180ZJ型柴油机型柴油机DFH5型内燃机车型内燃机车DFH5B型内燃机车型内燃机车GK1B型内燃机车型内燃机车05ZN240A型涡轮增压器型涡轮增压

10、器(双进口双进口)ZN240A1型涡轮增压器型涡轮增压器(单进口单进口)6240ZJ型柴油机型柴油机GK1C型内燃机车型内燃机车06ZN240B型涡轮增压器型涡轮增压器6240ZJD型柴油机型柴油机GK1C-B型内燃机车型内燃机车07ZN246型涡轮增压器型涡轮增压器12V240ZJ型柴油机型柴油机GKD3B型内燃机车型内燃机车08ZN290型涡轮增压器型涡轮增压器16V240ZJC型柴油机型柴油机DF4C型内燃机车型内燃机车09CZW303型涡轮增压器型涡轮增压器6320ZCD-2 型船用柴油机型船用柴油机Page 19第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器上述涡轮增压器型号中， Z表示轴流式涡

11、轮 N表示轴承为内置支承结构 240表示压气机叶轮外径为240mm左右 A、A1、B表示增压器的变型代号3. 涡轮增压器的主要技术参数 涡轮增压器是由单级轴流式涡轮和单级离心式压气机组成。采用滑动轴承内置支承结构形式，压力油润滑。涡轮增压器利用改变通流部分的结构参数，可满足多种柴油机的配机需要。 主要技术数据如下表：Page 20第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器 序序号号项目名称项目名称单位单位ZN240系列涡轮增压器系列涡轮增压器ZN310系列涡轮增压器系列涡轮增压器ZN240AZN240BZN246ZN310A4ZN310G01标定折合转速标定折合转速r/min3300034600341

12、29225002250002标定折合流量标定折合流量kgs2.202.382.362.582.782.472.6303压比压比2.983.403.032.682.802.72.804机组总效率机组总效率%585858575705转子最高转速转子最高转速r/min380003800038000260002600006涡轮前最高允许温度涡轮前最高允许温度 68065007润滑油进油压力润滑油进油压力Mpa0.25-0.400.25-0.4508润滑油进口温度润滑油进口温度40-7509润滑油出口温度润滑油出口温度9510润滑油滤清精度润滑油滤清精度um1511冷却水进口温度冷却水进口温度50-80

13、12冷却水出口温度冷却水出口温度9013冷却水压力冷却水压力Kpa300-400Page 21第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器第二节 涡轮增压器的结构及作用 各型涡轮增压器的原理相同、结构相似。现以ZN310G型涡轮增压器为代表，说明增压器的具体结构及作用。 ZN310G型涡轮增压器 该型涡轮增压器是由转子装配、蜗壳装配、支承体装配、压气机端轴承装配、涡轮端轴承装配、涡轮进气壳装配、涡轮出气壳装配等七大部分构成。另外还有润滑、冷却及密封装置(见图2-1 ZN310G型增压器结构图)。 Page 22第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器 图2-1 ZN310G型涡轮增压器结构图Page 23第二

14、章第二章 涡轮增压器涡轮增压器 图2-1中：1.螺钉; 2. 螺钉; 3. 导流壳; 4. 蜗壳装配; 5. 扩压器装配. 6. 涡轮出气壳装配; 7. 螺钉; 8. 压气机轴承装配; 9. 转子装配; 10. 喷嘴环; 11. 涡轮进气壳装配; 12. 螺钉; 13. 螺钉; 14. 螺钉; 15. 螺母; 16. 螺母; .17. 涡轮轴承装配; 18. 支架。Page 24第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器1 转子装配 涡轮增压器转子装配是由导风轮、压气机叶轮、衬套、轴承套、主轴、涡轮轮盘及涡轮叶片等零件组成(见图2-2 转子装配结构图)。 转子装配是由两个滑动轴承紧固于涡轮出气壳的两个

15、轴承座上，压气机工作轮和涡轮分别在支承的两侧。Page 25第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器图2-2 转子装配结构图 Page 26第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器 图2-2中：1. 轴承套; 2. 甩油盘; 3. 油封; 4. 压气机叶轮; 5. 压紧圈; 6. 主轴螺母; 7. 销A618; 8. 导风轮; 9. 涡轮叶片; 10. 锁紧片; 11. 圆柱销; 12. 螺栓; 13. 涡轮轮盘。 压气机工作轮是由锻铝合金制成的，由导风轮和叶轮共同热套在钢制衬套上组成。工作轮用压紧圈以双键与主轴连接，并以螺母压紧。工作轮的工作表面经阳极氧化处理。 导风轮采用10片长叶片和10片短叶片间隔

16、分布，以增大流量范围，避免气流在导风轮进口处发生堵塞。导风轮叶片型面为空间抛物曲面，采用数控铣削中心加工成型; 压气机叶轮为半开式直叶片; 涡轮叶片采用无余量真空精密浇铸，由于承受相当高的热负荷和冲击负荷，其材料采用高强度镍基高温耐热合金，叶根部分通过强力磨削使榫齿成型; 涡轮轮盘采用GH2132高温锻造合金，轮盘榫槽是采用自动拉削装置和成型拉刀加工成型; 涡轮轮盘用3个轴向圆柱销及3个螺栓与主轴联接; 涡轮叶片用纵树形榫头镶在涡轮轮盘榫槽内，并用锁紧片防止其轴向移动。 整个转子装配经过了严格的动平衡，其动不平衡量3g.cm，并打有装配标记，故不可任意调换其中的零件及组装位置。Page 27第

17、二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器2 扩压器装配图2-3 扩压器装配结构图 图2-3中：1. 扩压器; 2. 扩压器盖板; 3. 螺钉M445; 4. 垫圈4; 5. 螺母M4。Page 28第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器 扩压器装配是由扩压器、扩压器盖板等零件组成(见图2-3 扩压器装配结构图)。叶片扩压器是由铸铝合金制造，叶片为机翼型，用10个螺钉与扩压器盖板固定在一起，便于组装和调整，整个扩压器流道具有高效区域宽广的特点，尤其在部分负荷时更为突出。扩压器组件被蜗壳压紧在涡轮出气壳上。扩压器与压气机工作轮间设有气封装置，以防止增压空气过多的泄漏。 Page 29第二章第二章 涡轮增压器涡

18、轮增压器3 涡轮进气壳装配 图2-4 涡轮进气壳装配结构图 图2-4中：1. 涡轮进气壳; 2. 喷嘴环紧固螺栓;3. 锁紧丝; 4. 喷嘴环; 5.喷嘴环镶套; 6. 双止动垫圈; 7. 喷嘴环紧固螺栓。 涡轮进气壳装配是由涡轮进气壳、喷嘴环、喷嘴环镶套等零件组成(见图2-4 涡轮进气壳装配结构图)。Page 30第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器 喷嘴环紧固在涡轮进气壳上，涡轮进气壳装配装在涡轮出气壳装配上。涡轮进气壳的进口连接柴油机的排气管，从柴油机气缸排出的燃气经过涡轮进气壳进入喷嘴环和涡轮。涡轮进气壳的作用是引导燃气的流动方向，使其能按照喷嘴环的形状均匀地进入喷嘴环，以减少流动损失，

19、更好地利用燃气能量。涡轮进气壳是由耐热球铁铸造及机加工成型。 喷嘴环是由喷嘴叶片、喷嘴环外圈、喷嘴环内圈组成，采用1Cr18Ni9Ti合金钢整体精铸而成。靠六个耐热合金螺栓固定在涡轮进气壳上，螺栓用耐热钢丝贯穿防松。喷嘴环的主要作用是导向。喷嘴叶片以一定的安装角度均匀地分布在喷嘴环上，燃气从叶片间流道流出时，能够沿着一定的方向均匀地冲击涡轮。喷嘴环的另一个作用是将燃气的热能和压能转换成动能。由于喷嘴环作成收敛形流道，并具有一定的出口面积，因此高温高压的燃气在喷嘴环流道内膨胀后，其温度和压力降低而速度增高。这样，使气流沿着一定的方向高速冲向涡轮，使增压器转子迅速旋转。 喷嘴环对涡轮的工作性能有很

20、大的影响，因此其制造精度要求较高，除流道表面要求光洁外，喷嘴叶片出口安装角度和喷嘴环出口面积都必须严格控制在设计规定范围内。喷嘴环镶套也紧固在涡轮进气壳上，以保护喷嘴环。 Page 31第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器4 压气机轴承装配和涡轮轴承装配图2-5 压气机轴承装配结构图 图2-5中、1. 压气机端轴承座; 2. 径向轴承; 3.止推垫板; 4. 推力轴承体; 5.推力轴承端板; 6.导流壳; 7. 销钉; 8. 辅助推力轴承; 9. 推力轴承; 10. 轴承套 ;12螺栓;13.锁紧丝。Page 32第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器图2-6 涡轮轴承装配结构图 图2-6中：1.螺

21、钉; 2.石墨密封环; 3. O型密封圈; 4.压盖; 5.密封胶;6 涡轮端轴承座;7.销钉; 8.径向轴承。Page 33第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器 压气机轴承装配主要由压气机端轴承座、径向轴承、止推垫板、推力轴承、推力轴承体、推力轴承端板、辅助推力轴承等零件组成(见图图2-5)。 涡轮轴承装配主要由涡轮端轴承座、径向轴承、石墨密封环等零件组成(见图2-6)。压气机轴承和涡轮轴承均采用相同规格的径向轴承。 两个高锡铝基合金的三油楔径向轴承分别装在压气机轴承座及涡轮轴承座上，转子的轴向推力由在压气机端的推力轴承和辅助推力轴承承受。为便于主轴的装拆，有一个与主轴配合的轴承套作主轴的推力

22、凸缘，轴承套借螺母的压紧力与主轴一起旋转。Page 34第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器5 涡轮出气壳装配Page 35第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器 图2-7中：1.出水盖板垫; 2.出水盖板; 3.螺栓; 4.垫圈; 5.盖板; 7.螺堵; 8.进油接头; 9.、冷却水接头; 10.铭牌; 11.铆钉; 12.螺栓; 14.涡轮出气壳; 16.盖板垫; 18.引气接头; 19.进油接头护盖; 21.引气孔压板; 22.螺栓; 23.锁紧丝; 24.支架)。 涡轮出气壳装配主要由涡轮出气壳、支架、冷却水接头、出水盖板、盖板、进油接头等零件组成(见图2-7)。 涡轮出气壳为特种耐热合金铸

23、铁制成，它是安装转子和轴承的基座。壳中有气、油、水腔和增压空气引气道，油腔和水腔要经400-500Kpa的水压试验，确保壳体不泄漏。出气壳采用了大排气腔结构，流埸分布均匀，可大大降低余速损失。Page 36第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器6 蜗壳装配图2-8 蜗壳装配结构图图2-8：1.蜗壳; 2.钢套; 3.螺套; 4.垫圈; 5.六方螺塞; 6.衬垫。Page 37第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器 蜗壳装配是由蜗壳、六方螺塞、钢套等零件组成(见图2-8)。蜗壳采用铝合金铸造并经加工成型。它的作用是收集从扩压器来的空气，其蜗壳的通流截面沿其圆周逐渐增大，其增大的规律按照气流的运动规律确定

24、，因此气流损失较小，而且不会出现脱流现象。Page 38第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器7 润滑、油封和冷却 涡轮增压器的润滑：经仔细滤清后的滑油（可与柴油机共用同一润滑系统），由涡轮出气壳上的进油口经进油接头进入轴承座上的进油槽，再进入径向轴承和推力轴承进行润滑(润滑油牌号为增压柴油机油)，而后由回油腔接回油管道流回柴油机油底壳。 涡轮增压器的密封：压气机端轴承的润油密封，是由油封和安装在油封上的两道铸铁密封环与压气机油封盖内圆面配合及甩油盘组成。压气机叶轮背面的气封，是由压气机气封圈和压气机叶轮背面所组成的径向迷宫式气封完成。涡轮端反螺纹油封槽车在主轴上与涡轮气封圈内圆面配合，并且装有一

25、道石墨密封环，构成涡轮端的滑油密封。涡轮气封圈上车有轴向迷宫式气封槽与涡轮轮盘内侧凸肩组成迷宫式气封(见涡轮增压器油封结构简图2-9)。 涡轮增压器的冷却：冷却水进口在涡轮出气壳底部和下侧面，可任意选择。出水口在上部两侧，为防止壳体局部过热，左右出口需同时使用。因此能使涡轮增压器得到充分冷却。 Page 39第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器图2-9 涡轮增压器油封结构简图 Page 40第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器第三节 压气机工作原理及特性 涡轮增压器是由压气机和涡轮机两大部分组成。压气机一般有离心式、轴流式和混流式三种形式，机车柴油机用的涡轮增压器上多采用单级。所谓离心式压气机是指

26、它的空气流向是沿轴向进入而沿径向流出。 1 压气机工作原理 离心式压气机主要由导流罩(吸气壳)、导风轮、工作叶轮、扩压器和蜗壳等组成。从导风轮进口到扩压器出口的流道，通常称为压气机的通流部分。 1.1 导流罩(吸气壳) 导流罩是压气机的进气装置，它分轴向进气和径向进气两种结构型式。在采用内置式轴承的涡轮增压器上，大多采用轴向进气结构，空气沿着轴向进入工作轮，其流动损失较小。 新鲜空气从机车外壁通过滤清器吸入后，经导流罩进入压气机的工作叶轮。为减少损失，保证在工作轮进口截面处获得均匀的气流，常使空气沿着压气机的轴线方向进入工作轮。这种轴向进气道还略呈收敛形，目的是形成有利的吸气条件。根据能量守垣

27、原理，气流通过收敛形的进气道后，速度稍有提高，故在工作轮进口处的气流压力和温度均比进口的大气状态有所降低，这有助于外界空气通过进气道源源不断地流入。Page 41第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器 1.2 工作叶轮 工作叶轮是离心式压气机的主要部分，是安装在由涡轮所带动的压气机转轴上的高速旋转元件，它的作用是将涡轮的机械能转换成为空气的动能和压力能。工作叶轮的叶片一般为径向直叶片，空气沿着这些叶片组成的流道流动，并在极大的离心力作用下被甩向轮缘后流入扩压器，因此气流温度T、压力P、速度C均大有提高，因而拥有很高的压力能。 为了减小流动损失，使气流无冲击地进入工作轮，通常将工作轮叶片的前缘部分做

28、成弯曲形状，称之为导风轮，起进气导向作用。工作轮主要有封闭式和半封闭式两种。封闭式是指叶片所组成的流道两侧被轮盖和轮盘封闭，使空气流经工作轮流道时与壳体之间没有摩擦，因此气流损失较小，效率较高，但由于结构复杂而很少采用。半封闭式工作叶轮只有轮盘没有轮盖，空气流经流道时会产生气流摩擦损失，但由于结构简单，易于制造，并有足够的强度和刚度而得到广泛采用。Page 42第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器1.3 扩压器 扩压器通常由无叶扩压器和有叶扩压器两部分组成。它的作用是将从压气机叶轮来的高速空气的动能转变为压力能，在扩压器中气流的运动速度降低，压力增高。 无叶扩压器又称缝隙扩压器，它是一个环形的空

29、腔，具有平行的或稍为收剑形的间壁。它的作用是使流出工作叶轮的高速气流的速度均匀并使其稍有下降，以减小进入叶片扩压器时的流动损失，特别当工作叶轮出口处的气流速度超过音速时，通过无叶扩压器可使气流速度可下降到小于音速，避免气流冲击波。 气流在无叶扩压器中沿对数螺旋线运动，其轨迹的切线与圆周切线方向之间的夹角保持不变，在扩压器原理图中的虚线表示气流在无叶扩压器的流动轨迹。 Page 43第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器图2-18 扩压器原理图图中：1-工作叶轮; 2-无叶扩压器; 3-叶片扩压器; 4-蜗壳Page 44第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器1.4压气机出气壳 压气机出气壳即为蜗壳，它

30、的作用是收集从扩压器来的空气。蜗壳的通流截面按照气流的运动规律沿其圆周逐渐增大，以减小气流损失，避免脱流现象。 空气从压气机入口到压气机的出口，空气温度、压力及速度是按照一定的运动规律变化（见图2-19空气参数沿压气机流道的变化图） 。从图中可很清楚看出空气温度、压力及速度的变化情况。Page 45第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器图2-19 空气沿着压气机流道变化图图中：P-表示压气机空气压力; C-表示压气机空气速度; T-表示压气机空气温度。 Page 46第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器(1). 空气的温度变化：空气从进气道进气到进气道出口，空气温度是下降; 空气从工作轮进口，经扩压

31、器到蜗壳出口，空气温度是逐渐上升，其中在扩压器中上升幅度最大。(2). 空气的压力变化：空气从进气道进气到进气道出口，空气压力是下降; 空气从工作轮进口，经扩压器到蜗壳出口，空气压力是逐渐上升。其中在扩压器中压力上升幅度最大。(3). 空气的速度变化：空气从进气道进气到工作轮出口，空气速度是上升; 空气从扩压器进口到蜗壳出口，空气速度是下降。其中在扩压器中速度下降幅度最大。Page 47第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器2 .压气机喘振的物理概念和性质 图2-21 当转速一定时，空气流量的变化对导风轮气流流动的影响图 图中：a-该转速下最佳流量(设计工况); b-大于最佳流量; c-小于最佳流

32、量Page 48第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器图2-22 当转速一定时，空气流量的变化对有叶扩压器气流流动的影响图图中：a-该转速下最佳流量(设计工况); b-大于最佳流量; c-小于最佳流量Page 49第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器 图2-21及图2-22分别表示压气机转速一定时，在不同的空气流量下，气流在导风轮和扩压器中的流动情况。当压气机处于非最佳流量的工况下运转时，会引起气流对叶片的冲击。当压气机在最佳流量的工况下运转时，在导风轮中，气流向叶片的凸面流来，而在凹面形成气流和叶片的分离和漩涡。但这些漩涡只局限于进口边缘，这是因为气流的运动惯性，当它流入流道后被挤向叶片凹面的趋势

33、而使漩涡的发展受到限制。这种只局限于进口边缘的漩涡仅只导致某些损失的增加，不会引起压气机工作上的特殊变化。 在扩压器中，气流则冲向叶片的凹面，并在凸面形成漩涡，但由于气流在沿着有叶扩压器的扩张槽流动时的运动轨迹，使气流自然地被挤到叶片上面，所以分离区域不致增大。因此在大于最佳流量的工况下，气流的分离和漩涡现象仅局限于导风轮和扩压器叶片的一个很小区域内。Page 50第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器 当压气机在小于最佳流量工况下运转时，气流冲向导风轮叶片的凹面，而在凸面发生分离形成漩涡，此时，随流入角i 的增加，分离也随之加剧，很容易发展到内部。当气流冲角i=170180时，工作叶轮和扩压器的

34、全部流道都将成为低压漩涡区，而使压气机无法正常工作，空气只能周期性地通过漩涡区进入柴油机的进气道，造成柴油机进气道内也产生周期性的压力波动，从而严重影响柴油机的正常工作，这就是压气机喘振现象的物理概念，喘振的实质就是气体的振动。因此空气进、出管路的长度对喘振的发生也有很大影响。 Page 51第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器第四节 燃气涡轮机工作原理及特性1. 燃气涡轮机工作原理 燃气涡轮机，是一种叶片动力机械，借助于装有叶片而旋转的转子，将燃气的动能和热能转换为涡轮轴上的机械功。涡轮由喷嘴环和工作叶轮组成为涡轮的一个级，轴流式涡轮分为单级和多级。按照燃气流动的方向不同，燃气涡轮分为轴流式和

35、径流式两种。前者燃气沿涡轮工作轮旋转轴线的方向流动; 后者燃气沿径向流动。轴流式多应用于大流量，如：ZN310系列涡轮增压器上的燃气涡轮，均为轴流式涡轮; 在小型涡轮增压器中，一般采用径流式涡轮。 涡轮机具有结构简单、可靠、较高的经济性、功率大而外形尺寸小、重量轻等特点。Page 52第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器 高温燃气在涡轮内作功后，燃气的压力和温度下降。喷嘴环所组成流道是收敛的通道，当气流通过喷嘴时，燃气压力、温度继续下降，气流的相对速度继续升高，气流作用在叶片上的力，可以看成是气流从叶片流出时的反作用力，是使工作轮旋转的一种力矩，燃气流经涡轮叶片时对工作轮产生的冲击力矩使工作轮旋

36、转作功。 在机车柴油机上大多应用单级轴流式涡轮机，它主要由涡轮进气壳、喷嘴环、工作轮、涡轮出气壳和涡轮轴等组成。 1.1涡轮进气壳 涡轮进气壳的进口连接柴油机的排气管，从柴油机气缸排出的燃气经过涡轮进气壳进入喷嘴环和工作轮。涡轮进气壳的作用是引导燃气的流动方向，使其能按照喷嘴环的形状均匀地进入喷嘴环，以减少流动损失，更好地利用燃气能量，并且通过它将柴油机和增压器相连接。Page 53第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器 1.2喷嘴环(导向器) 喷嘴环安装在涡轮进气壳和工作轮之间。喷嘴环的主要作用是导向。喷嘴叶片以一定的安装角均匀地分布在喷嘴环上，燃气从叶片间流道流出时，能够沿着一定方向均匀地冲击

37、工作轮。喷嘴环的另外一个作用是将燃气的热能和压能转换成动能。由于喷嘴环作成收敛形流道，并且具有一定的出口面积，因此高温及高压的燃气在喷嘴环流道内膨胀后，其温度和压力降低而速度增高。这样，使气流沿着一定方向高速冲向工作轮，使工作轮迅速旋转。Page 54第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器 1.3工作轮叶轮 工作轮叶轮的作用是将以喷嘴环来的燃气的动能和压能转换成涡轮的机械功。在轴流式涡轮中，工作轮由涡轮叶片和涡轮轮盘组成。涡轮叶片和涡轮轮盘的连接方式有不可拆式和可拆式两种。不可拆式工作轮是将叶片焊接在轮盘上; 可拆式工作轮的叶片和轮盘采用榫头连接并用锁紧片防止其轴流移动。 1.4 涡轮轴 涡轮轴的

38、主要作用是将涡轮工作轮和压气机工作轮相连接，并传递扭矩。 1.5 涡轮出气壳 涡轮出气壳是安装在工作轮后的燃气排出部分，同时也是涡轮增压器的支架。通过它和柴油机连接，用以支承整个涡轮增压器的重量。为了改善涡轮增压器的工作条件，有的涡轮出气壳带有冷却水夹层。燃气流出的流道和进气壳一样，其表面要求光洁、平滑。 Page 55第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器第五节 涡轮增压器的装配与拆卸1.涡轮增压器装配程序 涡轮增压器装配程序以涡轮增压器装卸程序图进行。其注意事项如下：(1). 涡轮增压器装配工作必须由经专门培训有经验的人员担当。(2). 涡轮增压器装配必须在十分清洁的条件下进行。各零部件必须进

39、行仔细的清洗，对各润滑油道要反复灌洗，保证无任何异物。清洗可视不同零件使用汽油、柴油、5%磷酸三纳水溶液、高压空气、高压喷水、软毛刷等。(3). 对准增压器的组装记号：转子上的部分零件在出厂时，标有组装位置记号（标刻为“ ”记号），其中包括压紧圈端面、主轴M181.5轴头处、压气机工作轮的导风轮端面、轴承套端面都刻有“ ”记号，在组装时必须朝向同一方向对准装配。(4).径向轴承压入轴承座方向： 将径向轴承压入压气机端轴承座和涡轮端轴承座时要特别注意油楔的方向，每个径向轴承的内表面有3个由深到浅的油楔，增压器转子的旋转方向从压气机端看是逆时针，要保证旋转方向上由深到浅。 (5).在组装主止推轴承

40、二个止推面、辅助推力轴承推力面及径向轴承内表面时必须预先涂上润滑油。Page 56第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器2.涡轮增压器主要装配间隙的调整与测量(1). 扩压器端面压紧调整 用深度卡尺测量扩压器端面与涡轮出气壳结合面间的距离A1(见图2-32)，用深度卡尺测量蜗壳两结合面间距离A2。应保证A1-A2=0.05-0.2mm,此尺寸可用增减调整垫片的厚度来保证。(2). 主轴轴向游动量K值的测量与调整 用深度卡尺测量轴承套止推面在压气机端轴承组装中的轴向游动量K值，K值应符合规定要求（见图2-33）。K值的大小可选择推力轴承体的厚度进行调整。Page 57第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压

41、器图2-32. 扩压器端面压紧调整图 图2-33. 主轴轴向游动量K值调整图Page 58第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器(3). 压气机工作轮后气封间隙 压气机工作轮后气封为车制径向硬气封结构，其与气封圈的轴向间隙H由加工保证，一般不需调整，可用橡皮泥的办法检验，若不符合规定要求，可改变油封的厚度进行调整。 (4). 压气机工作轮与叶轮罩壳轴向间隙的测量与调整 在叶轮罩壳上装上调整垫，再将罩壳装在蜗壳中，并用6个M10螺栓紧固（在紧固中要一边紧，一边用手拨动工作轮，防止罩壳把工作轮挤伤）。按图15所示，测出H3值。将工作轮拉出，使之罩壳恰好接触，按图15所示，测出H4值。此时，HH3H4。

42、H值即是工作轮与罩壳间的间隙，应符合规定范围.。H值可改变调整垫片的厚度进行调整。Page 59第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器图2-34. 压气机工作轮与叶轮罩壳轴向间隙的测量与调整示意图Page 60第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器(5). 喷嘴环出口面积的调整 经检查，若喷嘴环出口面积超出设计规定范围，可对每两片叶片间高度进行微量调整。其方法：画出喷嘴环叶片平均直径250mm的圆周线，用面积测量棒和专用工具进行调整，要求将测量棒过端通过平均直径处的喉口，止端通不过平均直径处的喉口(测量棒可向厂家购买或自制)。调整面积时用自制专用工具在叶片出口边均匀微量变形，使喷嘴面积达到设计要求(见

43、图2-35所示)。喷嘴出口面积=叶片平均直径处每两片叶片间高度叶片长度叶片数。 Page 61第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器图2-35. 喷嘴环出口面积调整示意图Page 62第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器(6). 压气机端铸铁密封环的检查 铸铁密封环的状态对压气机端封油效果有直接影响，更换时必须对铸铁密封环的质量进行复检。复检时主要检查以下几项： 环在自由状态时开口间隙应在7.21.4mm; 将环放在平板上不应挠曲；环放入油封盖的配合面时，环的闭口间隙应为0.20.1 mm；用手挤压环外圆，环应富有弹性。 注意：涡轮增压器组装完后，应及时戴上涡轮及压气机进出口护盖，避免异物进入。Pa

44、ge 63第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器 Page 64第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器涡轮增压器主要零件装配间隙见下表(mm) 序号序号 间隙名称间隙名称单位单位设计值设计值备注备注1压气机工作轮与气封轴问间隙压气机工作轮与气封轴问间隙mm1.25-2.752压气机工作轮与罩壳轴向间隙压气机工作轮与罩壳轴向间隙mm0.70-0.93主轴轴向间隙主轴轴向间隙(K值值)mm0.23-0.284压气机油封盖与油封间隙压气机油封盖与油封间隙mm0.27-0.355轴承套与径向轴承间隙轴承套与径向轴承间隙mm0.12-0.156轴颈与径向轴承间隙轴颈与径向轴承间隙mm0.12-0.157衬套与主

45、轴间隙衬套与主轴间隙mm0.003-0.0108轴承套与主轴间隙轴承套与主轴间隙mm0.008-0.0127涡轮气封圈与油封间隙涡轮气封圈与油封间隙mm0.25-0.2838石墨密封环与主轴间隙石墨密封环与主轴间隙mm0.009-0.0459涡轮叶片与喷嘴环锒套间隙涡轮叶片与喷嘴环锒套间隙mm1.5-1.8Page 65第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器3 涡轮增压器专用拆装工具Page 66第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器5. ZN310G型涡轮增压器拆卸 每台涡轮增压器在出厂试验结束后要进行拆卸、清洗、检查和复装等工作。5.1 .拆卸中的注意事项(1). 涡轮增压器的拆卸工作，必须在清浩

46、的条件下进行操作。(2). 涡轮增压器拆卸时必须十分小心，应避免易损零件的碰撞。(3). 锤击金属零件时，只能用铜锤、专用木锤或橡胶锤。(4). 涡轮增压器拆卸后，应仔细清洗、检查和处理各零部件。(5). 根据涡轮增压器主要零部件的重量选择适当的起吊绳索(主要零部件重量：蜗壳装配25.133kg、涡轮出气壳装配130kg、涡轮进气壳装配45.25kg、转子装配18.59kg、扩压器装配10.9kg、涡轮增压器总重量285kg)。Page 67第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器5.2 拆卸程序 涡轮增压器的拆卸程序按照“涡轮增压器零部件装拆程序示意图进行”。(1). 涡轮进气壳装配拆卸程序A.拧

47、下涡轮进气壳及涡轮出气壳的M10联接螺栓。B.用M10顶丝均匀顶出涡轮进气壳，若顶出有困难时允许用铜棒或铜锤敲击。C.托平涡轮进气壳连同喷嘴环、喷嘴环镶套一起拉出(因涡轮进气壳装配较重，请注意安全)。D.根据需要可对喷嘴环、喷嘴环镶套及涡轮进气壳进行拆卸。(2).导流壳、叶轮罩壳拆卸程序A.拧下导流罩及叶轮罩壳所有M10联接螺栓。B.拆下导流罩及叶轮罩壳。Page 68第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器(3). 测量转子游动量K值A将磁性千分表架固定在涡轮出气壳的联接涡轮进气壳端的端面上，千分表头顶在涡轮轮盘去重台的未去重处。B从压气机端用双手抓紧压气机工作轮用力推动和拉动转子，从千分表上指示

48、读数即为转子轴向游动量(K=0.23-0.28mm)。C记录在相关表格上。Page 69第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器(4). 转子装配拆卸程序A用小改刀拨开止动垫片上的止退耳，用专用导筒插入压紧螺母的四个槽中，反时针卸下压紧螺母。B.用压紧圈折卸爪勾住压紧圈上相应2个小孔，用压紧圈拆卸爪上的顶丝顶住轴头卸下压紧圈。由于拆压紧圈时可能松动叶轮，故加垫重新压紧叶轮，再拆去所加垫。C.剪去压气机轴承盖的锁紧丝，用17号套筒扳手卸下四个紧固螺钉。用M10顶丝顶出压气机轴承盖及垫片，取出甩油盘。D.请工友帮助托平主轴，操作者戴手套自涡轮端拉出转子，若拉不动，可装上压紧螺母用铜锤轻击压紧螺母，取出主

49、轴轮盘叶片组件(严禁直接敲击主轴轴头)。 Page 70第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器(5). 涡轮轴承装配拆卸程序A.剪去康铜锁紧丝，用14号套筒扳手拆下6个联接螺栓，用两个M10顶丝顶出涡轮气封圈，取下垫片，然后用M10顶丝顶出涡轮轴承装配。B.用螺丝刀拧下径向轴承上的止动销钉，用尼龙棒从轴承座中压出径向轴承。(6). 压气机轴承装配拆卸程序A.用2个M10顶丝均匀地从涡轮出气壳装配中顶出压气机轴承装配。B折下压气机轴承装配上的4个M8紧固螺栓，依次取下导流罩、辅助推力轴承及推力轴承端板、推力轴承体、轴承套、主止推轴承和止推垫板。C.用螺丝刀拧下径向轴承止动销钉，用尼龙棒从轴承座中压出

50、径向轴承。Page 71第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器(7). 扩压器装配拆卸程序A. .松开所有蜗壳与涡轮出气壳的联接螺母，取下蜗壳。B. 依次取下垫片和扩压器装配。拆下所有扩压器盖板与扩压器的联接螺栓，将两者分开。4.2.增压器检查增压器拆卸后的清洗、检查项目及要求，请按相关规定执行。Page 72第二章第二章 涡轮增压器涡轮增压器6. ZN310G型涡轮增压器出厂试验型涡轮增压器出厂试验1.初运转：冷风吹，转速为7000 r/min，运转15min停机检查，再按上述程序进行。2.封油试验：冷风吹至增压器转速9000rpm，运转10分钟，试验中油压0.350.02MPa，检查增压器两端

51、是否漏油。3.测惰转：在转速13500rpm，滑油压力100kPa时运转3分钟停车测惰转时间4.试验时基本参数控制如下：增压器最高转速25500rpm；润滑油进口压力0.25-0.35MPa；润滑油进口温度40-750C 折合转速折合转速(r/min)压压 比比折合流量折合流量(kg/s)总效率总效率(%)机组振动机组振动-径向、轴向径向、轴向(mm)备注备注225002.7-2.82.47-2.63570.03、0.03作为验收依据作为验收依据Page 73第三章第三章 涡轮增压器和柴油机的配合特性和调整涡轮增压器和柴油机的配合特性和调整1. 涡轮增压器和柴油机配合的一般要求 根据一定型号的

52、柴油机选用涡轮增压器时，必须周密考虑涡轮增压器和柴油机相配合后的工作特性，一般所选用的涡轮增压器应满足以下要求：1.1使柴油机能达到预期的增压效果。1.2 所选用的涡轮增压器尽可能满足柴油机在全部工况内都能有高效率。1.3柴油机的标定功率下，涡轮增压器不出现超速现象。1.4涡轮增压器能平稳工作，不能出现喘振和柴油机出现超温等现象。 为了满足上述要求，首先应选择合适的涡轮增压器型号，其次必须进行涡轮增压器和柴油机的配合特性试验，如果配合试验不能达到预期的效果或工作不稳定时，应对涡轮增压器作必要的调整，并重新试验。Page 74第三章第三章 涡轮增压器和柴油机的配合特性和调整涡轮增压器和柴油机的配

53、合特性和调整2. 涡轮增压器和柴油机的配合特性 在分析涡轮增压器和柴油机的配合特性时，首先应通过试验得出压气机流量特性曲线，以及涡轮增压器和柴油机的配合工作时增压柴油机的流通特性曲线。然后将上述两组曲线采用相同的比例绘制在同一坐标图内，即可得到涡轮增压器和柴油机的配合特性曲线。 增压柴油机的流通特性曲线就是涡轮增压器和柴油机的联合工作运行线，简称增压柴油机的运行线，它反映增压柴油机整个通流部分(包括空气冷却器、气缸扫气时气门开启的时间-截面值、进排气管道和涡轮的流道等)对其通流能力的影响。如果柴油机转速增加、气缸扫气时气门开启的时间-截面值增大、空气冷却器冷却作用增强或涡轮喷嘴、工作轮流道加大

54、等，都能使增压柴油机通流部分的流动阻力减小，通流能力增大。Page 75第三章第三章 涡轮增压器和柴油机的配合特性和调整涡轮增压器和柴油机的配合特性和调整 涡轮增压器和柴油机的配合运行时，由于涡轮允许的工作范围较广，高效区也较宽，因此在运行中的问题较少; 而压气机特性随通流元件改变而变化较大。对于某一组通流元件高效区亦较窄，在运行中易出问题。因此在研究涡轮增压器与柴油机的配合特性时，主要看压气机特性与柴油机特性是否匹配。 根据涡轮增压器和柴油机的配合要求，增压柴油机运行线应穿过压气机流通特性曲线中的高效区，并和其等效线大致平行，同时应使运行线与压气机喘振线之间留有一定的余量。一般机车柴油机在相

55、同增压比下，匹配点流量比喘振点流量大12-15%，最好在15%以上。如果运行线太接近或已穿过压气机喘振线，则柴油机不能稳定工作; 反之，运行线过分偏离喘振线，则压气机效率低，柴油机经济性差。如果出现上述两种情况，就要调整压气机的流量特性曲线或增压柴油机的运行线。如果相差太多，应重新进行增压器选型。Page 76第三章第三章 涡轮增压器和柴油机的配合特性和调整涡轮增压器和柴油机的配合特性和调整3.涡轮增压器和柴油机配合特性的调整3.1 对运行线接近或己超过压气机喘振线的调整 此种情况是柴油机的实际用气量过小，即在涡轮增压器相应的转速下，受柴油机直接控制的压气机空气流量过小，因此所选用们涡轮增压器

56、设计空气流量相应地过大。这时，可以采用增大柴油机和涡轮通流能力的方法进行调整，使运行线右移而离开压气机喘振线。但是增大柴油机和涡轮的通流能力，将使柴油机的结构和其工作过程均产生重大的改变和影响。因此，一般采用调整和更换涡轮增压器的方法，以减小其空气流量，使压气机喘振线左移而离开运行线。Page 77第三章第三章 涡轮增压器和柴油机的配合特性和调整涡轮增压器和柴油机的配合特性和调整 如果柴油机的实际用气量和压气机的设计空气流量相差过大，应该改换设计空气流量较小的涡轮增压器，使其在保持一定的增压比下具有较小的空气流量，和柴油机过小的实际用气量。和柴油机过小的实际用气量相适应。如果两者的空气流量相差

57、不大，可以通过适当减小压气机工作轮和扩压器的通流面积进行调整。在实际应用中，由于改变压气机工作轮的工作量较大，因此，一般采用减小扩压器通流面积，即减小扩压器叶片角度或高度的方法。如减小扩压器叶片进口角，使扩压器通流面积减小，压气机的空气流量下降，这时压气机喘振线向左偏移。但是扩压器叶片角度减小过多，降使压气机效率降低。如果两者的空气流量相差很小，可以适当选用稍大的喷嘴环面积和加强空气冷却，以改善其配合特性。因为喷嘴环出口面积增大，使流动阻力减小，柴油机通流能力增大，从而使运行线向右偏移。加强空气冷却可使空气密度增大，容积减小，其流动阻力减小，柴油机通流能力增大，同样使运行线向右偏移。 Page

58、 78第三章第三章 涡轮增压器和柴油机的配合特性和调整涡轮增压器和柴油机的配合特性和调整3.2 对运行线过于偏离喘振线的调整 运行线过于偏离喘振线会发生柴油机的实际用气量过大，即在涡轮增压器相应转速下受柴油机直接控制下的空气流量过大，因此，所选用的涡轮增压器设计流量相应地过小，这时可以采用和上述相反的措施进行调整。但是在不改变涡轮叶片即不改变涡轮的通流面积，而采取减小喷嘴环面积以提高增压器转速，使压气机供气量提高时，应避免涡轮效率降低过多和涡轮产生阻塞现象。因为随着喷嘴环面积的减小，涡轮反作用度下降，使涡轮效率有所降低。试验证明，喷嘴面积减小20%，反作用度将下降10%，涡轮效率相应降低6%。

59、因此，喷嘴环面积不宜减小过多，除非涡轮叶片也作相应的变动，以保持其反作用度不变。同时喷嘴面积的减小，还将导致喷嘴环出口处气流速度的增高; 当该处气流速度过高时，会形成气流阻塞。Page 79第三章第三章 涡轮增压器和柴油机的配合特性和调整涡轮增压器和柴油机的配合特性和调整 由于机车柴油机的工况变化复杂，因此，涡轮增压器和柴油机的配合受到许多因素的限制，如涡轮增压器的最高转速，排气温度、柴油机排气冒烟、压气机喘振等。涡轮增压器超过最高转速会使工作轮和叶片产生过大的离心力，甚至可使工作轮碎裂、叶片断裂飞出。柴油机排气冒烟或压气机喘振，都会造成涡轮增压器早期损坏。此外，柴油机本身还受其最高、最低转速

60、的限制。因此，涡轮增压器和柴油机正确的配合特性应在合理的区域内。 简而言之，调整的主要方法：调整涡轮通流元件，改变柴油机的流通特性，使其适应压气机的特性。最简单而又常用的方法是调整涡轮喷嘴环出口面积。即减少喷嘴环出口面积，则柴油机的流通能力相应减小，柴油机运行线向左移动; 增加喷嘴环出口面积，柴油机运行线向右移动。Page 80第三章第三章 涡轮增压器和柴油机的配合特性和调整涡轮增压器和柴油机的配合特性和调整 (1).改变扩压器叶片进口角度。如果减少扩压器叶片进口角度，可以使压气机流通特牲曲线向左移动，也就是说使压气机喘振线向左移动。反之，压气机喘振线向右移动。一般此法对大流量、高压比部分特性