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柴油发电机组涡轮增压系统工作原理、结构和2种形式-河北邦博润

发布于:2019-05-23 10:45来源:柴油机涡轮增压 作者:河北邦博润发电机组 点击:
在我们了解完柴油机增压系统后,为大家介绍一下最常用的柴油机增压方法-废气涡轮增压,在柴油发电机组中我们统称为废气涡轮增压系统。今天重点为大家讲解一下柴油机废气涡轮增压工作原理、结构以及2种形式。
一、柴油机废气涡轮增压工作原理
废气涡轮增压是利用柴油机排出的废气能量来驱动增压器,将空气压缩后再送入气缸的一种增压方法。柴油机采用废气涡轮增压后,可提高输出功率30%~100%以上,同时还可减少单位功率的质量,缩小外形尺寸,节省原材料,降低燃油消耗率,增大柴油机扭矩,提高载荷能力以及减少排气对大气的污染等优点,因而得到广泛应用。尤其在高原地区因气压低、空气稀薄,导致输出功率下降。一般当海拔高度每升高1000m,功率将下降8%~10%。若装设涡轮增压器后,可以恢复原输出功率,其经济效果尤为显著。
二、柴油机废气涡轮增压结构
柴油机废气涡轮增压系统如图4-19所示。将柴油机排气管接到增压器的蜗壳上,柴油机排出的具有500~650℃高温和一定压力的废气经蜗壳进入喷嘴环,喷嘴环的通道面积由大逐渐变小,因而可以做到:虽然废气的压力和温度在下降,但其流速在不断提高,高速的废气流,按一定的方向冲击涡轮,使涡轮高速旋转。废气的压力、温度和速度越高,涡轮的转速就越快。通过涡轮的废气最后排入大气。
三、柴油机废气涡轮增压形式
废气涡轮增压器按进入涡轮的气流方向,可分为轴流式和径流式两种。
1.径流式涡轮增压器径流式涡轮增压器的结构如图4-20所示。
它主要是由蜗壳、喷嘴环、涡轮和转子轴等组成。径流式涡轮增压器工作时,柴油机排出的废气进入增压器的蜗壳后,沿增压器转子轴的轴线垂直平面(即径向)流动。这是由于当气流通过喷嘴时,一部分压能和热能转换为动能,由此获得高速气流。由喷嘴环出来的高速气流按一定方向流入叶轮,在叶轮中被迫沿着弯曲通道改变流动方向,在离心力的作用下,气流质点投向叶片凹面,压力增加而相对速度降低;叶片凸面上则相对速度提高而压力降低,因此,作用在叶片凹凸面上的气流合力(即压力差)在涡轮轴上形成推动叶片旋转的力矩,因而从叶轮流出的废气经由涡轮中心沿轴排出。中型柴油机大多采用径流式涡轮增压器。
2.轴流式轮增压器轴流式轮增压器工作时、柴油机排出的度气进入増压器的蜗売之后、气流沿着增压器的转子轴的轴线方向流动,故称轴流式。大型柴油发动机大多采用这种形式的增压器。
度气涡轮增压器按是否利用柴油发动机排气管内废气的脉冲能量,可分为恒压式和脉冲式两种增压器。
①恒压式废气轮增压器是将多缸柴油机全部气缸的排气岐管接到一根排气总管内,再与增压器與売相連接,而废气以某一平均压力顺着一个单一的蜗売进气道通向整个喷嘴环,这种增压器常用于大功率高增压柴油机中。
②脉冲式废气涡轮增压器的排气系统示意图如图4-21所示。以六缸柴油发动机为例来说明、其发火次序为1-5-3-6-2-4,通常将1、2、3缸的排气道连接到一根排气歧管上,沿蜗売上的一条进气道通向半圏喷嘴环;而将4、5、6缸的排气道连接到另一根排气歧管,沿蜗壳上的另一条进气道,通向另半圏喷嘴环,这样各缸排气互不干扰,这种结构可以充分利用废气的脉冲能量,并能利用压力高峰后的瞬间真空扫气,防止某缸排气压力波高峰倒流到正在吸气的另一缸中,因此,在同一根排气歧管的各气缸发火间隔应大于180°曲轴转角。目前,中型柴油机废气涡轮增压均采用脉冲式增压器。
废气涡轮增压器的主要性能指标是空气压力升高比,简称压比,用πk表示,它是压气机出口空气压力pk和压气机进口空气压力p1的比值,即
πk=pk/p1
压气机出口空气压力值越大、进入气缸的空气密度也越大。涡轮增压器按压比大小可分为低、中、高增压三种:
低增数πk<1.7:中增压πk=1.7~2.5:高增压πk>2.5
πk>1.8的中增压、就要采用中器・以降低压气机出口空气温度,使进入气缸的空气密度增大。目前、油发动机上普遍采用低、中增压径流脉冲式废气涡轮增压器。高增压柴油机已式为发展趋势。
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柴油机增压系统按照驱动增压器所用能量来源的不同基本的增压方法可分为三类:
1.机械增压系统。
2.废气涡轮增压系统。
3.复合增压系统三类。
4.统称为其他增压方法。
其他增压多是利用进排气管内的气体动力效应来提高气缸充气效率的惯性增压系统以及利用进排气的压力交换来提高气缸空气压力的气波增压器。
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