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1、第四章 换气与增压第一节 柴油机换气过程 第二节 换气机构 第三节 废气涡轮增压系统和涡轮增压器 第四节 增压系统的故障与维护管理Date1chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器n柴油机增压概述n提高柴油机有效功率的途径n改变柴油机的结构参数，提高工作容积；n提高柴油机的转速；n提高柴油机的平均有效压力。n柴油机增压方式n机械增压（增压压力提高，柴油机消耗功增大）n废气涡轮增压n复合增压 低增压(0.15MPa),中增压(0.150.25MPa) 高增压(0.250.35MPa), 超高增压(0.35MPa)Date2chapter 3 配气系统与增压Date3
2、chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器n废气涡轮增压发展概况 增压器发展侧重点倾向提高效率TkDate4chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器n废气涡轮增压技术 废气能量组成分析 总可用能=E1+E2 PTE1/（E1+E2）Date5chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器Date6chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器n废气涡轮增压的两种基本方式 1-进气管；2-涡轮增压器； 3-排气总管；4-柴油机1-进气管；2-涡轮增压器； 3-排气管；4-柴油机定压增压脉冲增
3、压Date7chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器n脉冲涡轮增压柴油机气缸的分组 分组原则：同一组气缸的扫、排气时间相互不 重叠或重叠很少。四冲程柴油机：排、扫气持续时间约为240二冲程柴油机：排、扫气持续时间约为120同一组允许最多气缸数i=3。 例子：四冲程六缸柴油机(1-5-3-6-2-4)Date8chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器n脉冲增压与等压增压的比较 n 在废气能量利用方面（排气可用能的传递效率 ）脉冲 高，但增压度提高，差别不大； n 涡轮增压器的综合效率Tk,脉冲低； n 涡轮增压系统的有效性指标K =ET
4、k，增压度不高 时，脉冲大；反之则小。 n 部分负荷时K值 ， pT较低，脉冲大 n 扫气性能：脉冲能在较大运转范围内好 n 加载性能：脉冲好 n 脉冲振动大，布置、构造和加工等要求严格，维护管 理不方便Date9chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器n废气涡轮增压的其它几种方式 Date10chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器三、废气涡轮增压器及增压系统其它部件 1废气涡轮增压器 2动力涡轮 3增压空气冷却器及水雾截留器 Date11chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器废气涡轮增压器工作原理结
5、构离心式压气机 轴流式涡轮轴流式废气涡轮离心式压气机轴承气封与油封Date12chapter 3 配气系统与增压Date13chapter 3 配气系统与增压Date14chapter 3 配气系统与增压Date15chapter 3 配气系统与增压Date16chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器n轴流式涡轮工作原理1. W1和1取决于u; 2. 1一定，1取决于u/C1 3. 2，C2取决于W2和u 设计工况时，2接近90， C2最小，即余速损失最小。Date17chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器n涡轮级中的损失分析n在喷
6、咀及动叶中的损失，流速越高，损失越大n撞击损失， 1与1k不一致(非设计工况)n余速损失， C2(非设计工况)n漏气、磨擦等Date18chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器废气涡轮增压器工作原理结构离心式压气机 轴流式涡轮轴流式废气涡轮离心式压气机轴承气封与油封Date19chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器n离心式压气机的工作原理（1）空气在离心式压气机工作过程中的参数变化 进气道1 叶轮2 扩压器3 出气涡壳4 Date20chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器n离心式压气机的工作原理（2）
7、Date21chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器n离心式压气机的工作原理（3） 空气在扩压器中的流动内圈无叶扩压器能使出 口气流趋于均匀，有利 于叶片扩压器的工作， 当偏离设计工况时仍能 保持较高的效率。Date22chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器n离心式压气机的工作原理（4）压气机中的流动损失Date23chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器废气涡轮增压器工作原理结构离心式压气机 轴流式涡轮轴流式废气涡轮离心式压气机轴承气封与油封Date24chapter 3 配气系统与增压轴流式废气涡轮
8、Date25chapter 3 配气系统与增压Date26chapter 3 配气系统与增压Date27chapter 3 配气系统与增压Date28chapter 3 配气系统与增压Date29chapter 3 配气系统与增压Date30chapter 3 配气系统与增压Date31chapter 3 配气系统与增压轴流式和径流式废气涡轮增压器Date32chapter 3 配气系统与增压Date33chapter 3 配气系统与增压76/160柴油机涡轮增压器结构1-涡轮进气壳；2-喷嘴环 ； 3-涡轮；4-排气导流器； 5-涡轮排气壳；6-隔热层 ； 7-滤清器；8-消音器； 9-进气
9、壳；10-压气机叶 轮； 11-扩压器；12-蜗牛壳； 13-主轴；14-滑动轴承； 15-止动环；16-挡油环； 17-气封；18-环形空间； 19、20、21-通道； 22-滑油密封环；23-气封 环； 24-气封环Date34chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器nABB公司VTR454型废气涡轮增压器 1-消音滤清器；2-压气机进气壳；3-叶轮罩壳；4-压气机出气壳；5-扩压器；6-隔热墙；7-涡轮排气壳；8-转子 轴；9-气封；10、29-油封；11-进水管；12、28-油位表；13、27-齿轮油泵；14、25-盖板；15、26-注油孔螺 钉；16-滚
10、柱轴承；17-出水管；18-涡轮进气壳；19-喷嘴环；20-涡轮叶轮；21-压气机叶轮背气封；22-压气机 叶轮；23-向心推力球轴承；X-密封空气通道；Y-平衡腔；Z-平衡通道Date35chapter 3 配气系统与增压轴流式废气涡轮1-工作叶轮；2-喷嘴环；3-废气入口；4-轮盘；5-轴Date36chapter 3 配气系统与增压Date37chapter 3 配气系统与增压Date38chapter 3 配气系统与增压Date39chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器n喷咀环与叶片Date40chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和
11、涡轮增压器废气涡轮增压器工作原理结构离心式压气机 轴流式涡轮轴流式废气涡轮离心式压气机轴承气封与油封Date41chapter 3 配气系统与增压离心式压气机Date42chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器废气涡轮增压器工作原理结构离心式压气机 轴流式涡轮轴流式废气涡轮离心式压气机轴承气封与油封Date43chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器Date44chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器废气涡轮增压器工作原理结构离心式压气机 轴流式涡轮轴流式废气涡轮离心式压气机轴承气封与油封Date45ch
12、apter 3 配气系统与增压气封与油封装置Date46chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器三、废气涡轮增压器及增压系统其它部件 1废气涡轮增压器 2动力涡轮 3增压空气冷却器及水雾截留器 Date47chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器n动力涡轮Date48chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器三、废气涡轮增压器及增压系统其它部件 1废气涡轮增压器 2动力涡轮 3增压空气冷却器及水雾截留器 Date49chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器n增压空气冷却器及水雾
13、截留器 空冷器冷却效果分析： 1）提高空气密度，降低燃油消耗率 2）降低工作循环的温度，防止热负荷过高。 水雾截留器作用： 使增压空气内的水与气分离，防止水被带入气缸Date50chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器四、柴油机增压系统 （diesel engine+compressor+turbocharger+cooler+others） 根据增压所需能量来源：机械增压（耗功，只用于压比不高时）纯废气增压复合增压 1、四冲程柴油机增压系统（不增设辅助气泵） 2、二冲程柴油机增压系统（涡轮与压气机平衡 矛盾较大）Date51chapter 3 配气系统与增压3.
14、3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器n二冲程柴油机增压系统 二冲程柴油机要实现纯废气涡轮增压较困难 n靠进排气压差进行，压差小了就无法换气 n新废气掺混，增压空气消耗量较大 n新废气掺混，涡轮进口温度低，可用能小 n没有因活塞推挤而增加的废气能量 Date52chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器1）纯废气涡轮增压系统-直流扫气中应用 直流扫气使用纯废气增压的原因：n采用排气阀，管路布置紧凑，能有效利用脉冲能；n排气阀提前角可调大，使可用能增多。 现在大型低速二冲程柴油机均采用直流扫气：n纯废气涡轮增压，高增压（现在等压增压）n在低负荷起动时必须辅以电动鼓风机 不用
15、动力涡轮n加长活塞有效行程，减小排气阀开启角n采用大压缩比n采用大的过量空系数Date53chapter 3 配气系统与增压3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器2）复合增压系统 （1）串联旁通增压系统 （2）并联增压系统 1-涡轮 2-压气机 3-中冷器 4-扫气箱 5-电动鼓风机 6-扫气室 7-气水分离器 a-单向阀主要优点：利用扫气室中 空气压力的变化，防止废 气倒冲，有利于扫气Date54chapter 3 配气系统与增压Date55chapter 3 配气系统与增压喘振Date56chapter 3 配气系统与增压二冲程与四冲程柴油机进气特性差异二冲程与四冲程柴油机进气特性差异主要与
16、转速有关，与压差不大与转速无关，与压差有关Date57chapter 3 配气系统与增压Date58chapter 3 配气系统与增压3.4 增压系统的故障与维护管理三、增压系统的故障 1增压压力低于正常值 (1)增压器n和P都下降 1）涡轮获得的能量偏少。废气通道污阻、漏气 2）压气机、涡轮的效率下降 3）增压器转动阻力变大 4）涡轮的通流能力变大 (2)增压器n不变，而P下降 增压空气泄漏Date59chapter 3 配气系统与增压3.4 增压系统的故障与维护管理2增压压力高于正常值 (1)柴油机方面，使涡轮获得的能量过多。 (2)增压系统方面，涡轮的通流面积减小，可用 焓降增加Date60chapter 3 配气系统与增压3.4 增压系统的故障与维护管理3增压器强烈振动 1）涡轮动叶片折断。 2）燃烧产物附着在涡轮动叶上造成不平衡。Date61chapter 3 配气系统与增压3.4 增压系统的故障与维护管理4增压器轴承损坏n滚动体和内外圈滚道上工作表面的疲劳点蚀。 润滑油清洁程度
