船舶柴油机船舶柴油机Friday,July 8,202215:41第三节第三节 废气涡轮增压与增压系统废气涡轮增压与增压系统1.柴油机增压概述柴油机增压概述2.柴油机废气能量分析柴油机废气能量分析3.废气涡轮增压的两种基本方法废气涡轮增压的两种基本方法4.两种增压方式的比较两种增压方式的比较5.其它增压方法其它增压方法6.废废 气气 涡涡 轮轮 增增 压压 系系 统统 船舶柴油机船舶柴油机Friday,July 8,202215:41一、柴油机增压概述一、柴油机增压概述1.提高柴油机有效功率的途径提高柴油机有效功率的途径1)1)增压与中冷增压与中冷2.增压方式增压方式1)根据驱动增压器的能量不同根据驱动增压器的能量不同I.机械增压机械增压II.废气涡轮增压废气涡轮增压III.复合增压复合增压 2)按照按照 b的高低的高低3.目前柴油机的增压情况目前柴油机的增压情况 船舶柴油机船舶柴油机Friday,July 8,202215:41提高柴油机有效功率的途径提高柴油机有效功率的途径根据有效功率根据有效功率Pe的计算公式：的计算公式：Pe D2Spenmi 可可知提高柴油机有效功率的途径是：知提高柴油机有效功率的途径是：1)改变柴油机的结构参数改变柴油机的结构参数i.D.s.m2)提高柴油机的转速提高柴油机的转速n。
l柴油机转速增加可以增大柴油机作功频率，提高功率，但磨柴油机转速增加可以增大柴油机作功频率，提高功率，但磨损增加，柴油机寿命及可靠性降低损增加，柴油机寿命及可靠性降低3)提高平均有效压力提高平均有效压力pe（燃油量燃油量-负荷和燃烧的质量）负荷和燃烧的质量）l方法方法是提高柴油机进气密度，可以增加气缸充气量，使更多是提高柴油机进气密度，可以增加气缸充气量，使更多的燃油完全燃烧，从而大幅度提高柴油机的功率的燃油完全燃烧，从而大幅度提高柴油机的功率l进气密度的增加可以通过提高进气压力和降低进气温度来实进气密度的增加可以通过提高进气压力和降低进气温度来实现增压与中冷增压与中冷1)1)增压的定义：就是用提高气缸进气压力的方法，使进增压的定义：就是用提高气缸进气压力的方法，使进入气缸空气密度增加，从而可以增加喷入气缸的燃油入气缸空气密度增加，从而可以增加喷入气缸的燃油量，以提高柴油机的平均指示压力和柴油机的平均有量，以提高柴油机的平均指示压力和柴油机的平均有效压力I.I.增压度增压度的定义：柴油机增压后标定功率与增压前标定功率之差的定义：柴油机增压后标定功率与增压前标定功率之差值与增压前标定功率的比值。
它表示增压后功率增加的程度值与增压前标定功率的比值它表示增压后功率增加的程度II.II.增压比增压比的定义的定义：b b=p pk k/p po o2)2)中冷中冷的作用：由于空气在增压器中被压缩时压力和温的作用：由于空气在增压器中被压缩时压力和温度同时升高，影响了空气密度的增加和增压效果因度同时升高，影响了空气密度的增加和增压效果因此，在增压器后都设有中冷器此，在增压器后都设有中冷器I.I.降低空气温度，提高空气密度降低空气温度，提高空气密度II.II.降低柴油机平均循环温度降低柴油机平均循环温度III.III.降低柴油机指示耗油率降低柴油机指示耗油率IV.IV.降低降低NOxNOx等有害物质的排量等有害物质的排量displacementdisplacementn新型柴油机采用了两级冷却（高温淡水冷却第一级，低温淡水冷新型柴油机采用了两级冷却（高温淡水冷却第一级，低温淡水冷却第二级，能有效地利用废热，还可在低负荷或湿热航区时旁通却第二级，能有效地利用废热，还可在低负荷或湿热航区时旁通第二级冷却以增加进气温度第二级冷却以增加进气温度-防止凝水产生，保证柴油机的良好工防止凝水产生，保证柴油机的良好工作）作）船舶柴油机船舶柴油机Friday,July 8,202215:41机械增压机械增压 1)增压器增压器(压气机压气机)由柴油机直接驱由柴油机直接驱动的增压方式动的增压方式2)随着增压压力的提高，增压器所随着增压压力的提高，增压器所消耗的功率也随之增大。
当增压消耗的功率也随之增大当增压压力达到某一值时，增压器消耗压力达到某一值时，增压器消耗的功率有可能大于柴油机增压的的功率有可能大于柴油机增压的增益功率，此时柴油机的有效功增益功率，此时柴油机的有效功率反而下降因此率反而下降因此机械增压只适机械增压只适于增压压力于增压压力pk(0.150.17)MPa的低增压柴油机的低增压柴油机船舶柴油机船舶柴油机Friday,July 8,202215:41废气涡轮增压废气涡轮增压即利用柴油机排出的废气来吹动涡轮，从即利用柴油机排出的废气来吹动涡轮，从而带动增压器向气缸供气的增压方式而带动增压器向气缸供气的增压方式废气涡轮增压的优点废气涡轮增压的优点1.一般功率可提高一般功率可提高20%50%，高增压时为，高增压时为100%2.废气能量利用好，柴油机的机械效率、热效率废气能量利用好，柴油机的机械效率、热效率可提高，经济性好可提高，经济性好3.降低排气噪声和烟度，减少环境污染降低排气噪声和烟度，减少环境污染缺点缺点1.加速性能差；加速性能差；2.热负荷较高热负荷较高3.对大气温度和排气背压比较敏感对大气温度和排气背压比较敏感 船舶柴油机船舶柴油机Friday,July 8,202215:41复合增压复合增压 既采用涡轮增压器，又采用机械驱既采用涡轮增压器，又采用机械驱动式增压器，称为复合增压方式动式增压器，称为复合增压方式 船舶柴油机船舶柴油机Friday,July 8,202215:41按照增压比按照增压比 b的高低的高低 b l.5；pk 0.15MPa b=1.52.5；pk=0.150.25MPa b=2.53.5；pk=0.250.35MPa b 3.5；pk 0.35MPa 船舶柴油机船舶柴油机Friday,July 8,202215:41目前柴油机目前柴油机的的增压情况增压情况船舶大型低速二冲程柴油机：船舶大型低速二冲程柴油机：pk=0.250.30MPa，pe 1.5MPa；大型中速柴油机大型中速柴油机pk=0.300.35MPa，pe=2.02.5MPa。
船舶柴油机船舶柴油机Friday,July 8,202215:41二、柴油机废气能量分析二、柴油机废气能量分析1)废气能量可分为两部分：废气能量可分为两部分：I.一部分是废气由排出压力一部分是废气由排出压力pb膨胀膨胀到涡轮前到涡轮前pT的膨胀能的膨胀能E1，称为脉称为脉冲能为一种脉动的速度能，在冲能为一种脉动的速度能，在排气管中以压力波的形式出现；排气管中以压力波的形式出现；II.另一部分是废气由压力另一部分是废气由压力pT膨胀到膨胀到大气压力大气压力p的膨胀能为定压能的膨胀能为定压能E22)结论：增压压力越低，脉冲动能所占结论：增压压力越低，脉冲动能所占比重越大；增压压力越高，定压能越比重越大；增压压力越高，定压能越大即能量大即能量E1与与E2的比值随增压压力的比值随增压压力ps的不同而不同的不同而不同ps越高，其比值越越高，其比值越低船舶柴油机船舶柴油机Friday,July 8,202215:41三、废气涡轮增压的两种基本方式三、废气涡轮增压的两种基本方式1.等压涡轮增压系统等压涡轮增压系统2.脉冲涡轮增压系统脉冲涡轮增压系统 船舶柴油机船舶柴油机Friday,July 8,202215:41等压涡轮增压系统等压涡轮增压系统1)等压涡轮增压的特点：是把柴油机的所有气缸的等压涡轮增压的特点：是把柴油机的所有气缸的排气管都接到一根容量很大的总管上，总管能起排气管都接到一根容量很大的总管上，总管能起稳压箱的作用，尽管各气缸轮流排气，但稳压箱的作用，尽管各气缸轮流排气，但进入涡进入涡轮时气体压力的波动不大，基本上保持一恒定值轮时气体压力的波动不大，基本上保持一恒定值，故又称恒压涡轮增压或定压涡轮增压故又称恒压涡轮增压或定压涡轮增压2)能量利用特点：定压增压能量利用特点：定压增压只利用了废气能量中的只利用了废气能量中的定压能，而极少利用废气中的脉冲动能定压能，而极少利用废气中的脉冲动能。
3)缺点：当柴油机处于低负荷或起动时性能差须缺点：当柴油机处于低负荷或起动时性能差须另设辅助风机来满足低负荷时的需要另设辅助风机来满足低负荷时的需要213456n但是随着增压压力的提高，脉但是随着增压压力的提高，脉冲动能所占的比例越来越小，冲动能所占的比例越来越小，而且由于涡轮前而且由于涡轮前废气压力恒等，废气压力恒等，涡轮的效率较高涡轮的效率较高，因而等压增，因而等压增压在增压压力较高的柴油机中压在增压压力较高的柴油机中得到广泛应用得到广泛应用船舶柴油机船舶柴油机Friday,July 8,202215:41脉冲涡轮增压系统脉冲涡轮增压系统1)1)脉冲涡轮增压特点：是把涡轮增压器脉冲涡轮增压特点：是把涡轮增压器尽量靠近气缸，排气管短而细并进行尽量靠近气缸，排气管短而细并进行分组，排气管中分组，排气管中(涡轮前涡轮前)的压力是波的压力是波动的动的 2)2)能量利用特点：脉冲增压利用了部分能量利用特点：脉冲增压利用了部分的脉冲动能的脉冲动能E E1 1(可利用可利用40%40%50%E50%E1 1)和和定压能定压能E E2 2，故废气能量利用增高尤，故废气能量利用增高尤其在增压压力较低时，脉冲动能所占其在增压压力较低时，脉冲动能所占比例增大，此时采用脉冲增压可使废比例增大，此时采用脉冲增压可使废气能量得到更充分的利用。
气能量得到更充分的利用缺点是涡缺点是涡轮工况不稳定，效率较低轮工况不稳定，效率较低3)排气管分组排气管分组 船舶柴油机船舶柴油机Friday,July 8,202215:41脉冲增压脉冲增压分组原因分组原因在多缸柴油机的脉冲增压系统中，在多缸柴油机的脉冲增压系统中，如果各缸的排气管均排入一根排气如果各缸的排气管均排入一根排气管，则会产生扫、排气的相互干扰管，则会产生扫、排气的相互干扰1)当某缸进行扫气而相邻缸正好排气当某缸进行扫气而相邻缸正好排气时，排气压力波就会传到扫气缸的时，排气压力波就会传到扫气缸的排气口处，使该缸排气背压升高，排气口处，使该缸排气背压升高，从而影响该扫气的正常进行从而影响该扫气的正常进行2)如果每缸各自向单独的排气管排气，如果每缸各自向单独的排气管排气，虽然消除了各缸的排气干扰，但涡虽然消除了各缸的排气干扰，但涡轮供气间断，效率降低轮供气间断，效率降低结论结论：脉冲涡轮增压柴油机为避免：脉冲涡轮增压柴油机为避免各缸扫排气的互相干扰，排气管必各缸扫排气的互相干扰，排气管必须进行分组须进行分组同组排气管所连各缸同组排气管所连各缸的扫排气时期不相重的扫排气时期不相重叠叠(或重叠较小或重叠较小)脉冲增压适用于气缸脉冲增压适用于气缸数为数为3的倍数的柴油机的倍数的柴油机分组的原则分组的原则 船舶柴油机船舶柴油机Friday,July 8,202215:41四、两种增压方式的比较四、两种增压方式的比较1.废气能量的利用废气能量的利用2.涡轮的工作性能涡轮的工作性能 3.增压系统的布置增压系统的布置 4.管理上的要求管理上的要求 5.结论结论 船舶柴油机船舶柴油机Friday,July 8,202215:41废气能量的利用废气能量的利用 在总的废气可用能在总的废气可用能E1+E2中，它们所占比例随增压压中，它们所占比例随增压压力的提高力的提高E1降低，总的来讲，降低，总的来讲，脉冲增压脉冲增压所利用的能量所利用的能量中中脉冲能少于定压能脉冲能少于定压能。
因而在高增压时采用等压增压较为有利，但在低负荷时性能差，因而在高增压时采用等压增压较为有利，但在低负荷时性能差，即在变工况运行时的动态响应能力差（即在变工况运行时的动态响应能力差（由于排气管容积较大，由于排气管容积较大，低负荷时低负荷时排气管中压力低，能量少排气管中压力低，能量少）1)等压增压：只利用了。