船舶柴油机涡轮增压器

船舶柴油机涡轮增压器

现代柴油机上越来越多地使用了涡轮增压器，涡轮增压器能提高发柴油机功率和改善经济性能。

柴油机使用了涡轮增压器后发动机具有升功率高，油耗率低，排污较少,指示功率和有效功率都提高了，也就是提高了机械效率，自然可以明显改善高负荷区运行的经济性。涡轮增压器不仅使功率范围增大，而且高负荷的经济运行范围也扩大了。在低负荷区，涡轮增压器对经济性没有明显改善。涡轮增压器这一特点，对于经常满负荷高速运转的重型柴油机船舶十分有利。涡轮增压器由于滞燃期短，压力升高率低，可以使燃烧噪音降低。对于中、轻型载货柴油机船舶及经常处于中等负荷或部分负荷运转的柴油机船舶也是有利的

涡轮增压器按增压方式分为废气涡轮增压器、复合式废气涡轮增压器和组合式涡轮增压器。他们的作用分别如下：

1 废气涡轮增压器是利用发动机排出的具有一定能量的废气进入涡轮并膨胀作功，废气涡轮的全部功率用于驱动与涡轮机同轴旋转的压气机工作叶轮，在压气机中将新鲜空气压缩后再送入气缸。废气涡轮与压气机通常装成一体，便称为废气涡轮增压器。其结构简单，工作可靠，一般柴油机合理地加装废气涡轮增压系统后，可提高功率30% ～50% ，降低比油耗5% 左右，有利于改善整机动力性能、经济性能及排放品质，因而得到广泛应用。

2 复合式废气涡轮增压器。废气涡轮增压器是将废气动力涡轮与废气涡轮增压器串联起来工作，称为复合式废气涡轮增压器。在某些增压度较高的柴油机上，废气能量除驱动废气涡轮增压器外，尚有多余的能量用于驱动低压废气动力涡轮，该动力涡轮通过齿轮变速器及液力耦合器与发动机输出轴联接。这样，废气涡轮增压器达到增压的目的，而废气动力涡轮将废气能量直接变为功率送给曲轴。复合式废气涡轮增压器可充分利用废气能量，使动力性能、经济性能大为改善，但结构复杂，成本高且技术难度大。

3 组合式涡轮增压器。组合式涡轮增压器由废气涡轮增压与进气惯性增压组合而成。在该增压系统中，除废气涡轮增压器外，还有由稳压箱、共振管、共振室等构成的进气惯性增压系统，利用压力峰值可进一步提高增压后的进气压力。该系统使柴油机加速性能变好，并对改善柴油机的低速转矩有利。

柴油机废气涡轮增压器故障原因

柴油机进气压力降低的主要原因：

①压气机的滤清器沾污。

②叶轮、叶片扩压器沾污。

③增压器涡轮内存有较多积炭，使旋转阻力增加。

④中冷器沾污，增加了进气阻力。

⑤涡轮排气不畅通，这是由于排气管堵塞、变形等引起转子转速升不高。;

⑥增压器出口压力突然下降，一般是由于轴承损坏所引起。（2）压气机喘振的主要原因：

①柴油机紧急熄火或突然卸载（急收油门）。

②大气温度变化引起喘振。在夏季对增压器进行了配合试验，在冬季有可能发生喘振，这是因为气温变化使工作点发生变化而引起的。

③压气机沾污，特别是叶片扩压器沾污。

④一台发动机装置两台增压器，共用一根进气总管，当一缸不工作时，即可引压气机喘振。

（3）柴油机进气压力过高。一般来说，进气压力过高不是增压器本身的问题，而是由发动机引起的，其主要原因有：

①排气阀漏气。

②由于发动机喷油正时不当或其他原因造成补燃期过长，使驱动涡轮的热能增加，转速上升，进气压力提高。

（4）产生连续不正常声音：这种故障多数是由于转子与壳体发生碰撞而产生的。由于转子与壳体装配间隙较小，如果安装调整不当或轴承严重损坏，即可发生碰擦。

（5）润滑油回油温度过高（超过105℃）的主要原因：

①涡轮端的油、气密封件损坏，高温燃气进入油腔。*

②轴承损坏。

（6）漏油：压气机密封装置靠近叶轮边是低压区，容易产生漏油故障。主要原因有：'①润滑油回油不畅。其原因有回油管堵塞，回油管截面积太小，管接头密封垫内孔小于回油管内径；柴油机曲轴箱内的油面高于标准，造成回油困难；柴油机曲轴箱通风阻塞或气缸密封不良，燃气泄入，使曲轴箱内压力升高。

②压气机端O形密封圈损坏或材质老化而失去密封作用。;

③涡轮增压器润滑油进口压力过高。正常压力为0.25~0.4兆帕，若压力高于0.6兆帕时，从排气消声器管口就会发现从增压器涡轮端泄漏机油。

④密封圈安装不正确或损坏。

涡轮增压器工作原理

涡轮增压器

发动机是靠燃料在气缸内燃烧作功来产生功率的，输入的燃料量受到吸入气缸内空气量的限制，所产生的功率也会受到限制，如果发动机的运行性能已处于最佳状态，再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入气缸来增加燃料量，提高燃烧作功能力。在目前的技术条件下，涡轮增压器是唯一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。构造.

涡轮增压器是由涡轮室和增压器组成的机器，涡轮室进气口与排气歧管相连，排气口接在排气管上；增压器进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在进气歧管上。涡轮和叶轮分别装在涡轮室和增压器内，二者同轴刚性联接。

原理

涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。

技术

涡轮增压器安装在发动机的进排气歧管上，处在高温，高压和高速运转的工作状况下，其工作环境非常恶劣，工作要求又比较苛刻，因此对制造的材料和加工技术都要求很高。其中制造难度最高的是支承涡轮轴运转的“浮式轴承”，它工作转速可达10万转/分以上，加上环境温度可达六、七百度以上，决非一般轴承所能承受，由于轴承与机体内壁间有油液做冷却，又称“全浮式轴承”。

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缺点

另外涡轮增压器虽然有协助发动机增力的作用，但也有它的缺点，其中最明显的是，“滞后响应”，即由于叶轮的惯性作用对油门骤时变化反应迟缓，即使经过改良后的反应时间也要1.7秒，使发动机延迟增加或减少输出功率。这对于要突然加速或超车的船舶而言，瞬间

会有点提不上劲的感觉。

涡轮增压器工作原理

改进

但是涡轮增压器毕竟是无本生利的事情，它是利用发动机的废气工作的，这些废气的能量如果不加以利用也会白白地浪费掉。因此，自从涡轮增压器面世以来，人们就经常对它进行技术改造，例如提高加工精度，尽量减少涡轮与涡轮室内壁的间隙，以便提高废气能量利用率；采用新型材料陶瓷，利用陶瓷的耐热高，刚度强，重量轻的优点，可以将涡轮增压器做得更加紧凑，体积更少，而且能减少涡轮的“滞后响应”时间。

在最近30年时间里，涡轮增压器已经普及到许多类型的船舶上，它弥补了一些自然吸气式发动机的先天不足，会发动机在不改变气缸工作容积的情况下可以提高输出功率10%以上，因此许多船舶制造公司都采用这种增压技术来改进发动机的输出功率，藉以实现船舶的高性能化。