废气涡轮增压柴油机的特点
船用柴油机废气涡轮增压器喘振现象分析
船用柴油机废气涡轮增压器喘振现象分析摘要：大型船用柴油机广泛应用废气涡轮增压技术, 喘振是增压器一种典型现象，本文阐述了增压器喘振产生的机理和成因,并结合多年来的实际经验对增压器的日常维护管理提出了使用建议。
关键词：船用柴油机；废气涡轮增压器；喘振现象一、概述目前，大型船舶上不论是主动力柴油机还是发电机组柴油机，都普遍采用废气涡轮增压器，其基本原理就是利用柴油机排出的废气能量，驱动涡轮高速旋转，带动与涡轮同轴的压气机叶轮高速旋转，压气机将空气压入发动机的气缸，增加了发动机的进气量，可供更多的燃油完全燃烧，从而提高了柴油机的功率，并且充分利用柴油机的废气能量，提高了柴油机的经济性。
涡轮增压器是柴油机上主要部件，目前一台柴油机根据气缸数和进气量可以装备有2台增压器和4台增压器（2至3个气缸使用一个增压器）。
增压器处在高温高压和高速运转的工作状况，工作环境恶劣，各种机械故障多发，比如叶片烧蚀、轴承抱死等故障，可以这样说增压系统工作的好坏，直接影响着柴油机的工作乃至整个船舶的正常运营。
近些年来，船舶柴油机上的涡轮增压器故障越来越令人关注，在废气涡轮增压器故障中，又以压气机的喘振最容易发生也最为常见。
因此，对涡轮增压器喘振分析十分必要。
二、喘振概念和机理概念：压气机在工作中,由于种种原因使进入压气机的空气流量减少,导致气流在扩压器中发生旋涡分离,甚至出现倒流,产生压力波动,因而引起涡轮增压器的结构振动，并发出喘叫声,这种现象称为喘振。
机理：当流量小于设计值很多时，叶轮进口和扩压器叶片内产生强烈的气流分离引起喘振。
在叶片扩压器进口处，当转速一定，而流量变化时的气体流动情况如图 1 所示。
当流量等于设计值时，气流速度 c2 的方向与叶片进口的构造角相一致，气流能平顺地进入叶片通道，如图 1（a）所示。
当流量大于设计值时，气流径向分速ω2 增加，使气流速度 c2 增加，且 c2 的方向也偏离设计值，导致气流以某一冲角进入叶道，并在叶片凸面引起气流脱离，如图 1（b）所示。
浅析柴油机废气涡轮增压器
因此要 求供 油量 增加 ， 以提高功 率 和扭矩 。 ３ 、 供油提 前角 适当减 小 ， 增 压后 压缩终 了的压 力和温 度增高 ， 使 燃料 备燃
期缩短 ， 适当 的减小供油提 前角 ， 以防止 最大爆发压 力过大 ， 否则 会使发动 机燃
烧恶化 ， 油温 升高 。 ４ 、 喷油 压力 增大 ， 以适应气 缸 内增大 的气 体压 力 。
工 业 技术
ｌ ■
浅 析柴 油机 废 气 涡 轮 增 压器
崔东 岐
（ 龙煤集 团 七台河 分公 司铁路 运输 部 ）
［ 摘 要］ 为提 高发 动机 的功率 ， 降低 油耗 ， 废 气涡轮 增压器 被 广大 泛的使 用在 一些 重型 汽车 的发动 机上 ， 本 文通 过分 析 了废 气 涡轮增 压器 的工 作原 理 ， 结构 特点 ， 进 一步 的剖析 了柴 油机 经增压 后性 能及 结构 上的变 化 。 阐 明了增压 器 使用 注意事 项和 常见 故障排 除 ， 对于 正确 使用 增压器 提供 了理 论依据 。 ［ 关键 词］ 柴 油机 废 气 增压 器 原理 结构 特 点 中图分 类号 Ｖ ４ ６ ４ 文 献标识 码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ０ ０ ９ — ９ １ ４ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ ７ — ０ ０ ６ ８ 一 Ｏ １
三． 废 气涡 轮增 压器 的特 点 ｌ 、 废气涡 轮增压器滞 后现象 ， 由于废 气涡 轮的工作相对于 发动气 缸内的 工 作有 一定 的迟后 。 同时 ， 由于涡 轮 、 压 气机 叶轮高 速旋 转的惯 性 ， 使 发动 机变 工
８ 、 排 气旁通 阀 ， 为 了 防止增压 后柴油机 在 高速 高 负荷时排 气流 量过大 ， 造 成增 压器 转速 过大 和增压 过高 ， 多加设 排气 旁通 阀控 制压 比。 ９ 、 喷油泵 的调速器 上需增设 气压控制 防冒烟 限制器 ， 它 能根据柴 油机增压 后进 气压 力的 大小 ， 自动调节 供油 拉杆最 大供 油的 位置 ， 防止发 动机 冒烟 。 六． 废气 涡轮增 压器使 用 注意事 项 废气涡轮 增压常处 于高温下 工作 ， 进 入废气 涡轮端 的温 度在６ Ｏ ０ ＂ Ｃ 左右。 增 压器 转 速以每 分钟 ８ ０ ０ ０ ０ １ ０ ０ ０ ０ ０ ￣ 的高 速旋 转 ， 为 了保 证增 压器 的正 常工
涡轮增压器的原理使用参考资料
涡轮增压器的原理和使用目录前言一、为什么要安装增压器1、柴油机增压的原理2、柴油机涡轮增压的优点二、涡轮增压器解绍1、废气涡轮增压器的结构2、废气涡轮增压器的工作原理3、废气涡轮增压器的指标和特性4、涡轮增压柴油机和自然吸气柴油机主要区别5、柴油机和涡轮增压器的匹配三、怎样使用增压器1、增压器的安装安装前的准备安装时注意事项主要螺栓扭矩和主要配合间隙2、增压器的使用起动运转停机四、怎样维护保养涡轮增压器1、日常维护保养2、定期维护保养3、折检和调整五、怎样诊断和排除涡轮增压器的故障1、噪声异常2、振动异常3、压气端漏油4、涡轮端漏油5、压气机喘振6、轴承烧损7、转子转动不灵合8、叶轮断裂9、增压压力过低10、增压压力过高一、为什么要安装涡轮增压器1、柴油机增压的原理所谓柴油机增压，就是将进入柴油机气缸内的空气，利用一种装置予先进行压缩，提高其密度，并在供油系统的合理配合下，使更多的燃料得到充分燃烧，从而使柴油机发出更大的功率。
由于空气量增加，燃烧充分，所以还可提高柴油机的经济性和减少柴油机有害成分的排放。
根据增压方式的不同，有机械增压，气波增压及废气涡轮增压及复合增压等形式。
目前应用最普遍的是废气涡轮增压。
所谓废气涡轮增压，就是利用柴油机排出的废气，来驱动涡轮高速旋转，使空气的压力提高，从而提高了空气的密度，达到了增压、提高柴油机功率的目的。
2、柴油机涡轮增压的优点（1）提高了柴油机经济性，降低油耗率在5%--10%以上。
这是因为：●涡轮增压回收了部分废气能量，所以使有效功得到提高。
由于回收废气能量可使油耗率降低3%--4%●涡轮增压后，进入柴油机的新鲜空气温度较高。
改善了燃料的蒸发，加之空气量增加，油气混合更加均匀。
使燃烧更完善充分，从而降低了燃油耗率。
●涡轮增压后，加之柴油机功率提高，机械摩擦损失相对减少，因而使机械效率提高。
从而提高了柴油机的经济性，降低了油耗率。
（2）提高了柴油机的动力性。
柴油机废气涡轮增压器的正确使用
柴油机废气涡轮增压器的正确使用作者：蒋永敏来源：《农机使用与维修》2015年第02期摘要柴油机装用废气涡轮增压器后，可使燃烧比较完全，明显增加柴油机功率，降低燃油消耗，降低有害成分排放，因此，如何正确使用增压器将直接关系到柴油机性能的改善。
关键词涡轮增压器故障使用维护废气涡轮增压器主要是由装在同一根转子轴上的涡轮机和压气机组成，涡轮机和压气机之间是中间体，连接着发动机的润滑系统，对涡轮机与压气机进行润滑。
采用涡轮增压技术，可使发动机功率提高30%以上，而且还可降低排气污染，减少噪声。
增压器转速可达16万r/min，但由于废气涡轮增压器的工作温度和转速都较高，却和发动机共用一套润滑系统，故润滑条件较差。
所以，在使用过程中就要正确使用、定期维护，否则就很容易损坏增压器，导致发动机无法正常工作。
一、废气涡轮增压器的使用注意事项1.安装要正确。
在安装废气涡轮增压器时，应注意将中间体内的机油进油口向上、出油口垂直向下安装，否则将使润滑油流动阻力增大，润滑不良甚至干摩擦，损坏增压器。
即使在一些特定情况下，其管口的倾斜度也不可超过30°，且绝对不能轴向倾斜安装增压器本体，否则会导致中间壳体回油腔油面太高。
2.冷启动后先预热。
在发动机冷启动时，由于机体温度低，机油黏度大，压力低，机油要到达中间体内的润滑系统需要一段时间。
在这段时间内，涡轮轴承几乎得不到润滑，工作条件十分恶劣。
所以发动机冷启动后，应在怠速状态持续运转至少5 min左右，以保证涡轮轴承的良好润滑，提高工作效率，延长其使用寿命。
3.熄火前要保持低速运转。
如果柴油机在高速运转状态下突然熄火，机油泵也随即停止泵油，增压器润滑系统内机油压力迅速下降，润滑条件恶劣，但增压器的转子轴在惯性作用下，运转仍然很高，致使转子轴因润滑不良磨损加剧、温度升高，进而使转子轴与轴承间的间隙变小甚至消失而相互咬死。
所以高速运转的柴油机在熄火之前，应先逐渐降低负荷，再在怠速状态下持续运转5 min左右，待增压器的转子轴转速下降，温度降低，再将其熄火。
发动机废气涡轮增压
增压的概念
• 增压是将空气压缩并供入气缸，用以提高 充气密度、增加进气量的一项措施。
• 增压的目的在于提高功率，伴随着空气量 增加，相应地增加循环供油量，即可增加 功率
发动机增压的特点
1)可以减少缸数或气缸直径，减少整机外形 尺寸和单位功率的重量，这对提高车辆使 用经济性很有意义。 2)提高了热效率，降低了发动机的油耗率。 3)减少了排气污染及噪声。 4)降低了单位功率的造价。 5)对补偿高原功率损失十分有利。 6)零部件的机械负荷和热负荷增加
第三节 废气能量的利用
• 自然吸气的活塞式内燃机，间断燃烧而 能做到从高温吸热，热效率高，但不能 做到完全膨胀。 • 涡轮式机械能完全膨胀，适应的转速高， 单位功率的体积与重量比较小。但工作 温度不可能太高。 • 两者合理结合，有利于能量的充分利用
四冲程涡轮增压发动机理论示功图
恒压增压系统与脉冲增压系统
经济性改善
影响经济性改善的因素
• 负荷率：增压使功率范围扩大，高负荷的经 济运行范围扩大了；而在低负荷区，增压器 的能量转换不好，进、排气阻力及换气损失 增加，对低负荷经济性没有明显作用。 • 转速：保持原有功率和较高扭矩的情况下， 适当降低发动机转速 • 与车辆参数合理配合 • 增压中冷 • 压气机效率
废气涡轮增压器的基本结构和工作原理
1—压气机蜗壳 4—推力轴承 7—卡环
2—压气机叶轮 5—挡油板 8—涡轮机叶轮
3—密封套 6—隔热板 9—涡轮机蜗壳
离心式压气机的工作原理
•
压气机中气流参数的变化
括压器的工作
压气机的绝热效率
• 空气的压缩过程
空气的压缩功
• 耗功最小的是可逆绝热过程，所需的绝 热压缩功：
影响经济性改善的因素——负荷率
废气涡轮增压器的优缺点分析
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｈ ａ ｕ ｓ ｔ ｇ ａ ｓ ｔ ｕ ｒ ｂ ｏ ｅ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ ｒ ｉ ｓ ａ ｎ ｅ ｗ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｆ ｏ ｒ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ａ ｎ ｄ ａ ｇ ｏ ｏ ｄ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｐ ｏ ｏ ｒ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｎ ａ ｔ —
增快 ， 叶轮压缩更多 的空气进入气缸 ， 进入气缸 的高压 高密度
空气 就可以燃 烧更多的燃料 ，发动机相应增加供油量并 调整 发 动机点火 时刻以增加发动机的输出功率 。
满 足驾驶乐趣 ， 也改善了发动机不同工况下的工作性能 ， 同时
也 满 足 了更 高 的排 放 要 求 。
２ 废气 涡轮 增压 器 的发展 ３ 废 气涡 轮增 压器 的优缺 点
废气的惯性冲力来推动涡轮高速旋转 ，涡轮带 动同轴 刚性连 接的叶轮 ，叶轮高速旋转压送经空气滤清器管道来 的新鲜 空
气， 增压后进入气缸 。发动机转 速增 高 ， 涡轮转速也 随之 同步
中冷器 的涡 轮增 压器 、 带旁通 阀涡轮增 压器 、 Ｖ Ｎ Ｔ （ 可变截 面
增压器 ） 或两级增压涡轮增压器等。 新型涡轮增压器 的出现给 汽车发动机性能带来 了质 的飞跃 ：更大 的扭矩和功率输 出以
第 ４ ０卷 第 ７期 ・ 学 术
Ｖ ｏ１ ． ４０ Ｊｕｌ ｙ． ７ 湖 Nhomakorabea南
船用柴油机的发展与分类
船用柴油机的发展与分类一、船用柴油机的发展历程船用柴油机的发展可以追溯到19世纪末期，当时的燃料主要是重质油料，如煤油和煤焦油。
20世纪初，发动机燃料开始使用石油产品，这使得柴油机的效率得到提高。
随着技术的进一步发展，船用柴油机的功率和效率不断提高，噪音和排放也得到了控制。
二、船用柴油机的分类1.单缸柴油机：单缸柴油机是最早应用于船舶动力系统的柴油机类型，由于它结构简单，制造成本低，因此在一些小型船舶上仍然广泛使用。
它的优点是结构简单、寿命长，在适当的负载下运行稳定。
但是由于只有一个气缸，功率相对较小。
2.多缸柴油机：多缸柴油机是现代船用柴油机的主要类型。
由于柴油机采用循环工作原理，每个气缸依次吸入、压缩、爆燃和排气，因此多缸柴油机的功率和效率远远超过单缸柴油机。
多缸柴油机可细分为二、三、四冲程和单、双、多缸等类型。
3.涡轮增压柴油机：涡轮增压柴油机是在标准多缸柴油机的基础上增加涡轮增压装置而形成的。
涡轮增压可以利用废气能量压缩吸入空气，提高氧化剂的浓度，从而使柴油燃烧更加充分，提高发动机的功率和效率。
涡轮增压柴油机广泛应用于大型船舶和高速船舶中。
4.低速柴油机：低速柴油机是指柴油机的工作转速较低的一类柴油机。
低速柴油机的工作转速一般在80-200转/分钟之间，功率较大，适用于大型商业船舶和军用舰艇的动力系统。
低速柴油机的特点是寿命长，可靠性高，但启动时间较长。
5.中速和高速柴油机：中速和高速柴油机适用于不同类型的船舶，如客船、货船和渔船等。
中速柴油机的工作转速通常在400-1200转/分钟之间，功率较高；而高速柴油机的工作转速通常在1200-3000转/分钟之间，功率较小。
两者的特点是启动快、响应灵敏。
总结：船用柴油机的发展经历了一个世纪的变革，从单缸柴油机到多缸柴油机，再到涡轮增压柴油机和低速柴油机以及中速和高速柴油机等，每一种类型都有不同的特点和适用范围。
随着航运行业的发展和环境保护要求的提高，船用柴油机的研发方向也逐渐向绿色、节能和低排放发展，以适应未来航运的需求。
柴油机的增压
柴油机的增压（一）增压的目的增压技术是提高柴油机功率最有效的措施之一，目前已广泛应用于船舶柴油机上。
pVnmi,eh根据： P, e60000可知，有效功率只与平均有效压力、气缸工作容积、柴油机转速、冲程系数及PpVnmeeh气缸数i等参数有关，故提高柴油机功率的措施，可以归纳为三个方面。
1．增加工作容积加大DiS、和，均能增加气缸工作容积，但这一措施会加大柴油机总重量和总尺寸，使造价增加，并给维修工作带来困难。
2．增加单位时间内的工作循环次数提高（或活塞平均速度）和采用二冲程柴油机（使=1），皆可增加单位时间内的工Cnmm作循环次数，但是，此措施会导致柴油机机械负荷和热负荷的增大，充气系数和机械效率,,vm的下降，使燃油燃烧恶化，影响柴油机工作可靠性和使用寿命。
3．提高平均有效压力P e由可知，要提高可通过提高机械效率或者提高平均指示压力来达到，P,P,,P,Peimemi但的变化范围很小，从减少机械损失来提高是有限的，所以的提高主要是依靠提高。
,,PPmmei由燃烧理论得知，增加每一工作循环的喷油量，能提高，但必须相应地增加气缸充气量，Pi以确保燃油完全燃烧。
在气缸容积不变的条件下，欲增加气缸充气量，必须增加进气密度，即先将空气进行压缩，然后使之进入气缸。
所谓增压，就是指通过提高柴油机进气压力来增加气缸的充气量。
这样，可以相应地增加喷入气缸的燃油量，提高柴油机平均有效压力，从而有效地提高柴油机功率。
（二）中冷的作用中冷即将经压缩的空气，在进入气缸前进行中间冷却，以降低进气温度，增大进气密度。
中冷配合增压，可进一步增大气缸充气量。
中冷器（即增压空气中间冷却器）往往以舷外水作为冷却介质。
提高进气压力的方法一般是用空气压缩机来完成。
通常把这一设备称为增压器，而把实现增压所设置的成套附件及管路系统称为增压系统。
根据驱动增压器不同的能量来源，增压系统通常可分为三类。
（一）机械增压系统增压器由柴油机直接驱动的增压系统称为机械增压系统。
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车用柴油机增压后，随着增压度及增压压力的提高，其机械负荷与热负荷很大，这就限制了柴油机功率的提高。
<BR>增压压力提高，进气压力及温度也提高，使最高爆发压力和工作循环的平均温度都增加，因此引起各部件机械应力变大，轴承符合增加，气缸、活塞、轴承等磨损加剧。
同时使活塞、缸盖、缸套和气门等受热零部件热负荷增大，容易破坏，因此，柴油机增压通常要采用下列技术措施：<BR>1）减小压缩比和增大过量空气系数<BR>为了降低爆发压力以减少负荷，并保证原来的压力升高比λp值，增压柴油机的压缩比往往降到11～12。
但减小过多会是发动机起动困难和燃料消耗量增加。
<BR>增大过量空气系数，可以减低热负荷，改善经济性。
一般增大10%～30%左右为宜。
<BR>2）增加每循环供油量<BR>增压柴油机要求增加每循环的供油量。
如果仍采用非增压柴油机的喷油泵，势必增加供油持续角，使燃烧过程拉大，经济性变坏。
缩短供油持续时间的方法有：增大柱塞直径、增加供油速率、提高供油压力以及加大喷油嘴孔径等。
从限制最高爆发压力的角度，也可以适当地减小喷油提前角，但不宜减小过多，以免影响发动机的经济性。
<BR>3）改变配气相位<BR>为了加强气缸的扫气作用，减少燃烧室的残气，提高充量系数以及降低热负荷和改善涡轮的工作条件，因此，增压柴油机一般都采用较大的气门重叠角。
但重叠角过大会使扫气空气量增加，压气机工作负担加重；引起柴油机在低速负荷时废气倒流气缸和进气管，使进气管发热，对整机的加速及变工况性能不利；同时，当重叠角过大时，为了避免气门与活塞相碰，要在活塞顶上挖过深的凹坑，使燃烧恶化。
<BR>在脉冲增压系统中，气门重叠角一般在110°～130°曲轴转角。
<BR>4）排气系统<BR>在脉冲增压系统中，为了充分利用脉冲能量，使扫气期间各缸排气互不干扰，排气管必须分开。
分支的原则是一根排气管所连各缸排气必须不相重叠（或重叠很小）。
例如，一般四冲程柴油机排气冲程波延续时间约为240°曲轴转角，这时一根排气管所连接的气缸数目不宜超过三个，而且应使相邻发火的各缸排气相互隔开，如发火次序为1-5-3-6-2-4的六缸机，就可采用1、2、3缸及4、5、6缸各连一根排气管。
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5）增压空气的冷却<BR>将增压器出口的增压空气加以冷却，既能提高充气密度，进而提高柴油机的功率；又可降低柴油机压缩始点的温度和整个循环的平均温度，使发动机的热负荷及排气温度降低。
试验证明，增压空气温度每降低10℃，发动机的循环平均温度可降低25℃～30℃，功率可提高2.5%～3%。
<BR>冷却增压空气的方法，一般是用水或空气在中间冷却器中进行间接冷却。
如果采用独立水箱散热系统，虽然可以提高中冷效果，但结构庞大而复杂，在汽车上布置困难。
采用空气冷却方案比较可取，图10-11所示为空气冷却式中冷系统。
它使一种以增压空气作为动力源的强制流通形式，用一部分增压空气经取气管驱动中冷系统中的空气涡轮风扇，迫使外界冷却空气加速流动。
当冷却空气通过散热交换器后就将增压空气的热量带走，使增压空气得到冷却，并通过进气歧管进入发动机。
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