武漢理工輪機(jī)工程船舶柴油機(jī)主動(dòng)力推進(jìn)裝置lecture_

1、2021-6-251 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 。，沖程系數(shù)， 柴油機(jī)轉(zhuǎn)速， 氣缸數(shù)； 單缸工作容積， 平均有效壓力， 有效功率， 二四 12/1 min/ Pa KW 60000 3 rn i mV p Ne KW niVp N s e se e n柴油機(jī)增壓概述 n提高柴油機(jī)有效功率的途徑 改變柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高工作容積； 提高柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速； 提高柴油機(jī)的平均有效壓力。 n柴油機(jī)增壓方式 機(jī)械增壓（增壓壓力提高，柴油機(jī)消耗功增大） 廢氣渦輪增壓 復(fù)合增壓 低增壓(0.15MPa),中增壓(0.150.25MPa) 高增壓(0.250.35MPa), 超高增壓(0.35MPa

2、) 2021-6-252 2021-6-253 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 n廢氣渦輪增壓發(fā)展概況 增壓器發(fā)展側(cè)重點(diǎn)傾向提高效率Tk 2021-6-254 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 n廢氣渦輪增壓技術(shù) 廢氣能量組成分析 總可用能=E1+E2 PTE1/（E1+E2） 2021-6-255 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 2021-6-256 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 n廢氣渦輪增壓的兩種基本方式 1-進(jìn)氣管；2-渦輪增壓器； 3-排氣總管；4-柴油機(jī) 1-進(jìn)氣管；2-渦輪增壓器； 3-排氣管；4-柴油機(jī) 定壓增壓脈沖增壓 2021-6-257 3.3 廢

3、氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 n脈沖渦輪增壓柴油機(jī)氣缸的分組 分組原則：同一組氣缸的掃、排氣時(shí)間相互不 重疊或重疊很少。 四沖程柴油機(jī)：排、掃氣持續(xù)時(shí)間約為240 二沖程柴油機(jī)：排、掃氣持續(xù)時(shí)間約為120 同一組允許最多氣缸數(shù)i=3。 例子：四沖程六缸柴油機(jī)(1-5-3-6-2-4) 2021-6-258 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 n脈沖增壓與等壓增壓的比較 1.在廢氣能量利用方面（排氣可用能的傳遞效率 ）脈 沖高，但增壓度提高，差別不大； 2.渦輪增壓器的綜合效率Tk,脈沖低； 3.渦輪增壓系統(tǒng)的有效性指標(biāo)K =ETk，增壓度不 高時(shí)，脈沖大；反之則小。 4.部分負(fù)荷時(shí)K值 ， p

4、T較低，脈沖大 5.掃氣性能：脈沖能在較大運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)好 6.加載性能：脈沖好 7.脈沖振動(dòng)大，布置、構(gòu)造和加工等要求嚴(yán)格，維護(hù) 管理不方便 2021-6-259 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 n廢氣渦輪增壓的其它幾種方式 2021-6-2510 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 三、廢氣渦輪增壓器及增壓系統(tǒng)其它部件 1廢氣渦輪增壓器 2動(dòng)力渦輪 3增壓空氣冷卻器及水霧截留器 2021-6-2511 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 廢氣渦輪增壓器 工作原理 結(jié)構(gòu) 離心式壓氣機(jī) 軸流式渦輪 軸流式廢氣渦輪 離心式壓氣機(jī) 軸承 氣封與油封 2021-6-2512 2021-6-25

5、13 2021-6-2514 2021-6-2515 2021-6-2516 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 n軸流式渦輪工作原理 1. W1和1取決于u; 2. 1一定，1取決于u/C1 3. 2，C2取決于W2和u 設(shè)計(jì)工況時(shí)，2接近90， C2最小，即余速損失最小。 2021-6-2517 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 n渦輪級(jí)中的損失分析 在噴咀及動(dòng)葉中的損失，流速越高，損失越 大 撞擊損失， 1與1k不一致(非設(shè)計(jì)工況) 余速損失， C2(非設(shè)計(jì)工況) 漏氣、磨擦等 2021-6-2518 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 廢氣渦輪增壓器 工作原理 結(jié)構(gòu) 離心式壓氣

6、機(jī) 軸流式渦輪 軸流式廢氣渦輪 離心式壓氣機(jī) 軸承 氣封與油封 2021-6-2519 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 n離心式壓氣機(jī)的工作原理（1） 空氣在離心式壓氣機(jī)工作過(guò)程中的參數(shù)變化 進(jìn)氣道1 葉輪2 擴(kuò)壓器3 出氣渦殼4 2021-6-2520 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 n離心式壓氣機(jī)的工作原理（2） 2021-6-2521 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 n離心式壓氣機(jī)的工作原理（3） 空氣在擴(kuò)壓器中的流動(dòng) 擴(kuò)壓器 內(nèi)圈無(wú)葉擴(kuò)壓器能使出 口氣流趨于均勻，有利 于葉片擴(kuò)壓器的工作， 當(dāng)偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)仍能 保持較高的效率。 2021-6-2522 3.3 廢氣渦

7、輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 n離心式壓氣機(jī)的工作原理（4） 壓氣機(jī)中的流動(dòng)損失 2021-6-2523 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 廢氣渦輪增壓器 工作原理 結(jié)構(gòu) 離心式壓氣機(jī) 軸流式渦輪 軸流式廢氣渦輪 離心式壓氣機(jī) 軸承 氣封與油封 2021-6-2524 軸流式廢氣渦輪 2021-6-2525 2021-6-2526 2021-6-2527 2021-6-2528 2021-6-2529 2021-6-2530 2021-6-2531 軸流式和徑流式廢氣渦輪增壓器 2021-6-2532 2021-6-2533 76/160柴油機(jī)渦輪增壓器結(jié)構(gòu) 1-渦輪進(jìn)氣殼；2-噴嘴環(huán)； 3-渦

8、輪；4-排氣導(dǎo)流器； 5-渦輪排氣殼；6-隔熱層； 7-濾清器；8-消音器； 9-進(jìn)氣殼；10-壓氣機(jī)葉 輪； 11-擴(kuò)壓器；12-蝸牛殼； 13-主軸；14-滑動(dòng)軸承； 15-止動(dòng)環(huán)；16-擋油環(huán)； 17-氣封；18-環(huán)形空間； 19、20、21-通道； 22-滑油密封環(huán)；23-氣封 環(huán)； 24-氣封環(huán) 2021-6-2534 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 nABB公司VTR454型廢氣渦輪增壓器 1-消音濾清器；2-壓氣機(jī)進(jìn)氣殼；3-葉輪罩殼；4-壓氣機(jī)出氣殼；5-擴(kuò)壓器；6-隔熱墻；7-渦輪排氣殼；8-轉(zhuǎn)子 軸；9-氣封；10、29-油封；11-進(jìn)水管；12、28-油位表；13、

9、27-齒輪油泵；14、25-蓋板；15、26-注油孔螺 釘；16-滾柱軸承；17-出水管；18-渦輪進(jìn)氣殼；19-噴嘴環(huán)；20-渦輪葉輪；21-壓氣機(jī)葉輪背氣封；22-壓氣機(jī) 葉輪；23-向心推力球軸承；X-密封空氣通道；Y-平衡腔；Z-平衡通道 2021-6-2535 軸流式廢氣渦輪 1-工作葉輪；2-噴嘴環(huán)；3-廢氣入口；4-輪盤(pán)；5-軸 2021-6-2536 2021-6-2537 2021-6-2538 2021-6-2539 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 n噴咀環(huán)與葉片 2021-6-2540 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 廢氣渦輪增壓器 工作原理 結(jié)構(gòu) 離心式壓氣

10、機(jī) 軸流式渦輪 軸流式廢氣渦輪 離心式壓氣機(jī) 軸承 氣封與油封 2021-6-2541 離心式壓氣機(jī) 2021-6-2542 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 廢氣渦輪增壓器 工作原理 結(jié)構(gòu) 離心式壓氣機(jī) 軸流式渦輪 軸流式廢氣渦輪 離心式壓氣機(jī) 軸承 氣封與油封 2021-6-2543 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 2021-6-2544 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 廢氣渦輪增壓器 工作原理 結(jié)構(gòu) 離心式壓氣機(jī) 軸流式渦輪 軸流式廢氣渦輪 離心式壓氣機(jī) 軸承 氣封與油封 2021-6-2545 氣封與油封裝置 2021-6-2546 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器

11、 三、廢氣渦輪增壓器及增壓系統(tǒng)其它部件 1廢氣渦輪增壓器 2動(dòng)力渦輪動(dòng)力渦輪 3增壓空氣冷卻器及水霧截留器 2021-6-2547 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 n動(dòng)力渦輪 2021-6-2548 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 三、廢氣渦輪增壓器及增壓系統(tǒng)其它部件 1廢氣渦輪增壓器 2動(dòng)力渦輪 3增壓空氣冷卻器及水霧截留器增壓空氣冷卻器及水霧截留器 2021-6-2549 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 n增壓空氣冷卻器及水霧截留器 空冷器冷卻效果分析：空冷器冷卻效果分析： 1）提高空氣密度，降低燃油消耗率 2）降低工作循環(huán)的溫度，防止熱負(fù)荷過(guò)高。 水霧截留器作用：水霧截

12、留器作用： 使增壓空氣內(nèi)的水與氣分離，防止水被帶入氣缸 2021-6-2550 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 四、柴油機(jī)增壓系統(tǒng) （diesel engine+compressor+turbocharger+cooler+others） 根據(jù)增壓所需能量來(lái)源： 機(jī)械增壓（耗功，只用于壓比不高時(shí)） 純廢氣增壓 復(fù)合增壓 1、四沖程柴油機(jī)增壓系統(tǒng)（不增設(shè)輔助氣泵） 2、二沖程柴油機(jī)增壓系統(tǒng)（渦輪與壓氣機(jī)平衡 矛盾較大） 2021-6-2551 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 n二沖程柴油機(jī)增壓系統(tǒng) 二沖程柴油機(jī)要實(shí)現(xiàn)純廢氣渦輪增壓較困難 靠進(jìn)排氣壓差進(jìn)行，壓差小了就無(wú)法換氣 新廢氣摻

13、混，增壓空氣消耗量較大 新廢氣摻混，渦輪進(jìn)口溫度低，可用能小 沒(méi)有因活塞推擠而增加的廢氣能量 2021-6-2552 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 1）純廢氣渦輪增壓系統(tǒng)-直流掃氣中應(yīng)用 直流掃氣使用純廢氣增壓的原因：直流掃氣使用純廢氣增壓的原因： n采用排氣閥，管路布置緊湊，能有效利用脈沖能； n排氣閥提前角可調(diào)大，使可用能增多。 現(xiàn)在大型低速二沖程柴油機(jī)均采用直流掃氣：現(xiàn)在大型低速二沖程柴油機(jī)均采用直流掃氣： n純廢氣渦輪增壓，高增壓（現(xiàn)在等壓增壓） n在低負(fù)荷起動(dòng)時(shí)必須輔以電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī) 不用動(dòng)力渦輪不用動(dòng)力渦輪 n加長(zhǎng)活塞有效行程，減小排氣閥開(kāi)啟角 n采用大壓縮比 n采用大的過(guò)量空

14、系數(shù) 2021-6-2553 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 2）復(fù)合增壓系統(tǒng) （1）串聯(lián)旁通增壓系統(tǒng) （2）并聯(lián)增壓系統(tǒng) 1-渦輪 2-壓氣機(jī) 3-中冷器 4-掃氣箱 5-電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī) 6-掃氣室 7-氣水分離器 a-單向閥 主要優(yōu)點(diǎn)：利用掃氣室中 空氣壓力的變化，防止廢 氣倒沖，有利于掃氣 2021-6-2554 2021-6-2555 喘振 2021-6-2556 二沖程與四沖程柴油機(jī)進(jìn)氣特性差異二沖程與四沖程柴油機(jī)進(jìn)氣特性差異 主要與轉(zhuǎn)速有關(guān)，與壓差不大主要與轉(zhuǎn)速有關(guān)，與壓差不大與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，與壓差有關(guān)與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，與壓差有關(guān) 2021-6-2557 2021-6-2558 3.4 增

15、壓系統(tǒng)的故障與維護(hù)管理 三、增壓系統(tǒng)的故障 1增壓壓力低于正常值 (1)增壓器n和P都下降 1）渦輪獲得的能量偏少。廢氣通道污阻、漏氣 2）壓氣機(jī)、渦輪的效率下降 3）增壓器轉(zhuǎn)動(dòng)阻力變大 4）渦輪的通流能力變大 (2)增壓器n不變，而P下降 增壓空氣泄漏 2021-6-2559 3.4 增壓系統(tǒng)的故障與維護(hù)管理 2增壓壓力高于正常值 (1)柴油機(jī)方面，使渦輪獲得的能量過(guò)多。 (2)增壓系統(tǒng)方面，渦輪的通流面積減小，可用 焓降增加 2021-6-2560 3.4 增壓系統(tǒng)的故障與維護(hù)管理 3增壓器強(qiáng)烈振動(dòng) 1）渦輪動(dòng)葉片折斷。 2）燃燒產(chǎn)物附著在渦輪動(dòng)葉上造成不平衡。 2021-6-2561 3

16、.4 增壓系統(tǒng)的故障與維護(hù)管理 4增壓器軸承損壞 n滾動(dòng)體和內(nèi)外圈滾道上工作表面的疲勞點(diǎn)蝕。 潤(rùn)滑油清潔程度不夠和品質(zhì)達(dá)不到要求，會(huì)使 滾動(dòng)軸承使用壽命大大縮短，增壓器可靠性變 差。 n滑動(dòng)軸承燒毀往往是由于滑油壓力過(guò)低、油量 不足或斷油，油質(zhì)不潔和油中混入金屬屑等機(jī) 械雜質(zhì)所造成的。軸承燒毀時(shí)增壓器轉(zhuǎn)速急速 下降、增壓壓力降低、滑油溫度升高、并出現(xiàn) 異常的響聲和振動(dòng)。 2021-6-2562 3.4 增壓系統(tǒng)的故障與維護(hù)管理 一、離心式壓氣機(jī)的工作特性 二、增壓系統(tǒng)運(yùn)行的基本規(guī)律 1、二沖程主柴油機(jī)增壓系統(tǒng)運(yùn)行的基本規(guī)律 2、四沖程柴油機(jī)增壓系統(tǒng)運(yùn)行的基本規(guī)律 三、增壓系統(tǒng)的故障 四、增壓系統(tǒng)的維護(hù)管理四、增壓系統(tǒng)的維護(hù)管理 2021-6-2563 3.4 增壓系統(tǒng)的故障與維護(hù)管理 四、增壓系統(tǒng)的維護(hù)管理 1增壓器軸承的維護(hù)管理 （1）油的清潔度； （2）油的品質(zhì)嚴(yán)格按規(guī)定使用； （3）定期更換。 2. 增壓系統(tǒng)主要部件的清洗 3. 增壓器的拆裝 2021-6-2564 3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器 n脈沖增壓與等壓增壓的比較 1.在廢氣能量利用方面（排氣可用能的傳遞效率 ）脈 沖高，但增壓度提高，差別不大； 2.渦輪增壓器的綜合效率Tk,脈沖低； 3.