主機廢氣渦輪增壓器分析及其防喘振控制的設計

1、內容摘要摘要：船用柴油機增壓器采用廢氣渦輪增壓的方法，增加了柴油機的進氣量，使柴油機的工作過程得到改善，燃油消耗下降，經(jīng)濟性提高。因此，其工況好壞直接影響柴油機的工作。當增壓器發(fā)生喘振，不但無法到達預期的增壓比，而且會造成機損事故。所以，防止喘振的發(fā)生及其重要。本文對“育鯤輪上的船用二沖程機軸流式定壓渦輪增壓器及其喘振作了研究。首先，本文介紹了NA40/S型渦輪增壓器的工作原理，并闡述了其特點。然后，闡述了渦輪增壓器喘振的機理，并列出了影響“育鯤輪上的增壓器喘振的因素。接著，分析其喘振發(fā)生的具體原因和解決方法。設置了NA40/S型增壓器喘振故障的排除程序。最后，文章對NA40/S型增壓器的防喘

2、振控制進行了設計。提出了三種方案并分析了其優(yōu)缺點，選取了最適宜的方案，并對其具體的控制進行了設計。關鍵詞：柴油機； 增壓器； 喘振ABSTRACT: The turbocharger of diesel engine adopt the method of supercharging to increase the quantity of the inlet gas ,improve the working process of diesel engine , reduce the consume of the fuel oil and raise the economical efficie

3、ncy . So , the working condition directly influence the working of diesel engine . When the turbocharger is surging , it not only cant get the compress ratio , but also will make the machine broken accident . As a result , preventing the is very important . This paper make a research to the turbocha

4、rger and surge on “yukun ship . First，this paper introduce the NA40/S turbocharger principle of work and expound its characteristic . Then，expound the turbocharger mechanism , and list the affecting factor of the surge on “yukun . After that , analyze the reason of surge and resolvent . Set the excl

5、ude procedures of the NA40/S turbocharger error . At last , this paper design the controlling of preventing the surge of NA40/S turbocharger . Propose three program and analyze their advantage and fault . Choose the best program and design the material control . Keyword: diesel engine turbocharger s

6、urge 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc262650760 1“育鯤輪廢氣渦輪增壓器工作原理與特點 PAGEREF _Toc262650760 h 6 HYPERLINK l _Toc262650761 增壓器工作原理 PAGEREF _Toc262650761 h 7 HYPERLINK l _Toc262650762 1.2 NA40/S型增壓器的主要特點 PAGEREF _Toc262650762 h 7 HYPERLINK l _Toc262650763 滑油系統(tǒng) PAGEREF _Toc262650763 h 7 HYPERLINK l _T

7、oc262650764 密封空氣系統(tǒng) PAGEREF _Toc262650764 h 8 HYPERLINK l _Toc262650765 1.2.3Jet-Assist 加速系統(tǒng) PAGEREF _Toc262650765 h 8 HYPERLINK l _Toc262650766 2.增壓器喘振的機理 PAGEREF _Toc262650766 h 8 HYPERLINK l _Toc262650767 3.影響增壓器喘振的因素 PAGEREF _Toc262650767 h 10 HYPERLINK l _Toc262650768 3.1 柴油機因素 PAGEREF _Toc26265

8、0768 h 10 HYPERLINK l _Toc262650769 3.2 中冷器因素 PAGEREF _Toc262650769 h 11 HYPERLINK l _Toc262650770 3.3 增壓器自身因素 PAGEREF _Toc262650770 h 11 HYPERLINK l _Toc262650771 3.4 環(huán)境因素 PAGEREF _Toc262650771 h 11 HYPERLINK l _Toc262650772 4.增壓器喘振的具體原因和解決方法 PAGEREF _Toc262650772 h 14 HYPERLINK l _Toc262650773 4.1

9、 增壓系統(tǒng)氣流通道堵塞 PAGEREF _Toc262650773 h 14 HYPERLINK l _Toc262650774 4.2 增壓器或柴油機故障，工況改變，增壓器壓氣機工作點左移，處于喘振區(qū) PAGEREF _Toc262650774 h 14 HYPERLINK l _Toc262650775 4.3 運行中的增壓器與柴油機暫時失配 PAGEREF _Toc262650775 h 15 HYPERLINK l _Toc262650776 5.“育鯤輪增壓器喘振故障的排除程序 PAGEREF _Toc262650776 h 16 HYPERLINK l _Toc262650777

10、型增壓器防喘振控制的設計 PAGEREF _Toc262650777 h 17 HYPERLINK l _Toc262650778 7.結論 PAGEREF _Toc262650778 h 21“育鯤輪主機廢氣渦輪增壓器分析及其 防喘振控制的設計前言作為當今熱效率最高的動力機械，柴油機以其良好的經(jīng)濟性廣泛應用于遠洋船舶和內河船舶。自石油危機以來，為了增加功率，改善熱效率，提高經(jīng)濟性。柴油機增壓程度不斷提高。增壓技術使柴油機的動力性、經(jīng)濟性上了一個臺階，被譽為“柴油機開展史上的第二個里程碑。增壓也就成為了提高柴油機功率的主要途徑。船用柴油機增壓器一般應用廢氣渦輪增壓的方法，利用柴油機排出的廢氣能

11、量驅動渦輪高，帶動與渦輪同軸的壓氣機葉輪高速旋轉，壓氣機將空氣壓入柴油機的氣缸，增加了柴油機的充氣量，可供更多的燃油完全燃燒，不僅柴油機工作過程得到改善，燃油消耗下降，經(jīng)濟性提高，排放也得到改善。因此，其工況的好壞直接影響柴油機的工作。由于渦輪增壓器是回轉式機械，而柴油機是往復性機械，兩種機械的特性不同，這就涉及到兩者工況的匹配問題。當兩者工況不匹配時，那么增壓器就將發(fā)生喘振。喘振不僅是壓氣機達不到預期的增壓比，而且會損壞壓氣機部件，并導致整臺渦輪增壓器機損事故。因此，了解增壓器喘振的原因，預防和消除增壓器喘振，是輪機管理的重要內容。1“育鯤輪廢氣渦輪增壓器工作原理與特點“育鯤輪主機為MANB

12、&W公司生產(chǎn)的，機型為6S35MC。其廢氣渦輪增壓器也是MANB&W生產(chǎn)的，型號為NA40/S。由廢氣渦輪和壓氣機兩局部組成。壓氣機采用的是單級徑流離心式壓氣機。主要由進氣消音器、壓氣機葉輪、擴壓器、排氣蝸殼等組成。廢氣渦輪是軸流式廢氣渦輪。它由渦輪進氣箱、噴嘴環(huán)、工作葉輪、排氣箱等組成。轉子由軸承支撐。軸承是內支撐式的。在壓氣機端有定位軸承，用于軸向定位和承受側推力。如圖1-1所示。 圖1-1軸承的潤滑和主機滑油的循環(huán)是一體的?；偷倪^濾級別小于0.05mm。最大允許油溫在70攝氏度。在60攝氏度時使用滑油SAE30，在65攝氏度時使用滑油SAE40。在正常操作和負荷下，滑油壓力在1.5ba

13、r左右；報警和降速至主機負荷減半時，滑油壓力可小于1.0bar；主機停車時，滑油壓力應小于0.8bar?；土髁繛?.5至5.0立方米每小時。定位軸承和渦輪端的支撐軸承由兩個來自主機滑油循環(huán)系統(tǒng)的獨立的供給油管供給滑油?；鸵灿糜诶鋮s。渦輪葉輪和軸是一體的，而壓氣機葉輪是被安裝在軸上。增壓器采用非冷卻式的，既減輕了增壓器的重量，也防止了增壓器殼體可能出現(xiàn)的低溫腐蝕。廢氣渦輪的殼體是絕熱的。氣缸排出的廢氣驅動增壓器轉子，將廢氣轉化為能量。廢氣穿過增壓器，依次通過渦輪噴嘴環(huán)，渦輪葉輪，氣體出口擴壓，到達氣體出口箱后進入排氣總管。渦輪高速旋轉帶動同軸上另一端的壓氣機葉輪同步旋轉，使經(jīng)過進氣箱或消音器

14、而進入氣缸內的空氣，被壓縮機葉輪，擴壓器，壓縮機殼體壓縮。壓力增高的空氣經(jīng)過中央冷卻器和進氣管路，被壓入主機氣缸，使得噴入氣缸內的柴油在這種條件下得到充分燃燒，使功率提高，降低了油耗率。1.2 NA40/S型增壓器的主要特點滑油系統(tǒng)增壓器軸承的潤滑以主機滑油系統(tǒng)作為標準的。增壓器轉子的2個支撐軸承位于壓氣機葉輪與渦輪葉輪之間的軸承箱內。壓氣機端的定位軸承通過管1，3和5.1來供給滑油。渦輪端的支撐軸承通過管1，3和5.2來供給滑油。增壓器滑油壓力的設定，是通過安裝在供給管上3，在分叉以前的一個節(jié)流孔口進行控制的。在供給管5.1和5.2上，兩個止回閥4和6之間，安裝有一個測量連接，用于控制和監(jiān)督

15、滑油壓力。增壓器的滑油壓力是可以調節(jié)的。當主機是滿負荷時，滑油處于工作溫度進口溫度最大為70攝氏度，通常壓力調節(jié)在1.5bar左右。當主機剛啟動，暖機時，滑油溫度相對較低，滑油壓力允許短時間內為2.0bar。 圖1-2增壓器的上部有一個潤滑油箱，用于在主機停車后給增壓器供給滑油?；屯ㄟ^止回閥6發(fā)盤上的旁通孔向潤滑油箱里補油。潤滑油箱上設有一個沒有加壓的自由溢流口?？紤]到冷卻的問題，渦輪端軸承的潤滑時間要比壓氣機端的長一點。因為渦輪端的溫度較高些。所以，潤滑油箱的最低連接管與渦輪端相連?；偷呐懦龉苡幸欢ǖ男倍?，并且有足夠大的尺寸，以減少阻力和背壓。斜度位于5度和船舶最大可能傾斜角度之間。1.

16、2.2密封空氣系統(tǒng)增壓器上的密封空氣用于阻止廢氣進入潤滑油空間；阻止油滴進入渦輪端；減少作用在局部軸承上的軸向力。密封空氣通過密封空氣管和軸承箱的密封空氣孔進入到渦輪端轉子的軸向和徑向迷宮式密封之間。密封空氣從空氣冷卻器后取出。取用點位于進氣管的上部區(qū)域以防止凝水和雜質進入密封空氣管。密封空氣管伸入進氣管100mm左右，以防止雜質和水沿著管壁吹入。密封空氣通過管路上的一個節(jié)流孔調節(jié)壓力。節(jié)流孔位于管路即將進入軸承箱的位置。圖1-3Jet-Assist 加速系統(tǒng)當需要迅速地加速和可能的無煙加速或者主機負荷的運用時，可以使用Jet-Assist加速系統(tǒng)。主機控制激活兩位兩通閥，來自啟動空氣瓶的30

17、bar的壓縮空氣通過節(jié)流孔節(jié)流，壓力降至最大4bar。減壓后的壓縮空氣通過一個環(huán)形管和一個傾斜的洞進入到壓氣機端，作用在壓氣機葉輪上。它一方面提供附加的空氣給壓氣機葉輪，另一方面使壓氣機葉輪加速。圖1-42.增壓器喘振的機理增壓器喘振是發(fā)生在離心式壓氣機局部的。當壓氣機的流量小到一定值后，氣體進入工作葉輪和擴壓器的方向偏離設計工況，葉片反面氣流出現(xiàn)別離并且不斷擴大，同時產(chǎn)生強烈的脈動并有氣體倒流，引起壓氣機氣流的流量、壓力出現(xiàn)波動，導致壓氣機產(chǎn)生強烈的振動并發(fā)出異常的響聲。喘振是壓氣機的固有特性，增壓器工作時應盡量防止發(fā)生喘振。在葉片擴壓器進口處，氣流速度可分解為相互垂直的圓周分速度和徑向分速

18、度。當氣流相對葉片的轉速一定而流量變化時，氣流的圓周分速度是不變的，而徑向分速度是變化的。當空氣流量小于設計值時，氣流徑向分速度減小，氣流速度也隨之減小，其方向也偏離設計值，導致氣流進入葉道時，撞擊葉片前緣的凸面，而在凹面上產(chǎn)生氣流的別離。如圖2-1中(c)所示。 圖2-1在葉輪進口處，氣流速度同樣可分解為相互垂直的圓周分速度和徑向分速度。當氣流相對葉片的轉速一定而流量變化時，氣流的圓周分速度是不變的，而軸向分速度是變化的。當空氣流量小于設計值時，氣流軸向分速度減小，氣流相對于葉輪的速度也隨之減小，其方向和葉片的構造角之間形成一個負沖角，導致氣流進入葉道時，撞擊葉片前緣的凹面前緣，而在凸面上產(chǎn)

19、生氣流的別離。如圖2-2中c所示。 圖2-2在設計流量下，如兩圖a所示，氣流平順地流進葉片前緣和擴壓器，氣流與葉輪葉片、擴壓器既不發(fā)生撞擊，也不發(fā)生別離。當流量大于設計流量時，如兩圖b所示，氣流在葉輪葉片前緣沖向葉片的凸面，與葉片的凹面發(fā)生別離；在擴壓器中氣流沖向葉片的凹面，與葉片的凸面發(fā)生別離。但是，由于葉輪葉片的轉動壓向氣流別離區(qū)，擴壓器中氣流的圓周向流動壓向氣流別離區(qū)，氣流別離區(qū)受到限制，不致隨流量的增加而過分地擴大。當壓氣機的工作情況正常時，隨著空氣流量減少到一定程度，在壓氣機的通流局部開始產(chǎn)生旋轉脫離現(xiàn)象。假設空氣流量繼續(xù)減小，旋轉脫離就會強化和開展，當它開展到某程度后，由于氣流強烈

20、脈動，就會使壓氣機的出口壓力突然下降。此時，進氣總管中的氣體壓力就會比壓氣機出口的壓力高，這將導致局部氣流從總管流到壓氣機中去；而另一局部空氣那么仍繼續(xù)前進。由于這兩個因素的作用，進氣總管中的壓力就會立即降下來。而隨著總管中的壓力的下降，流經(jīng)壓氣機的空氣流量就會自動增加上去；與此同時，壓氣機葉柵中發(fā)生的氣流脫離現(xiàn)象就會逐漸趨于消失。即壓氣機的工作情況將會恢復正常。當這種情況繼續(xù)一個很短的時間后，進氣總管中的壓力就會再次升高，流經(jīng)壓氣機的空氣流量又會重新減少下來，在壓氣機通流局部中發(fā)生的氣流脫離現(xiàn)象又會再出現(xiàn)。上述過程就會周而復始地進行下去。這就是所謂的喘振。3.影響增壓器喘振的因素 從增壓器的

21、工作原理可知，壓氣端與廢氣端的能量不平衡是導致增壓器喘振的根本原因。而導致根本原因的因素很多，比方：增壓器濾網(wǎng)臟堵，透平氣道臟堵，柴油機燃燒不良導致后燃，柴油機負荷嚴重不均，柴油機氣閥關閉不嚴漏氣，氣閥和噴油定時不對，掃氣箱著火等等。針對于“育鯤輪上的增壓柴油機是新造的，只要設計上沒有問題，一般渦輪增壓器與柴油機匹配良好，增壓器不會產(chǎn)生喘振，但隨著運轉時間的增長，增壓系統(tǒng)中各個部件就會污損，柴油機某些部件也會產(chǎn)生故障，致使兩者的性能逐漸惡化，匹配不良，壓氣機流量減小，造成氣流與葉片強烈撞擊與脫流而產(chǎn)生喘振。在實際運行當中，渦輪增壓器的喘振在大多數(shù)情況下并不僅僅是由渦輪增壓器自身的因素所引起，而

22、是與來自柴油機或其他的設備的因素共同作用甚至是僅由來自渦輪增壓器以外的因素所造成的。3.1 柴油機因素柴油機轉速或載荷波動引起喘振 當柴油機轉速或載荷突然下降，增壓器由于本身轉速很高，轉動能量很大，一時間不能隨柴油機轉速下降而降低，增壓器的供氣量大于柴油機所需的空氣量，柴油機不能消耗的空氣就使得壓氣機背壓升高而產(chǎn)生瞬時喘振。當增壓器轉速下降后，壓氣機的吸氣量與柴油機所需空氣量重新到達平衡后，喘振即自行消失配氣機構故障引起喘振 進、排氣口打不開或關不嚴時，會造成增壓器喘振。當進氣口打不開時，壓氣機進氣阻力增大，同時氣缸內空氣缺乏、燃燒惡化、后燃嚴重，導致增壓器轉速提高，空氣量的供需矛盾惡化，引起

23、增壓器喘振。進氣口關不嚴時，一方面會造成空氣與燃氣泄漏、燃燒惡化，另一方面限制了正常空氣進入穩(wěn)壓箱，最終引起增壓器喘振。排氣口打不開，廢氣無法排出，當進氣口再次翻開時，廢氣倒流，降低了新鮮空氣的純度，導致燃燒惡化，同時增加了壓氣機進氣阻力，引起增壓器喘振。排氣口關不嚴時，一方面在吸氣過程，廢氣倒灌，降低了新鮮空氣的純度，導致燃燒惡化；另一方面在燃燒過程，局部燃燒混合氣進入排氣總管繼續(xù)燃燒，提高了排氣溫度，引起增壓器喘振。后燃嚴重引起喘振 當柴油機燃燒狀態(tài)惡化、后燃嚴重時，排氣溫度升高、廢氣能量增加，使增壓器轉速增加，壓氣機的吸氣隨之增加，而氣缸內又容納不了過多的空氣量，造成增壓器喘振。 3.2

24、 中冷器因素 為了降低增壓后的空氣溫度，增大進氣密度，使柴油機的循環(huán)進氣量增多，在壓氣機出口和柴油機入口之間安置中央冷卻器，這樣可以在柴油機的熱負荷不增加甚至降低，機械負荷增加不多的前提下，較大幅度地提高柴油機功率和經(jīng)濟性，降低排放。中冷器的常見故障時冷卻水溫度過高或堵管數(shù)過多造成冷卻效率下降。最終都將造成增壓空氣冷卻缺乏，進氣量不夠，燃燒惡化，引起增壓器喘振。 3.3 增壓器自身因素 1增壓器喘振裕度偏小 喘振裕度是指增壓器在與柴油機配套工作時，每一轉速下都有一個要發(fā)生喘振的最小空氣流量極限值。當柴油機在某轉速下喘振裕度缺乏時，增壓器就會出現(xiàn)喘振。 2壓氣機或渦輪的流通面積缺乏 由于壓氣機或

25、渦輪流道上有積垢、積碳或異物，導致流通截面減小，空氣或燃氣不能順利通過，引起增壓器喘振。 3.4 環(huán)境因素 1空氣吸入溫度的影響 在氣候寒冷，吸氣溫度降低時，增壓器的壓氣機工作點移向喘振線，壓氣工作穩(wěn)定性較差?？諝饷芏却?，進入氣缸的空氣質量增加，燃燒充分，廢氣能量增大，使增壓器轉速增加，引起喘振。 在氣候炎熱，吸氣溫度升高時，增壓空氣溫度相應升高，同時由于壓氣機進口空氣密度減小，燃燒情況變差，使得廢氣溫度升高，柴油機轉速增加而引起喘振。 2大氣壓力的影響 大氣壓力隨著海拔高度的提高而降低。大氣壓力低時，由于空氣稀薄，進入氣缸的空氣質量缺乏，燃燒惡化，后燃嚴重，引起增壓器喘振。 增壓器喘振柴油機

26、因素中冷器因素增壓器因素環(huán)境因素轉速功率突變配氣機構故障進氣口打不開中冷水溫高堵管數(shù)過多喘振裕度小流通面積缺乏氣候寒冷海拔高，空氣稀薄氣候炎熱后燃嚴重排氣口關不嚴排氣口打不開排氣口關不嚴圖3-14.增壓器喘振的具體原因和解決方法4.1 增壓系統(tǒng)氣流通道堵塞1壓縮機進口濾網(wǎng)臟堵，使壓氣機空氣流量減小而發(fā)生喘振。解決方法：清洗或更換濾網(wǎng)。2消音器的羊毛氈松脫，使進氣空氣流動阻力增大流量減小而發(fā)生喘振。解決方法：將松脫的羊毛氈重新鉚好。3壓氣機葉輪和擴壓器嚴重積垢，使壓氣機空氣流通面積變?。粶u輪葉片及噴嘴環(huán)積垢嚴重，引起渦輪效率降低，導致壓氣機空氣流量減小而發(fā)生喘振。解決方法：在柴油機運行中對渦輪和

27、壓氣機進行清洗工作。4空冷器臟堵，使氣流阻力增大，壓氣機背壓升高，流量減少而產(chǎn)生喘振。解決方法：對空冷器進行化學清洗，去除臟物。5氣缸進排氣口結碳和油污，導致氣口氣流面積減小，壓氣機空氣流量減少而產(chǎn)生喘振。解決方法：定期去除進排氣口的積碳和污物，確保氣流通暢。6廢氣鍋爐煙道積碳臟堵，使渦輪后背壓上升，導致壓氣機的空氣流量減少而發(fā)生喘振。解決方法：清潔疏通鍋爐煙道。4.2 增壓器或柴油機故障，工況改變，增壓器壓氣機工作點左移，處于喘振區(qū)1壓氣機葉輪損壞或過量腐蝕，壓氣能力減弱，渦輪葉片損壞，導致流經(jīng)壓氣機的空氣流量減小而發(fā)生喘振。解決方法：換新或修復壓氣機葉輪或渦輪葉片。2渦輪葉片頂部及噴嘴環(huán)罩

28、內外表被腐蝕，使配合間隙增大，導致流經(jīng)壓氣機的空氣流量減小而發(fā)生喘振。解決方法：換新或修復壓渦輪葉片及噴嘴環(huán)罩。3廢氣端或壓氣端有廢氣或空氣泄漏，引起渦輪增壓器效率下降而發(fā)生喘振。解決方法：堵住泄漏。4主機排煙溫度高，其排出廢氣能量高，使增壓器轉速更高，壓氣機背壓升高而產(chǎn)生喘振。解決方法：查明主機排煙溫度高的原因，并做相應的處理，使主機排溫正常。5二沖程柴油機的調速器負荷限位設置不當，當柴油機加速時，其壓氣機運行點位于喘振區(qū)，導致壓氣機喘振。消除方法：調整調速器負荷限位。6采用脈沖增壓系統(tǒng)的柴油機一缸熄火，對于一缸熄火的增壓器其壓氣機背壓與正常增壓器一樣，就顯得過高而引起喘振。解決方法：檢查熄

29、火缸的燃油系統(tǒng)，排除故障，恢復供油。4.3 運行中的增壓器與柴油機暫時失配1加速時油門手柄推得過快，使增壓器與柴油機暫時失配引起瞬時喘振。解決方法：輪機和駕駛人員應盡量防止該情況的出現(xiàn)，除非緊急情況為了避碰的需要。2停車時油門手柄拉得過快，突然從全速拉到停車位置，使增壓器與柴油機暫時失配引起喘振。解決方法：盡量防止該情況出現(xiàn)，除非緊急情況為了避碰的需要。3船舶在大風浪天氣航行時發(fā)生飛車，主機在調速器作用下，其轉速仍會上下波動；增壓器轉速因主機燃氣能量變化也會發(fā)生波動這時主機與增壓器之間可能會發(fā)生暫時失配的情況。4船殼因大量吸附海生物而阻力增大，使柴油機在大扭矩、低轉速下運行，增壓器運行點位于喘

30、振區(qū)而發(fā)生喘振。解決方法：船舶進塢清潔油漆船殼。5.“育鯤輪增壓器喘振故障的排除程序增壓器喘振噴油器拆檢，氣閥間隙檢測調整，透平空氣濾網(wǎng)清洗，凸輪軸檢查考慮是否負荷問題考慮是否燃油問題考慮是否增壓器的問題考慮是否排氣不暢測柴油機定時和爆壓，修理后試車，突加突減負荷考慮是否柴油機問題降低負荷，使用輕油試驗換用新的燃油清洗增壓器對消音器進行檢測考慮是否增壓器軸承或噴嘴環(huán)問題更換軸承，用專用工具將噴嘴環(huán)拉出浸泡，清理干凈按照說明書維修手冊進行保養(yǎng)維護否否否否否是是是是是是否 圖5-16.NA40/S型增壓器防喘振控制的設計“育鯤上的NA40/S型增壓器沒有設置專門的防喘振的設計。增壓器一旦發(fā)生喘振，

31、其壓氣機軸承所受應力將會變大，會對設備造成損壞、甚至造成重大事故。為保障船舶平安，防止設備損壞，應給增壓器設置防喘振保護。增壓器的喘振的根本原因是廢氣端與壓氣端的能量不平衡。即柴油機與增壓器的不匹配。為了很好地解決柴油機與渦輪增壓器的匹配問題，針對船上的NA40/S型增壓器，可采取設置旁通閥進行控制。即在壓氣機出口與渦輪進口之間串上一個旁通閥。調節(jié)旁通閥的開度可以改變其前后壓降及旁通空氣量，從而調節(jié)柴油機掃氣壓差和平衡運行點位置。當船舶滿載、迎風、污底嚴重時，由于阻力增加，主機負荷增大，主機在低轉速高負荷下運行，氣缸耗氣量降低而循環(huán)噴油量增加，廢氣能量增大，增壓器轉速升高，供氣量增多，容易導致

32、增壓器與柴油機匹配不良而出現(xiàn)喘振。這時可以增大旁通閥開啟角度，增加節(jié)流損失，使壓氣機流量減少。最終可導致柴油機本身油耗率和排溫降低。當柴油機噴油設備故障，柴油機燃燒不良，后燃嚴重；氣缸漏氣，熱負荷增大，排煙溫度升高。排溫升高即廢氣能量增加，增壓器轉速升高，供氣量增加。這時，如果供油量不變，那么出現(xiàn)柴油機與增壓器不匹配的情況。同上述情況類似，可以通過調節(jié)旁通閥直至柴油機故障消失從而防止喘振的發(fā)生。壓氣機渦輪旁通閥圖6-1但是，排氣溫度由于增壓空氣的參加而下降，使渦輪功降低。所以為了在旁通時不使排氣溫度和渦輪功下降，可在旁通閥后再串聯(lián)一個補燃室或采用回熱旁通系統(tǒng)。由于回熱旁通的措施雖然可以在性能上

33、得以改善或使性能變壞減輕，但回熱設備較復雜，不利于布置，所以很少使用。假設使用補燃室，一方面在柴油機起動時可以點燃補燃室形成燃氣輪機循環(huán)，提高進氣壓力和溫度以滿足柴油機的良好起動條件，另一方面，可隨時提供渦輪足夠的能量以保證柴油機得到足夠的空氣量。壓氣機渦輪旁通閥補燃室圖6-2依據(jù)發(fā)生喘振的原因是壓氣端與渦輪端的能量不平衡，針對旁通閥設計的缺乏之處，可以考慮不設旁通閥，而考慮直接把局部的的排氣或局部的增壓空氣直接通過一個放氣閥排出，從而使壓氣端與廢氣端的能量平衡。即當氣缸耗氣量降低，而廢氣能量由于排煙過高而增大時如柴油機在低轉速高負荷下運行，可以將局部廢氣通過放氣閥而不通過渦輪直接排出。壓氣機渦輪放氣閥圖6-3放氣方式有兩種：一種是將局部排氣放入大氣，一種是將局部增壓空氣放入大氣。從熱力學觀點看，放排氣比放增壓空氣理想一些。但是，采用這種方法的缺點是在高工況下經(jīng)濟性不好，對于高工況較少的車用柴油機較適用，而由于“育鯤輪上的柴油機高工況運行時間長，經(jīng)濟性不好，所以一般不采用。由于NA40/S型增壓器的噴嘴環(huán)是不可變的。因而，可以考慮采用變噴嘴環(huán)進行喘振的控制。所謂變噴嘴環(huán)，即噴嘴環(huán)的出口截面積是可以改變的。當柴油機出現(xiàn)故障如氣閥燒損，氣缸漏氣，熱負荷增大，排煙溫