资讯三废气涡轮增压

资讯三废气涡轮增压

一、提高柴油机功率的途径和废气涡轮增压发展概况一、提高柴油机功率的途径和废气涡轮增压发展概况 1、提高功率的途径 Pe=pe·F ·S ·m ·n ·i/60000 （底面积F=D²/4 活塞速度Cm=S ·n/30）可见Pei ·D² ·S ·m ·n ·pe 1）改变结构参数i、D、S、m：增大结构参数可提高功率，但受限于曲轴刚度和机舱尺寸； 2）提高转速：增大n、Cm可提高功率，但受限于：机械负荷和热负荷增大，运动部件磨损大，机桨配合要求低速以提高经济性。 3）提高平均有效压力：其受进气密度影响，提高进气密度，可提高气缸充气量，使更多燃油完全燃烧，从而提高功率。进气密度的提高可通过提高进气压力和降低进气温度来实现。

二、废气涡轮增压技术 1、废气能量的组成排气所具有的可用能:b5igfb 可分为三部分： a.废气从b点排气阀开启等熵膨胀到p0（无损失）所做的功：blfb • 损失掉的废气脉冲能：b5eb • 部分损失掉脉冲能转变为热能：ee’f’fe • 涡轮前的废气能量：51fe5 c.活塞推挤废气所作的功：42154 d.燃烧室扫气期间进入气缸扫气空气所具有的功：gi24g

根据废气涡轮的利用情况分： • 脉冲动能E1:b5eb,废气从排气阀打开b点涡轮前压力PT的膨胀能，它是以脉动的速度能进入排气管。 • 定压能E2:gif’e’g,废气由PT P0的膨胀能; • 废气总能量:E=E1+E2 • 随扫气压力Pk（PT）增加，E1比例减小，E2比例增大。 • 废气对涡轮做功的多少主要取决于废气流量和热状态。

2、废气涡轮增压的两种基本方式 1）定压涡轮增压：（1）结构特点：各缸共用一个容积足够大的排气总管，排气总管压力基本不变，即排气总管起稳压器作用。（2）优点：涡轮工作稳定，效率高；（3）缺点：不能利用脉冲能E1（大部分脉冲能被排气阀节流损失和排气管中膨胀涡动损失掉，只有小部分ee‘f’fe使转化为热能排温升高）。低负荷或起动时，必须设辅助扫气泵或鼓风机以解决涡轮功率小于压气机所需功率问题。

2）脉冲涡轮增压： （1）结构特点：各缸排气管分组；排气管短而细，直接与一个或几个废气涡轮相接；排气管中压力是变化的；（2）优点： • 能量利用率高(E1和E2)； • 低负荷和起动时不需辅助扫气泵 • 由于排气管分组，扫气正好处于排气管低压时，有利于扫气。（3）缺点： • 涡轮工作较不稳定（进气不连续）,涡轮效率低； • 系统布置复杂

4.3 废气涡轮增压

1）废气涡轮增压器工作原理 废气涡轮组成：进气箱、排气蜗壳、喷嘴环、工作作叶轮、导流器

喷咀环： 内、外环：铸铁制成，外环铣有通槽，利于径向膨胀。喷咀环叶片：耐热合金钢制成，数十个喷咀叶片先按设计的角度和位置排列好，然后浇铸而成。叶片前缘扭曲方向与旋转方向相反。收缩形流道，气体膨胀加速,压力能→动能，P和T↓，C↑；

工作叶轮： 叶片：耐热合金钢制成，叶根呈枞树形或球形，沿轴向嵌进叶轮轮盘边缘槽口。叶身:用高强度镍基耐热合金钢锻造叶片并经仿形加工而成。为满足气动性能的要求，它的凹面、凸面均为复杂的扭曲曲面。叶片前缘扭曲方向与旋转方向相同。 • 一个喷嘴环与相邻的一个叶轮组成一个级，仅有一个级的称为单级蜗轮。

工作叶轮受力分析： 压力差合力：喷嘴环出口处的高速气流进入叶轮叶片时被迫转弯，在离心力作用下，企图离开凸面，冲向凹面，使同一叶轮凹凸面间产生压力差，作用在所有叶片上压力差的合力pu对转轴产生一个冲击力矩，使叶轮沿该力矩的作用方向旋转。反作用力矩：叶轮叶片收缩形流道,燃气膨胀继续加速。当气流在叶轮中流动时，给涡轮以反作用力，叶片得到一个反作用力矩使叶轮回转。燃气热能和动能→叶轮机械能。P↓、T↓、C↓。

反动式涡轮机：在冲击力矩和反动力矩作用下回转的涡轮机。废气涡轮增压器多为反动式涡轮机。反动式涡轮机：在冲击力矩和反动力矩作用下回转的涡轮机。废气涡轮增压器多为反动式涡轮机。 • 冲动式涡轮机：只具有冲击力矩 • 轴向推力pa：废气在通过叶片通道时，除产生使叶轮旋转的力pu外还同时产生轴向推力pa，这个力将使得转轴发生轴向(向压气机侧)窜动，因此必须装置推力轴承以防止轴的窜动。

（2）离心式压气机端 组成：进气道1、叶轮2、扩压器3、排气涡壳4 。

工作叶轮：半开式和闭式两种 • 半开式叶轮：没有盖板，用于大型高速增压器。优点： a.回转质量较轻，强度好 b.制造工艺简单 c.允许有较高轮缘速度，获得较高的增压压力。 • 导风轮（旋转导向装置）:与叶轮一起旋转。可与叶轮分开或与叶轮一体制造。作用：保证空气无冲击的进人叶轮。

闭式叶轮：有轮盖，一般用于小型增压器中 优点： a.由于叶片间有封闭通道，避免空气与静止蜗壳间的摩擦，使叶轮气流流动损失小，效率高。 b.轮盖可以加强叶片刚性，减少叶片振动。缺点：重量增加，制造工艺复杂，较少采用。

叶片式扩压器：由叶片和金属圆环形平板组成，其叶片间的气流通道呈扩张形。叶片式扩压器：由叶片和金属圆环形平板组成，其叶片间的气流通道呈扩张形。 • 一个工作轮与相邻的一个扩压器组成一个“级”。

排气蜗壳，其流道也是扩张形的。

气体状态分析： • 进气道（0-1）：为渐缩形流道，压力能→动能，P和T↓,C↑； • 叶轮段（1-2）：叶轮对气体作功，机械能→动能和压力能,P 和T↑,C↑。 • 扩压段（2-3）：为渐扩形流道，动能→压力能， P 和T ↑,C ↓ • 涡壳段（3-4）：为渐扩形流道，动能→压力能，P 和T ↑,C ↓

压气机的流动损失 a、摩檫损失：包括空气与壁面和空气与空气摩擦损失。 b、撞击损失：包括空气进入叶轮及进入扩压器的撞击损失。

1、增压器压气机采用半开式径向叶轮的优点是（ ）。 A．强度好，制造工艺简单 B．允许有较高的轮缘速度 C．能获得较高的增压压力 D．上述三点都是 3、下述说法不正确的是（）。 A．气体在压气机进气道内流动过程中，其压力下降，速度上升 B．气体在压气机工作叶轮流动过程中，其压力和速度都上升 C．废气在涡轮工作叶轮流动过程中，压力下降，速度上升 D．废气在涡轮工作叶轮流动过程中，压力下降，速度下降 2、根据离心式压气机工作原理可知，气体流经压气机时的状态参数变化情况是。 Ⅰ.空气进入叶轮后至排气蜗壳出口，压力一直上升Ⅱ.空气进入叶轮后至排气蜗壳出口，压力上升、下降、上升 Ⅲ.空气进入叶轮后至排气蜗壳出口，温度一直上升Ⅳ.空气进入叶轮后至排气蜗壳出口，温度下降、上升、下降 Ⅴ.空气进入叶轮后至排气蜗壳出口，速度上升、下降、下降Ⅵ.空气进入叶轮后至排气蜗壳出口，速度上升、下降、上升 A．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ B．Ⅱ＋Ⅳ＋Ⅴ C．Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅳ D．Ⅰ＋Ⅲ＋Ⅴ

8、废气在涡轮机喷嘴环内流动过程中，其工作参数变化情况是8、废气在涡轮机喷嘴环内流动过程中，其工作参数变化情况是 A．压力上升，速度下降 B．压力和速度都上升 C．压力下降，速度上升D．压力和速度都下降 15、废气涡轮增压器，涡轮机的主要组成部件有（）。 Ⅰ.工作叶轮Ⅱ.喷嘴环Ⅲ.进气箱Ⅳ.扩压器 Ⅴ.排气壳Ⅵ.消音器 A．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅴ B．Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅳ＋Ⅴ C．Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅳ＋Ⅵ D．Ⅲ＋Ⅳ＋Ⅴ＋Ⅵ 16、废气涡轮增压器，压气机的主要组成部件有（）。 Ⅰ.工作叶轮Ⅱ.喷嘴环 Ⅲ.排气蜗壳 Ⅳ.扩压器Ⅴ.推力轴承Ⅵ.气封 A．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ B．Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅳ＋Ⅴ C．Ⅰ＋Ⅲ＋Ⅳ D．Ⅲ＋Ⅳ＋Ⅴ＋Ⅵ 18、关于单级轴流式涡轮说法错误的是（）。 A．冲动力矩是使叶轮转动的力矩 B．反动力矩是阻碍叶轮转动的力矩 C．冲动力矩大于反动力矩 D．冲动力矩和反动力矩都作用在叶轮上

20、在废气涡轮中，实现废气压力能转变为动能的部件是（ ）。 A．进气道 B．喷嘴环C．涡轮 D．排气蜗壳 21、在废气涡轮中，实现废气动能转变为机械能的部件是（）。 A．进气壳 B．喷嘴环 C．叶轮D．排气蜗壳 22、根据单级轴流式涡轮机的基本工作原理可知，废气在涡轮机内从喷嘴流入至从叶轮流出时的状态参数变化情况是（）。 Ⅰ.压力一直下降 Ⅱ.压力下降、上升 Ⅲ.温度一直上升 Ⅳ.温度一直下降 Ⅴ.速度上升、下降 Ⅵ.速度一直上升 A．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ B．Ⅰ＋Ⅳ＋ⅤC．Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅳ D．Ⅲ＋Ⅳ＋Ⅴ 10、在离心式压气机中，实现动能变为压力能的主要部件是（）。 A．叶轮 B．扩压器C．进气道 D．排气蜗壳 11、在压气机工作过程中，气体在压气机中的流动损失有（）。 A．空气与壁面的摩擦损失 B．空气流内部相互摩擦损失 C．空气的撞击损失 D．上述三种损失同时存在 23、废气对涡轮做功的多少主要取决于（）。 A．废气流量和速度 B．废气压力和速度 C．废气流量和温度 D．废气流量和热状态

24、关于轴流式涡轮说法错误的是（）。 A．喷嘴前缘在径向沿转向向前扭曲 B．叶轮叶片前缘在径向沿转向向前扭曲 C．喷嘴叶片间流道沿气流流向是收缩的 D．叶轮叶片间流道一般沿气流流向也是收缩的 25、离心式压气机中实现机械能变为动能，继而转变为空气压力能的主要部件是（）。 A．进气壳和导风轮 B．导风轮和叶轮 C．叶轮和扩压器D．扩压器和排气蜗壳 26、关于单级轴流式涡轮说法正确的是（）。 A．冲动力矩是在喷嘴叶片上产生的，反动力矩是在叶轮叶片上产生的 B．冲动力矩是在叶轮叶片上产生的，反动力矩是在喷嘴叶片上产生的 C．冲动力矩和反动力矩都是在喷嘴叶片上产生的 D．冲动力矩和反动力矩都是在叶轮叶片上产生的 27、空气流经离心式压气机时，流速会升高，而压力会降低的部件是（）。 A．进气道B．扩压器 C．导风轮 D．工作叶轮

29、空气流过离心式压气机的下列部件时，空气压力随流速下降而升高的是（ ）。 A．进气道 B．扩压器C．导风轮 D．工作轮 30、根据废气涡轮增压器压气机工作原理可知，气体在压气机进气道内的流动过程中，其工作参数的变化是（）。 A．压力和速度都上升 B．压力上升，速度下降 C．压力下降，速度上升D．压力和速度都下降 35、在废气涡轮中废气流经叶轮叶片后参数变化不正确的是（）。 A．压力降低 B．速度升高C．温度降低 D．流量不变 31、根据涡轮增压器压气机工作原理可知，气体在工作叶轮内流动过程中，其工作参数的变化是（）。 A．压力上升，速度下降 B．压力下降，速度上升 C．压力和速度都下降 D．压力和速度都上升 32、根据涡轮增压器压气机工作原理可知，气体在扩压器内的流动过程中，其工作参数变化是（）。 A．压力和速度都上升 B．压力和速度都下降 C．压力上升，速度下降D．压力下降，速度上升 33、根据涡轮增压器压气机工作原理可知，气体在排气蜗壳内流动过程中，其工作参数变化是（）。 A．压力和速度都上升 B．压力上升，速度下降 C．压力和速度都下降 D．压力和速度都上升

2）单级轴流式废气涡轮增压器结构 排气蜗壳进气箱排气箱进气箱叶轮涡轮叶轮滚动轴承滑油泵隔热墙喷嘴环进气消音器扩压器

VTR-4系列增压器 组成：单级轴流式废气涡轮机和单级离心式压气机。增压器转子：由废气涡轮和同轴上的压气机叶轮构成，由外端的轴承支撑。涡轮机压气机

(1)轴流式废气涡轮机 • 组成：进气箱51、喷嘴环56、涡轮机叶轮29、隔热墙23、排气箱61等。 • 路线：废气→进气箱51→喷嘴环56→叶轮29→排气箱61上部排出。 • 进、排气箱：内腔用水冷却，箱之间用螺钉紧固。进气箱右侧布置着轴承箱。排气箱下部装有增压器支架。 • 隔热墙23：用绝热材料制成，避免废气对压气机叶轮和空气加热。轴承箱支架

喷嘴环 由喷嘴内环、外环和喷嘴叶片组成。喷嘴叶片形成的通道从进口到出口呈收缩状。作用： a.将柴油机排出的废气的压力能→动能； b.控制气流方向以满足工作叶片需要。

工作轮:轮盘+工作叶片 • 工作叶片:轴向安装在轮盘边缘槽口中。叶根有枞树形和球形两种。 • 叶身：为叶片的工作部分，其形状由气体流动情况决定。为了减少气流流过叶片时的能量损失。要求叶片的形状与气流参数沿叶片的变化相适应，以提高涡轮机效率。 • 高速流动的气流进人工作轮的叶片通道，其中一部分能量转变为机械功，最后经排气箱排往大气。

进气箱82 排气蜗壳 (2)离心式压气机 • 组成：进气消音器81、进气箱82、压气机叶轮25、扩压器79、排气蜗壳74等。 • 路线：空气→消音器81滤网处→进气箱82→叶轮25→扩压器79→排气蜗壳74 →空气冷却器→扫气箱。压气机叶轮扩压器79 消音器81

进气箱82 排气蜗壳 • 消音器中空气滤网、导流环:对空气起滤清、导流、吸音(导流环由吸音材料制成)作用。 • 进气箱:由内、外进气壳组成渐窄型进气通道（压力能→动能），对吸人的空气起加速定向作用。 • 轴承箱：布置在进气箱的左侧。压气机叶轮扩压器79 消音器81

工作叶轮 • 组成:前弯导风轮26和半开式叶轮25 • 导风轮26：扭曲方向和角度应适应气流进人叶轮的相对流动方向，使气流平顺地从轴向→径向，以减少进气流动损失; • 工作轮：径向布置着直叶片，各叶片间形成渐阔气流通道。两部分分别装在转轴上。

扩压器79 :叶片+平板圈 • 有叶扩压器：固定在排气蜗壳上，其叶片间的气流通道呈扩张形（动能→压力能），提高空气排出压力。 • 无叶扩压器：圆环段同样起扩压作用。 • 工作轮与相邻扩压器组成一级。扩压器79

排气蜗壳74： • 主体是蜗壳状的管道，其流通截面由小到大（渐阔型） • 作用： a.收集从叶片扩压器流出的空气。 b.继续起着扩压作用。

(3)轴与轴承 • 支撑方式:外支撑、内支撑和悬臂支撑

外支撑：两轴承装在转子外侧，广泛应用在大型废气涡轮增压器中。外支撑：两轴承装在转子外侧，广泛应用在大型废气涡轮增压器中。优点： a.转子稳定性好 b.轴承受高温气体影响较小,工作条件较好，更换轴承方便。 c.便于密封(轴承远离叶轮，轴向空间大) d.增压器转子轴中部刚性大。 e.支撑处轴颈可适当细一些，保证轴承有较低的表面切向速度，增加轴承寿命。缺点：涡轮增压器结构复杂、重量、尺寸增加，清洗困难。

内支撑：两个轴承在涡轮与压气机的内侧，主要应用在小型废气涡轮增压器。内支撑：两个轴承在涡轮与压气机的内侧，主要应用在小型废气涡轮增压器。优点：重量较轻，造价低，轴向尺寸短，清洁保养转子方便。缺点： a.油、水、气密封布置较困难 b.轴承工作条件较差，一侧轴承很靠近涡轮端 c.更换轴承不方便，需要先拆去叶轮后才能进行

悬臂支撑：两个轴承布置在轴的同一侧；目前已开始在大型废气涡轮增压器上使用。悬臂支撑：两个轴承布置在轴的同一侧；目前已开始在大型废气涡轮增压器上使用。优点： a.减少了与轮盘的摩擦损失，改进了综合效率。 b.轴承的工作条件好，两个轴承均布置在冷的壳体内。缺点： a.设计时需要仔细解决热传导、不同线膨胀、转子较大的悬臂力矩（不平衡） b.要仔细研究转子和轴承组合的动力特性

内外支撑:涡轮装在轴承的内侧和压气机装在轴承的外侧。压气机端和涡轮端半轴通过焊接连接成一体。内外支撑:涡轮装在轴承的内侧和压气机装在轴承的外侧。压气机端和涡轮端半轴通过焊接连接成一体。转轴用合金钢锻造而成，分左右两端，轴的中间部分较粗，可增加其刚性并减少弯曲变形。

涡轮增压器轴承:滚动式和滑动式。 • 涡轮机端轴承：自由端轴承，只承受转子径向负荷，并允许一定的轴向位移以保证转子的向涡轮端外侧热膨胀。滚动式滑动式

压气机端轴承：必须设一个止推轴承: • 止推轴承作用： a.承受转子径向和轴向负荷； b.转子轴向定位作用; • 轴向推力产生： a.压气机端：叶轮出口空气漏至叶轮靠近涡轮的一侧，压力大于叶轮进气侧空气压力； b.涡轮机端：进气侧压力大于出口侧废气压力。转子上作用一个自涡轮端指向压气端的轴向推力。因此，压气机端必须设一个止推轴承

涡轮增压器轴承:滚动式和滑动式。 • 在VTR-4中，转子轴两端由滚动轴承32和33支撑，压气机叶轮和涡轮机叶轮装在同一根轴的两端(外支撑式)。 • 滚动轴承优点：摩擦损失小，加速性能好。 • 滑动轴承优点:构造简单

透平油储存柜 重力油柜 • 轴承润滑方式: a.靠装在转轴上的甩油盘进行飞溅润滑； b.由涡轮增压器专门油泵润滑，如重力-强制混合循环润滑系统；重力油柜作用：在增压器滑油循环系统故障时，为增压器轴承供油 c.由柴油机的润滑系统供给滑油润滑。（主机或发电副机）循环油柜

4、增压器转子轴承采用滚动轴承的优点之一是（ ）。 A．摩擦损失小B．可多次修复使用 C．轴承寿命较长 D．构造简单 5、增压器转子采用滑动轴承的优点有（）。 A．构造简单B．加速性好 C．适用于高转速 D．摩擦损失小 6、增压器轴承常用的润滑方式有（）。 A．飞溅润滑 B．由专门供油系统润滑 C．由柴油机润滑系统供油润滑 D．上述三种方式都有使用 7、增压器转子轴承采用外支撑式的优点有（）。 A．转子的稳定性较好 B．便于转子轴的密封 C．轴承受高温气体的影响较小 D．上述三点都是 9、下列增压器转子轴承采用外支撑式的缺点中，说法不正确的是（）。 A．增压器结构相对复杂 B．增压器重量尺寸较大 C．清洗增压器叶轮较困难 D．轴颈表面线速度较高

12、下列有关废气涡轮增压器的说法中错误的是（ ）。 A．压气机端的轴承为止推轴承 B．涡轮端的轴承为止推轴承 C．喘振发生在压气机端 D．涡轮端功率等于压气机端功率 13、为了保证废气涡轮增压器可靠润滑，废气涡轮增压器的润滑系统最好是（）。 A．重力-强力混合润滑系统B．液体静力润滑系统 C．液体动力润滑系统 D．边界润滑系统 14、在废气涡轮增压器中，废气涡轮与压气机同轴，其中（）。 Ⅰ.压气机端的轴承为止推轴承 Ⅱ.废气涡轮端的轴承为止推轴承 Ⅲ.废气涡轮端功率等于压气机端功率 Ⅴ.废气涡轮端功率大于压气机端功率 Ⅴ.喘振发生在压气机端 Ⅵ.喘振发生在废气涡轮端 A．Ⅰ＋Ⅲ＋Ⅴ B．Ⅲ＋Ⅳ＋Ⅴ C．Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅵ D．Ⅳ＋Ⅴ＋Ⅵ 17、增压器转子轴承采用外支撑式优点之一是（）。 A．有利于增加轴承寿命B．使增压器的结构简单 C．清洗涡轮增压器叶轮较方便 D．有利于压气机轴向进气

28、四冲程柴油机常用的ABB VTR型的增压器使用的是（）轴承。 A．外置式滑动 B．内置式滑动 C．外置式滚动D．内置式滚动 42、透平油重力油柜的作用是（）。 A．为透平油循环柜补油 B．在透平油泵故障时维持短时供油 C．保证供油压力 D．保证油泵吸入压力

（4）气封与油封 作用：防止燃气、空气和滑油漏泄。轴承箱内侧：装有油封41、45 叶轮两侧：装有气封42、43、44。

涡轮端： • 轴向气封环44：曲径密封作用：密封废气，防止废气从喷嘴环与叶轮叶片间漏进滑油池中污染滑油。 • 轴向油封45： a.防止滑油、油气进入涡轮叶轮侧被高温叶轮烧焦结炭。 b.防止废气进人滑油池，以保持滑油的清洁。

气封44处通道X：引入一定压力增压空气，阻止废气泄漏，提高气封效果。气封44处通道X：引入一定压力增压空气，阻止废气泄漏，提高气封效果。 • 通道Z：与大气相通，排出泄漏的废气和空气或油气 • 叶轮的轮盘处还设有径向气封(图中未示出)，用来防止废气经轴向间隙流入到压气机侧。

压气机端 • 轴向油封环41：阻止滑油被吸人到压气机中。由于叶轮进口处有一定的真空度，形成较大的抽吸作用，滑油易被吸入到压气机中。 • 通道Y：与大气(增压空气)相通，使油封环41中压力与叶轮吸口处压力得以平衡，增强气封，以防止吸入滑油。

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