課題10柴油機 增壓 船舶主機

《課題10柴油機 增壓 船舶主機》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《課題10柴油機 增壓 船舶主機（12頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、課題十 柴油機增壓 目的要求： 1．熟悉增壓的目的。 2．熟悉幾種增壓系統(tǒng)的工作原理及特點。 3．掌握廢氣渦輪增壓的工作原理。 4．了解兩種廢氣渦輪增壓特點。 5．掌握廢氣渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)。 6．掌握離心式壓氣機的通流特性和喘振機理。 7．掌握增壓器與柴油機的配合要求。 重點難點： 1．廢氣渦輪增壓的工作原理及結(jié)構(gòu)。 2．壓氣機的喘振機理。 3．增壓器與柴油機的配合要求。 教學時數(shù)：4學時 教學方法：多媒體講授 課外思考題： 1．柴油機增壓的目的是什么？ 2．柴油機增壓的方式有哪幾種？各有何特點？ 3．比較

2、兩種廢氣渦輪增壓方式。 4．VTR廢氣渦輪增壓器的構(gòu)造與特點。 5．喘振及發(fā)生的原因是什么？ 6．哪些運轉(zhuǎn)工況易導致喘振的發(fā)生？ 課題十 柴油機增壓 第一節(jié) 柴油機增壓系統(tǒng) 一、柴油機增壓概述 根據(jù)有效功率的計算公式：，可知，提高柴油機的有效功率有下列途徑： （1）改變柴油機的結(jié)構(gòu)參數(shù)i、D、S、m。增大這些參數(shù)可以提高柴油機的功率，但是提高的幅度受到多種因素的限制。 （2）提高柴油機的轉(zhuǎn)速。柴油機轉(zhuǎn)速的增加可以增大柴油機作功頻率，提高功率。但轉(zhuǎn)速增加會使磨損增加，柴油機的慣性力增加，使柴油機壽命縮短

3、，可靠性變差。對于船用主機還受到螺旋槳效率的限制，因而這種方法也是有限度的。目前新型船用低速柴油機大多降低轉(zhuǎn)速以獲得更高的經(jīng)濟性。 （3）提高平均有效壓力pe。提高平均有效壓力pe可以增加柴油機的功率。對pe影響最主要的因素是新氣的密度。提高進氣密度，就可以增加氣缸充氣量，使更多的燃油完全燃燒，從而大幅度提高柴油機的功率。而空氣密度的增加對以通過提高進氣壓力和降低進氣溫度來實現(xiàn)。 所謂增壓，就是用提高氣缸進氣壓力的方法，使進入氣缸的空氣密度增加，從而可以增加噴入氣缸的燃油量，以提高柴油機的平均指示壓力pi和柴油機的平均有效壓力pe。柴油機的增壓程度一般以增壓度來表示，增壓度

4、是柴油機增壓后標定功率與增壓前標定功率之差值與增壓前標定功率的比值。 由于空氣在增壓器中被壓縮時壓力和溫度是同時升高的，這就影響了空氣密度的增加和增壓的效果。因此，在增壓器后都設(shè)有中冷器以降低空氣溫度，提高空氣密度。通常中冷器都是以海水來冷卻的。中冷的另一個作用是降低柴油機的循環(huán)平均溫度。 二、柴油機增壓系統(tǒng) 1．機械增壓（圖10-1） 增壓器直接由柴油機驅(qū)動。顯然這種增壓形式將消耗柴油機的有效功率。隨著增壓壓力的提高，柴油機所消耗的功率隨之增大。因此機械增壓只適于增壓壓力小于（0.15～0.17）MPa的低增壓柴油機。 2．廢氣渦輪增壓（圖10-2） 利用柴油機排出的廢氣吹動渦輪

5、機，由渦輪機帶動增壓器。顯然，這種增壓形式可以從廢氣中回收部分能量，不僅提高了柴油機的功率，還提高了動力裝置的經(jīng)濟性，因而獲得廣泛應(yīng)用。 3．復(fù)合增壓 這種增壓形式既采用渦輪增壓，又采用機械增壓。根據(jù)兩種增壓器的不同布置方案，可分為串聯(lián)增壓和并聯(lián)增壓。 圖10-l 機械增壓系統(tǒng)圖 圖10-2 廢氣渦輪增壓系統(tǒng) 1）串聯(lián)增壓系統(tǒng)（圖10-3） 串聯(lián)增壓系統(tǒng)是采用廢氣渦輪增壓器和主機帶動的往復(fù)式掃氣泵串聯(lián)工作。在這種串聯(lián)增壓系統(tǒng)中，增壓空氣經(jīng)過兩級壓縮。渦輪增壓器為第

6、一級，壓氣機從大氣中吸入空氣進入中間冷卻器進行冷卻，然后進入與增壓器串聯(lián)的往復(fù)壓氣機中進行第二級壓縮，以達到規(guī)定的增壓壓力?？諝饨?jīng)第二級壓縮后，再送入第二級空氣冷卻器冷卻，最后送入柴油機掃氣箱。 采用串聯(lián)增壓系統(tǒng)使柴油機起動容易，低負荷性能好。當渦輪增壓器損壞時，依靠第二級往復(fù)式壓氣機仍可使柴油機達到70％～80％的標定轉(zhuǎn)速，因此不須另設(shè)應(yīng)急鼓風機。然而這種增壓系統(tǒng)使柴油機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量增加。

7、 圖10-3 串連增壓系統(tǒng) 圖10-4 串聯(lián)旁通增壓系統(tǒng) 2）串聯(lián)旁通增壓系統(tǒng)（圖10-4） 串聯(lián)旁通增壓系統(tǒng)的特點是部分串聯(lián)增壓，在掃氣前期為串聯(lián)增壓，在換氣后期串聯(lián)失效，由渦輪增壓器單獨供氣。這種增壓系統(tǒng)利用柴油機活塞的下部空間作為輔助壓氣機，并與渦輪增壓器串聯(lián)作為第二級增壓泵，渦輪增壓器為第一級增壓泵。其掃氣箱分成內(nèi)外兩部分。外側(cè)空間各缸共用，與渦輪增壓器相通；

8、內(nèi)側(cè)空間各缸分開，并與活塞下部空間相連通組成單缸掃氣室。兩者之間以單向閥連接。 串聯(lián)旁通增壓系統(tǒng)的主要優(yōu)點是利用掃氣室中空氣的壓力變化防止廢氣倒沖，掃氣效果好。對于彎流掃氣柴油機可以減小排氣口高度?；钊虏康脑鰤罕每梢愿纳撇裼蜋C的低負荷性能，而且結(jié)構(gòu)比串聯(lián)增壓系統(tǒng)簡單。在采用定壓增壓時，由于在起動和低負荷時廢氣渦輪增壓器供氣不足，采用電動鼓風機與之串聯(lián)工作。 瑞士Sulzer RND…M型、RL和 RTA型柴油機采用這種串聯(lián)旁通增壓系統(tǒng)。 （3）并聯(lián)增壓系統(tǒng)（圖10-5） 并聯(lián)增壓系統(tǒng)就是使渦輪增壓器與活塞下部空間并聯(lián)工作。在這種增壓系統(tǒng)中，廢氣渦輪增壓器和活塞

9、下部輔助增壓泵分別從機艙吸入空氣并在其中壓縮，然后經(jīng)空氣冷卻器冷卻再共同送入掃氣箱。一般渦輪增壓器所供應(yīng)的空氣約為增壓空氣量的75％～80％，其余空氣量由活塞下部輔助增壓泵供給。由于輔助增壓泵只供給一小部分空氣，則只需將柴油機的部分氣缸下部作為輔助增壓泵。 并聯(lián)增壓系統(tǒng)在低負荷時因渦輪增壓器供氣顯著下降，而輔助增壓泵的供氣量遠遠不足，故柴油機在低負荷時的工作性能差，增壓器在低負荷時易發(fā)生喘振。為了防止在低負荷時增壓器發(fā)生喘振和改善柴油機的性能，并聯(lián)增壓系統(tǒng)幾經(jīng)改進，取消了活塞下部輔助增壓泵，變成了單獨增壓系統(tǒng)，并附設(shè)電動鼓風機與增壓器串聯(lián)供氣。 MAN公司生產(chǎn)的KZ型、KSZ型柴油

10、機采用并聯(lián)增壓系統(tǒng)。 圖10-5 并聯(lián)增壓系統(tǒng) 圖10-6 廢氣渦輪中廢氣能量的利用圖 第二節(jié) 兩種廢氣渦輪增壓系統(tǒng) 一、廢氣能量分析（圖10-6） 柴油機排出的廢氣具有一定的溫度和壓力。它所含的熱量約占燃油燃燒放出熱量的30％～37％，因此研究廢氣的能量及其有效利用是增壓技術(shù)中的重要問題。 在理論上所能作的功為面積b-1-f-b，也就是排氣開始時廢氣中的可用能。 在換氣過程中獲得的能量為面積4-g-i-1-4。這部分能量對四沖程柴油機包括強制排氣過程中的活塞推出功1-2-3-4-1和燃燒室掃氣

11、階段進入排氣管的掃氣空氣所具有的能量2-i-g-3-2兩部分；而二沖程柴油機這部分能量為掃氣期間掃氣空氣所作的功。值得注意的是，二沖程柴油機在排氣開始后活塞繼續(xù)下行，獲得膨脹功為b-4-5-b所示的面積，使廢氣可用能減少；在換氣過程中沒有活塞推出功補充廢氣能量，并且廢氣中摻混有很多掃氣空氣，使渦輪前氣體溫度降低，因而廢氣中的能量較少。 根據(jù)在廢氣渦輪中能量的利用情況，通常把廢氣的能量分成兩部分：一部分是廢氣由壓力pb膨脹到pT膨脹能E1，稱之為脈沖能。它是一種脈動的速度能，在排氣管中以壓力波的形式出現(xiàn)，在圖中為面積b-4-e-b。另一部分是廢氣由壓力pT膨脹到po的膨脹能比，稱之為定

12、壓能（亦稱勢能），在圖中為面積g-e-f-i-g。廢氣能量E是脈沖動能E1和定壓能E2之和。能量E1和E2各在總能量中所占的百分數(shù)隨著增壓壓力pk的不同而不同。pk越低，則E1所占的比例越大；pk越高，則E2越大。 二、廢氣渦輪增壓的兩種基本形式 l．定壓渦輪增壓（圖10-7） 定壓渦輪增壓的特點是進入廢氣渦輪增壓器的廢氣壓力基本上是穩(wěn)定狀態(tài)。柴油機各缸的排氣管連接到一根共用的容積足夠大的排氣總管上，渦輪就裝在排氣總管后面。因為廢氣以基本不變的速度和壓力進入渦輪，所以這種增壓方式渦輪工作穩(wěn)定，效率高。 定壓增壓只利用了廢氣能量中的定壓能E2，而沒有利用廢氣中的脈沖動能E

13、1。脈沖動能E1在排氣流動中由于排氣口（閥）的嚴重節(jié)流和在排氣管中膨脹渦旋，大部分損失掉。只有小部分脈沖動能轉(zhuǎn)化為熱能，使排氣管中的廢氣溫度略有升高。因此廢氣渦輪增壓所能利用的廢氣能量就少些。尤其是當柴油機在低負荷時或起動時，因排氣管壓力低，廢氣的能量少，使渦輪發(fā)出的功率滿足不了壓氣機所需的功率，柴油機必需另設(shè)輔助風機來滿足低負荷時的掃氣需要。 圖10-7 定壓廢氣渦輪增壓系統(tǒng) 圖10-8 定壓渦輪增壓四沖程柴油機的理論示功圖 2．脈沖渦輪增壓（圖10-9、10） 脈沖渦輪增壓的特點是進入廢氣渦輪增壓器的廢氣壓力為脈動狀態(tài)。在結(jié)構(gòu)上把各缸排氣管經(jīng)過分組直接與一

14、個或幾個廢氣渦輪相連，排氣管短而細。 脈沖增壓除了可以利用脈沖能外，還能較好地利用廢氣的定壓能，故廢氣的能量利用增多。這有利于渦輪機和壓氣機之間的功率平衡。此外，掃氣階段正好是排氣管中的低壓階段，掃氣箱與排氣管間壓差較大，故有利于掃氣，即使柴油機低負荷時也是如此。但由于渦輪在不穩(wěn)定工況下工作，效率較低。 在多缸柴油機的脈沖增壓系統(tǒng)中，如果各缸的排氣均排入一根排氣管，那就會產(chǎn)生掃、排氣的相互干擾。即當某缸進行掃氣而相鄰缸正好在排氣時，排氣壓力波就會傳到掃氣缸的排氣口處，使該缸排氣背壓升高，從而嚴重影響該缸掃氣的正常進行。如果每缸各自向單獨的排氣管排氣，雖然消除了各缸間的排氣干擾，但會

15、使渦輪供氣間斷，效率降低。這一問題必須依靠對排氣管進行合理分組來解決。分組的原則是避免同組內(nèi)各缸的排、掃氣互相干擾。排氣管分組是脈沖增壓所必須采取的措施。 圖10-9 脈沖廢氣渦輪增壓系統(tǒng)圖 圖10-10 排氣脈沖波 所以脈沖增壓最適合于氣缸數(shù)是3的倍數(shù)的柴油機。例如某二沖程六缸柴油機的發(fā)火順序為1-6-2-4-3-5，各缸發(fā)火間隔角為60o，則可把1、2、3缸分為一組，4、5、6缸分為另一組。 一般來說，大型低速二沖程柴油機的脈沖增壓系統(tǒng)采用多臺增壓器。而四沖

16、程柴油機為使結(jié)構(gòu)布置緊湊，往往只采用一臺脈沖渦輪增壓器。為了防止排氣干擾，往往將廢氣渦輪的噴嘴環(huán)分隔開，采用多進口的布置方案。 3．兩種增壓方式比較 在不同的增壓壓力下應(yīng)當采用不同的增壓方式。在低、中增壓時，即當pk介于0.13～0.20 MPa之間時，采用脈沖增壓可以更多地利用廢氣能量。雖然在結(jié)構(gòu)、管理、渦輪效率等方面有缺點，但與其優(yōu)點相比還是屬于第二位的。所以，在這個增壓壓力范圍內(nèi)的柴油機絕大多數(shù)采用脈沖增壓。而隨著增壓壓力的提高，定壓能的比例也隨之增高，脈沖增壓在廢氣能量利用方面的優(yōu)勢不存在了，而在結(jié)構(gòu)、布置、渦輪效率等方面的問題上升為第一位的。因此，在高增壓時均采用定壓增壓。如Su

17、lzer公司 RND型以后的新機型、B＆W公司 KGF型以后的新機型，均采用定壓渦輪增壓。定壓增壓也是目前增壓系統(tǒng)的發(fā)展方向。 第三節(jié) 廢氣渦輪增壓器 廢氣渦輪增壓器結(jié)構(gòu)形式繁多。廢氣渦輪增壓器是由廢氣渦輪和壓氣機兩部分組成的。在廢氣渦輪增壓器中一般都采用離心式壓氣機，故可依據(jù)所采用的渦輪機類型把廢氣渦輪增壓器分為兩大類：軸流式渦輪增壓器和徑流式渦輪增壓器。目前，船用大、中型柴油機均采用軸流式渦輪增壓器，徑流式渦輪增壓器僅用于中小型柴油機。 以在船用柴油機中用得較多的瑞士ABB公司制造的VTR型增壓器為例介紹廢氣渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)。VTR型增壓器有0、1、4、4A

18、四種系列產(chǎn)品，可以滿足200kW～37000kW柴油機的匹配要求。 上圖為VTR··0與VTR…1系列增壓器剖視圖。它由右側(cè)的單級軸流式廢氣渦輪和左側(cè)的單級離心式壓氣機組成。廢氣渦輪的葉輪和壓氣機的葉輪裝在同一根軸上構(gòu)成廢氣渦輪增壓器的轉(zhuǎn)子，由兩端的軸承支承。 1．軸流式廢氣渦輪 廢氣渦輪由渦輪進氣箱50、噴嘴環(huán)30、工作葉輪21、隔熱墻70、燃氣箱60等組成。進、排氣箱內(nèi)腔用水冷卻。進氣箱與排氣箱之間用螺釘緊固。進氣箱右部布置著軸承箱。排氣箱下部裝有增壓器支架680。柴油機排出的廢氣由進氣箱50下部引入渦輪，由排氣箱上部排出。隔熱墻70用絕熱材料制成，避免廢氣對壓氣

19、機葉輪和空氣加熱。 柴油機排出的廢氣經(jīng)進氣箱50送至噴嘴環(huán)30。噴嘴環(huán)由噴嘴內(nèi)環(huán)、外環(huán)和噴嘴葉片組成。噴嘴葉片形成的通道從進口到出口呈收縮狀，其作用是將柴油機排出的廢氣的壓力能部分轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，并使氣流具有工作葉片所需要的方向。工作輪由輪盤和工作葉片組成，工作葉片軸向安裝在輪盤邊緣的槽口中。工作葉片葉根有機樹形和球形兩種。葉身為葉片的工作部分，其形狀由氣體流動情況決定。它沿著高度逐漸扭轉(zhuǎn)。這是因為廢氣通過噴嘴進入葉輪時，氣流的參數(shù)如壓力和速度（大小和方向）等均沿葉片的高度而變化。為了減少氣流流過葉片時的能量損失，要求葉片的形狀與氣流參數(shù)沿葉片的變化相適應(yīng)，以提高渦輪效率。高速流動的氣流進入工作

20、輪的葉片通道，其中一部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功，最后經(jīng)排氣箱排往大氣。 2．離心式壓氣機 增壓器的壓氣機主要由進氣消音器80、進氣箱72、壓氣機葉輪25、擴壓器28、排氣箱74等組成。空氣從消音器濾網(wǎng)處進入。消音器80中的空氣濾網(wǎng)、導流環(huán)對空氣起濾清、導流、吸音（導流環(huán)由吸音材料制成）作用。進氣箱由內(nèi)、外進氣殼共同組成進氣通道，對吸入的空氣起導流定向作用。進氣箱的左部分布置著軸承箱。工作葉輪是壓氣機的主要部件。它是由前彎的導風輪和半開式工作輪組成的。導風輪的扭曲方向和角度應(yīng)適應(yīng)氣流進入葉輪的相對流動方向，使氣流平順地從軸向轉(zhuǎn)到徑向，以減少進氣流動損失；在工作輪上沿徑向布置著直葉片，各葉片

21、間形成氣流通道。兩部分分別裝在轉(zhuǎn)軸上。有葉擴壓器28用焊釘固定在排氣箱74上，其葉片間的氣流通道呈擴張形。它將把壓縮空氣的動能變成壓力能，以提高空氣的排出壓力。葉片環(huán)一般比圓環(huán)形平板圈窄一些，無葉片的圓環(huán)段同樣起擴壓作用，通常稱之為無葉擴壓器。一個工作輪與相鄰的擴壓器組成一個級。壓氣機排氣箱74的主體是一個蝸殼狀的管道，其流通截面由小到大。它一方面收集從葉片擴壓器流出的空氣，一方面繼續(xù)起著擴壓作用?？諝鈴奈仛づ懦龊蠼?jīng)空氣冷卻器進入柴油機的掃氣箱。 3．軸承 壓氣機葉輪25和渦輪機葉輪21裝在同一根軸20的兩端，構(gòu)成增壓器的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子軸的兩端由軸承32和38支承。這種支承為外支承式，

22、它具有轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性好，軸承受高溫氣體影響較小，便于密封，有利于增加軸承壽命等優(yōu)點。但也存在著使渦輪增壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量、尺寸增大，清洗渦輪增壓器困難等問題。 在壓氣機端，由于葉輪出口的空氣漏至葉輪右側(cè)，其壓力大于葉輪左側(cè)的空氣壓力；在渦輪端，渦輪右側(cè)的壓力也大于渦輪左側(cè)，因此在轉(zhuǎn)子上作用著一個自右向左的軸向推力。必須在壓氣機端設(shè)一個支持止推軸承，承受轉(zhuǎn)子的徑向和軸向負荷，并起著轉(zhuǎn)子軸向定位的作用。渦輪端的軸承是一個支持軸承，只承受轉(zhuǎn)子的徑向負荷，并允許產(chǎn)生一定的軸向位移以保證轉(zhuǎn)子的熱膨脹。 軸承32和38是滾動軸承，它的摩擦損失小，加速性能好；在其它增壓器中，也有采用滑動軸承

23、的。采用滑動軸承的構(gòu)造簡單，造價低廉，使用壽命較長。軸承封閉在軸承箱中，一般采用三種潤滑方式：一是靠裝在轉(zhuǎn)軸上的甩油盤進行飛濺潤滑；二是由渦輪增壓器的專門油泵潤滑；三是由柴油機的潤滑系統(tǒng)供給滑油潤滑。圖中采用的是第二種方式。 4．氣封與油封 為了防止燃氣、空氣和滑油漏泄，在軸承箱的內(nèi)側(cè)裝有油封505、726，在葉輪兩側(cè)裝有氣封208、705、702、725。氣封208處由擴壓器28經(jīng)通道X引入增壓空氣提高氣封效果。在轉(zhuǎn)子右端的油氣封之間通過通道Z、左端油氣封之間通過鉆孔（圖中未畫出）與大氣相通。 第四節(jié) 增壓氣與柴油機的配合 一、廢氣渦輪增壓器的工作原理 1．單級軸流式渦輪機的基本

24、工作原理（圖10-22） 它的主要元件是固定的噴嘴環(huán)和旋的工作葉輪。一列噴嘴葉片和其后的一列工作葉片組成了渦輪機的一個級。圖中上部為噴嘴環(huán)和工作葉輪的局部剖視圖。中部的葉型斷面是用一個通過I-I的圓柱面切割渦輪，將所得切面展開在平面上，稱為平面葉柵。噴嘴環(huán)的各葉片間和葉輪各葉片之間構(gòu)成了廢氣流道。廢氣流經(jīng)噴嘴和葉輪時，其參數(shù)（壓力p、溫度T、流速c）沿流道的變化情況如圖中下部所示。 圖10-22 渦輪級中氣流參數(shù)變化和速度三角形 圖10-23 離心式壓氣機工作過程中參數(shù)變化情況 2．離心式壓氣機的基本工作原理（圖10-23） 廢氣渦輪增壓器的壓氣機一般都采用單

25、級離心式壓氣機。它由進氣道、工作輪、擴壓器和排氣渦殼組成。當壓氣機工作時，新鮮空氣經(jīng)進氣道軸向進入壓氣機葉輪。由于通道的導流作用，氣流能在最小的損失下均勻進入壓氣機葉輪。進氣道是漸縮流道，在進氣道中，壓力、溫度略有降低，流速提高。正是因為壓力降低，空氣才被吸入工作輪?？諝膺M入壓氣機葉輪后，隨葉輪高速回轉(zhuǎn)，因而產(chǎn)生離心力。這樣，空氣在葉輪葉片間隨葉輪作圓周運動的同時，在離心力的作用下向葉輪外緣流動并被壓縮。在葉輪中氣體的流速、壓力、溫度都升高了，其中流速提高了很多。這是由于葉輪對氣體作功，把葉輪的機械能變成了氣體的動能和壓力能。氣體被壓縮時也提高了溫度。在擴壓器中，由于流道逐漸擴大，使空氣的動能

26、轉(zhuǎn)換為壓力能，流速降低，壓力升高。排氣蝸殼中的通道也是漸擴的，因而空氣流過時繼續(xù)將動能轉(zhuǎn)換為壓力能。 二、離心式壓氣機的工作特性及喘振機理（圖10-24） 離心式壓氣機在各種不同工況工作時，它的各主要參數(shù)會隨之變化。在不同轉(zhuǎn)速下壓氣機的排出壓力和效率隨空氣流量的變化規(guī)律，稱為離心式壓氣機的特性。表示這種特性的曲線叫壓氣機的特性曲線。 圖10-24 壓氣機流量特性 由壓氣機的特性曲線可以看到，當轉(zhuǎn)速nk等于常數(shù)時，隨著流量Gk的減小，增壓比πk是開始是增加的。當Gk減小到某一值時，πk值達最大，然后隨Gk的減小開始下降。效率ηk隨流量Gk的變化規(guī)率與πk類似。當壓氣機的流量減小到一

27、定值后，氣體進入工作葉輪和擴壓器的方向偏離設(shè)計工況，造成氣流從葉片或擴壓器上強烈分離，同時產(chǎn)生強烈脈動，并有氣體倒流，引起壓氣機工作不穩(wěn)定，導致壓氣機振動，并發(fā)出異常的響聲。這種現(xiàn)象稱為壓氣機喘振。喘振是壓氣機的固有特性。壓氣機特性曲線上表示喘振狀態(tài)的臨界線稱為喘振線，其左方為喘振區(qū)，右方為穩(wěn)定工作區(qū)。壓氣機不允許在喘振區(qū)工作。 產(chǎn)生喘振的原因是當流量小于設(shè)計值很多時在葉輪進口和擴壓器葉片內(nèi)產(chǎn)生強烈的氣流分離。圖10-25和圖10-26為壓氣機流量變化時空氣在葉輪前緣和擴壓器中的流動情況。 在設(shè)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、擴壓器葉片既不發(fā)生撞擊

28、，也不產(chǎn)生分離。 當流量大于設(shè)計流量時，如兩圖b）中所示，氣流在葉輪葉片前緣沖向葉片的凸面，與葉片的四面發(fā)生分離；在擴壓器中氣流沖向葉片的四面，與葉片的凸面發(fā)生分離。但是，由于葉輪葉片的轉(zhuǎn)動壓向氣流分離區(qū)，擴壓器中氣流的圓周向流動壓向氣流分離區(qū)，氣流的分離區(qū)受到限制，不致隨流量的增加而過分地擴大。 當流量小于設(shè)計流量時，如兩圖c）中所示，氣流在葉輪葉片前緣沖向葉片的凹面，與葉片的凸面發(fā)生分離；在擴壓器中氣流沖向葉片的凸面，與葉片的四面發(fā)生分離。由于葉輪葉片在轉(zhuǎn)動中要離開氣流分離區(qū)，擴壓器中氣流的圓周向流動也使氣流離開氣流分離區(qū)，氣流分離區(qū)有擴展的趨勢。隨著流量的減少，氣流分離區(qū)會愈來愈大，

29、以致在葉輪和擴壓器中造成氣體倒流，發(fā)生不穩(wěn)定流動，最終導致喘振的產(chǎn)生。一般擴壓器葉片內(nèi)氣流分離的擴展是壓氣機喘振的主要原因，而葉輪進口處氣流分離的擴展會使喘振加劇。 圖10-25 在一定轉(zhuǎn)速、不回流量下葉片前緣的空氣流動情況 圖10-26 在一定轉(zhuǎn)速、不同流量下葉片擴壓器的空氣流動情況 當離心式壓氣機被作為增壓器與柴油機配合工作時，增壓器（或包括輔助掃氣泵）的供氣量和壓力要滿足柴油機的要求。柴油機與增壓器良好匹配的標志是：柴油機達到預(yù)定的增壓指標；增壓器在柴油機全部工作范圍內(nèi)都能穩(wěn)定地運轉(zhuǎn)，既不喘振也不超速，并且盡可能在高效區(qū)工作，

30、即增壓器工作特性曲線應(yīng)離喘振線遠一點，又要處在高效率區(qū)。 三、柴油機增壓系統(tǒng)中增壓器的喘振與消除 1．增壓系統(tǒng)中增壓器喘振的原因 增壓器產(chǎn)生喘振的原因從根本上講，是由于壓氣機的實際流量小于該轉(zhuǎn)速下引起喘振的限制流量，造成氣流與葉片的強烈撞擊與脫流。任何新造的增壓柴油機，只要渦輪增壓器與柴油機匹配良好，使用初期增壓器都不會發(fā)生喘振?？墒请S著運轉(zhuǎn)時間的增長，增壓系統(tǒng)中各部件就會污損或出現(xiàn)故障，柴油機本身某些部件也會產(chǎn)生故障，致使兩者的性能逐漸惡化，導致匹配不良，引起喘振。此外，運行中某些暫時的匹配不良也可能發(fā)生喘振。如： （1）氣流通道堵塞 （2）增壓器和柴油機的

31、運行失配 （3）脈沖增壓一缸熄火或各缸負荷嚴重不均 （4）環(huán)境溫度的變化 2．各種增壓系統(tǒng)中增壓器的運行特點 1）單獨增壓系統(tǒng)（圖10-28） 單獨增壓系統(tǒng)僅由增壓器向柴油機供氣，所以柴油機的進氣特性線也就是增壓器的工作特性線。由圖可見， 在單獨增壓系統(tǒng)中因流道阻塞，常常在低負荷時發(fā)生增壓器喘振。 管理中應(yīng)經(jīng)常注意氣口和空氣冷卻器的清潔，使流道保持暢通，在低負荷下發(fā)生喘振時可暫時用提高負荷的辦法消除。 圖10-28 單獨增壓系統(tǒng)工作線圖 10-29 串聯(lián)增壓系統(tǒng)工作線 10-30 并聯(lián)增壓系統(tǒng)工作線 2）串聯(lián)增壓

32、系統(tǒng)（圖10-29） 在串聯(lián)增壓系統(tǒng)中，柴油機的進氣特性與增壓器工作特性不重合。串聯(lián)增壓系統(tǒng)的工作特性線是一條上部離喘振線較近，下部離喘振線較遠的曲線，在高（超）負荷時容易發(fā)生喘振。因為在設(shè)計柴油機時選配的增壓器一般都避開了高轉(zhuǎn)速下的喘振問題，所以串聯(lián)增壓系統(tǒng)在柴油機全部轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)不會發(fā)生喘振。若由于增壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障而使增壓器的排量減少，特性線左移，在高轉(zhuǎn)速下就會出現(xiàn)喘振。這時可降低負荷，直至喘振消除為止。 3）并聯(lián)增壓系統(tǒng)（圖10-30） 在并聯(lián)增壓系統(tǒng)中，柴油機所需要的空氣量是增壓器和活塞下部增壓泵兩者供應(yīng)空氣量的總和。由圖可知，并聯(lián)增壓系統(tǒng)在柴油機低速運行時必然會發(fā)生增壓器喘振現(xiàn)象，必須采取相應(yīng)的措施。例如在掃氣箱設(shè)放氣閥；裝設(shè)串-并聯(lián)轉(zhuǎn)換裝置（低負荷時轉(zhuǎn)換成串聯(lián)增壓系統(tǒng)）；采用并聯(lián)噴射系統(tǒng)（低負荷時使用并聯(lián)噴管系統(tǒng)）增大增壓器流量等。 由于并聯(lián)增壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本身存在著低負荷性能差、易喘振的問題。MAN公司自KSZ－A型柴油機起，采用純廢氣渦輪增壓，并設(shè)一臺電動輔助鼓風機，保證柴油機在50％以下負荷工作時的供氣。 11