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有关柴油发电机组的增压系统

文章出处:本站 | 发表时间:2019-04-18

随着生产的需要和科技水平的不断提高,对柴油发电机组的要求也越来越高,既要求柴油机输出功率要大,经济性要好,而且重量要轻、体积要小。柴油机输出功率的大小,取决于进入汽缸的燃油和空气的数量及热能的有效利用率。由此可知:要提高柴油机的输出功率,最经济、最有效的办法是增加 进入汽缸的空气量。在柴油机汽缸容积保持不变的条件下,增加进入汽缸的空气密度是提高柴油机输出功率的主要手段。然而空气密度与压力成正比,与温度成反比,因此增加进气压力,降低进气温度都能提高进气密度,目前柴油机中采用增压器来提高压力,采用中冷器降低气体的温度。

所谓增压,即用增压器(压气机)将柴油机的进气在缸外压缩后再送入汽缸,以增加柴油机的进气量,从而提高平均有效压力和功率。

  1. 增压方法:

    按照驱动增压器所用能量来源的不同,增压方法基本可分为三类:机械增压系统、废气涡轮增压系统和复合增压系统。除了利用上述三种方法来提高汽缸的空气压力外,还有利用排气管内的气体动力效应来提高汽缸充气效率的惯性增压系统以及利用进排气的压力交换来提高汽缸空气压力的气波增压器。

  1. 机械增压系统:

    增压器(压气机)由柴油机直接驱动的增压方式称为机械增压系统。它由柴油机的同轴通过齿轮、皮带或链条等传动装置带动增压器旋转。

  2. 废气涡轮增压系统:

    废气涡轮增压是利用柴油机排出的废气能量来驱动增压器,将空气压缩后再送入汽缸的一种增压方法。柴油机采用废气涡轮增压后,可提高输出功率30%~100%以上,同时还可减少单位功率的重量,缩小外形尺寸,节省原材料,降低燃油消耗率,增大柴油机的扭矩,提高载荷能力以及减少排气对大气的污染等优点,因而得到广泛的应用。尤其在高原地区因气压低、空气稀薄,导致输出功率下降。一般当海拔高度每升高1000m,功率将下降8%~10%。若装设涡轮增压器后,可以恢复原输出功率,其经济效果尤为显著。

    废气涡轮增压器按进入涡轮的气流方向,可分为轴流式和径流式两种。

  1. 径流式涡轮增压器,主要由涡壳、喷嘴环、涡轮和转子轴组成。径流式涡轮增压器工作时,柴油机排出的废气进入增压器的涡轮壳后,沿着增压器的转子轴的轴线的垂直平面流动。中型柴油机大多采用径流式涡轮增压器。

  2. 轴流式涡轮增压器工八里,柴油机排出的废气进入增压器的涡轮壳之后,气流沿着增压器的转子轴的轴线方向流动,故称轴流式。大型柴油发动机大多采用这种形式的增压器。

    废气涡轮增压器按是否利用柴油发动机排气管内废气的脉冲能量,可分为恒压式和脉冲式两种增压器。

  1. 恒压式废气涡轮增压器是将多缸柴油机全部汽缸的排气歧管接到一根排气总管内,再与增压器涡轮壳相连接,而废气以某一平均压力顺着一个单一的涡轮壳进气道通向整个喷嘴环,这种增压器常用于大功率高增压柴油机中。

  2. 中型柴油机废气涡轮增压均采用脉冲式增压器,这种结构可以充分利用废气的脉冲能量,并能利用压力高峰后的瞬间真空扫气,防止某缸排气压力波高峰倒流到正在吸气的另一缸中,因此在同一根排气歧管的各汽缸发火间隔应大于180°曲轴转角。               

  1. 复合增压系统

    在一些柴油机上,除了应用废气涡轮增压器外,同时还应用机械增压器,这种增压系统称为复合增压系统。大型二冲程柴油机常采用复合式增压系统。该系统中的机械驱动增压器用于协助废气涡轮增压器工作,以使在低负荷、低转速时获得较高的进气压力,从而保证二冲程柴油机在启动、低速和低负荷时所必需的扫气压力。

    复合增压系统有两种形式:一种是串联增压系统,柴油机的废气涡轮带动离心式碰压气机,以提高空气压力,然后送入机械增压器中再增压,进一步提高空气压力后进入柴油机燃烧室中;另一种是并联增压系统,废气涡轮增压器和机械增压器分别将空气压力提高后进入柴油机燃烧室中。

  2. 其他增压方法

  1. 惯性增压系统:这种增压方方法常用于小型高速柴油机上,尤其适用于负荷及转速变化范围不大的柴油机上,一般可增加功率10%~20%,降低燃油消耗10%左右,并可降低排气温度和改善尾气排式是利用进气和排气管内的气体,由于进排气过程中会产生一定的动力效应,这种增压放。

  2. 气波增压器系统:气波增压器是将柴油发动机排出的高压废气直接与低压进气接触,在相互不混合的情况下,利用气波(压缩波和膨胀波)原理 ,高压废气的能量通过压力波传递给低压进气,使低压进气压缩、进气压力提高,实际上它是一个压力转换器。

    气波增压器的结构简单、制造方便、不需要耐热合金材料,具有良好的工作适应性、低速扭矩高、加速性能好、最高转速较高,而且还具有环境污染小等优点。适用于中小型柴油机,尤其是车用柴油机上。气波增压器的缺点是:其本身是一个噪声源,噪声较大;它需要曲轴来驱动,安装位置受限制;其重量和体积较大。

  1. 中冷器:

    目前中、高增压柴油发动机已普遍装置中冷器,中冷器实质上是一个热交换器,它安装在涡轮增压器和燃烧室之间。当柴油机增压器的增压比较高时,进气温度也较高,使进气密度有所下降。为此需要在发动机进气系统中安装中冷器。中冷器用于冷却增压空气,降低增压后的进气温度。增压空气在中冷器中的温降一般为25~60℃。一方面可以提高充气密度,另一方面还可降低进气终了的汽缸温度和整个循环的平均温度。  

    发电用增压柴油机一般采用水冷式中冷器。在安装涡轮增压器和中冷器后,柴油机的润滑油路和冷却水路也根据具体情况作相应的改变,以适应增压和中冷的需要。中冷器由一个壳和一个内芯组成,中冷器壳作为发动机进气歧管的一部分,内芯用管子制成,发动机冷却液在其中循环,空气在进入发动机燃烧室以前,流过芯子而受到冷却,这样由于应用了中冷器,更好地控制了发动机的进气温度(冷却),从而改善了发动机的燃烧状况。

  2. 废气涡轮增器的结构与工作原理:

    废气涡轮增压器由废气涡轮和压气机两部分组成。

  1. 废气涡轮

    废气涡轮通常由涡轮壳、喷嘴环和工作叶轮等组成。喷嘴环由喷嘴内环、外环和喷嘴叶片等组成。喷嘴叶片形成的通道从进口到出口成收缩状。工作叶轮由转盘和叶轮组成,在转盘外缘固定有工作叶片。一个喷嘴环与相邻的工作叶轮组成一个“级”,仅有一个级的涡轮称单级涡轮,绝大多数增压器采用单级涡轮。

  2. 压气机

    压气机主要由进气道、工作叶轮、扩压机和涡轮壳等组成。压气机与废气涡轮同轴,由废气涡轮带动,使工作涡轮高速旋转。工作涡轮是压气机的主要部件,通常它由前弯的导风轮和半开式工作轮组成,两部分分别装在转轴上。在工作轮上沿径向布置着直叶片,各叶片间形成扩张型的气流通道。由于工作轮的旋转使进气因离心力的作用而受到压缩,被抛向工作轮的外缘使空气的压力、温度和速度均升高。空气流经扩压器时,由于扩压作用将空气的动能转化成压力能,在排气涡轮壳中,空气的动能逐渐转化成压力能。就这样通过压气机使柴油机的进气密度得到了显著提高。


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