新聞主題	柴油發(fā)電機渦輪增壓器的結構分類(lèi)和工作原理

 

增壓器（壓氣機）由柴油發(fā)電機直接驅動(dòng)的增壓方式稱(chēng)為機械增壓系統。它由柴油發(fā)電機的曲軸通過(guò)齒輪、皮帶或鏈條等傳動(dòng)裝置帶動(dòng)增壓器旋轉。增壓器通常采用離心式壓氣機或羅茨壓氣機?？諝饨?jīng)壓縮提高其壓力后，再送入汽缸。由于機械增壓系統壓氣機所消耗的功率是由曲軸提供的，當增壓壓力較高時(shí)，所耗的驅動(dòng)功率也會(huì )很大，使整機的機械效率下降。因此，機械增壓系統通常只適用于增壓壓力不超過(guò)160~170kPa的低增壓小功率柴油發(fā)電機。廢氣渦輪增壓是利用柴油發(fā)電機排出的廢氣能量來(lái)驅動(dòng)增壓器，將空氣壓縮后再送入汽缸的一種增壓方法。柴油發(fā)電機采用廢氣渦輪增壓后，可提高輸出功率30％~100％以上，同時(shí)還可減少單位功率的質(zhì)量，縮小外形尺寸，節省原材料，降低燃油消耗率，增大柴油發(fā)電機扭矩，提高載荷能力以及減少排氣對大氣的污染等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應用。尤其在高原地區，因氣壓低、空氣稀薄，導致輸出功率下降，一般當海拔高度每升高1000m，功率將下降8％~10％。若裝設渦輪增壓器后，可以恢復原輸出功率，其經(jīng)濟效果尤為顯著(zhù)。

 

增壓器組成結構圖

 

 

一、增壓器的分類(lèi)

 

廢氣渦輪增壓器按進(jìn)入渦輪的氣流方向，可分為軸流式和徑流式兩種。

 

1、徑流式渦輪增壓器

 

徑流式渦輪增壓器的結構主要是由渦殼、噴嘴環(huán)、渦輪和轉子軸等組成。徑流式渦輪增壓器工作時(shí)，柴油發(fā)電機排出的廢氣進(jìn)入增壓器的渦輪殼后，沿增壓器轉子軸的軸線(xiàn)垂直平面（即徑向）流動(dòng)。這是由于當氣流通過(guò)噴嘴時(shí)，部分壓能和熱能轉換為動(dòng)能，由此獲得高速氣流。由噴嘴環(huán)出來(lái)的高速氣流按一定方向流入葉輪，在葉輪中被迫沿著(zhù)彎曲通道改變流動(dòng)方向，在離心力的作用下，氣流質(zhì)點(diǎn)投向葉片凹面，壓力增加而相對速度降低；葉片凸面上則相對速度提高而壓力降低，因此，作用在葉片凹凸而上的氣流合力（即壓力差）在渦輪軸上形成推動(dòng)葉片旋轉的力矩，因而從葉輪流出的廢氣經(jīng)由渦輪中心沿軸排出。中型柴油發(fā)電機大多采用徑流式渦輪增壓器。

 

2、軸流式渦輪增壓器

 

軸流式渦輪增壓器工作時(shí)，柴油發(fā)電機排出的廢氣進(jìn)入增壓器的渦輪殼之后，氣流沿著(zhù)增壓器的轉子軸的軸線(xiàn)方向流動(dòng)，故稱(chēng)軸流式。大型柴油發(fā)動(dòng)機大多采用這種形式的增壓器。

 

渦輪增壓器是用來(lái)提高發(fā)動(dòng)機功率和減少排放的重要部件，其本身不是一種動(dòng)力源，它利用發(fā)動(dòng)機排氣后的剩余能量來(lái)工作，向發(fā)動(dòng)機提供更多的壓縮空氣，使之達到最佳運轉性能。渦輪增壓器安裝在發(fā)動(dòng)機的排氣管上，發(fā)動(dòng)機氣缸排除的廢氣推動(dòng)渦輪葉輪轉動(dòng)。再帶動(dòng)壓氣機葉輪將經(jīng)空濾器濾清的空氣加壓后送入氣缸。因為進(jìn)入氣缸的空氣增多，所以允許噴入更多的燃油或使燃油燃燒更充分，從而使發(fā)動(dòng)機產(chǎn)生更大的功率和降低排放、減少污染。另外，渦輪增壓器還可以使發(fā)動(dòng)機在高原工作時(shí)獲得功率補償。

 

渦輪增壓技術(shù)就是采用專(zhuān)門(mén)的壓氣機將氣體在進(jìn)入氣缸前預先進(jìn)行壓縮，提高進(jìn)入氣缸的氣體密度，減小氣體的體積，這樣，在單位體積里，氣體的質(zhì)量就大大增加了，這樣就可以再有限的汽缸容積內噴入更多的燃油進(jìn)行燃燒，從而達到提高發(fā)動(dòng)機功率的目的，渦輪增壓的工作原理渦輪增壓技術(shù)就是采用專(zhuān)門(mén)的壓氣機將氣體在進(jìn)入氣缸前預先進(jìn)行壓縮，提高進(jìn)入氣缸的氣體密度，減小氣體的體積，這樣，在單位體積里，氣體的質(zhì)量就大大增加了，這樣就可以再有限的汽缸容積內噴入更多的燃油進(jìn)行燃燒，從而達到提高發(fā)動(dòng)機功率的目的的，渦輪增壓的工作原理。

 

二、渦輪增壓器工作原理

 

渦輪增壓器是一種強制引導系統。 它對流入發(fā)動(dòng)機的空氣進(jìn)行壓縮（有關(guān)普通發(fā)動(dòng)機中氣流的介紹，請參考柴油發(fā)電機工作原理）。 壓縮空氣可以使發(fā)動(dòng)機能夠將更多的空氣壓到氣缸里，而更多空氣就意味著(zhù)能向氣缸內注入更多的燃料。 因此，每個(gè)氣缸的燃燒沖程就能產(chǎn)生更多動(dòng)力。 渦輪增壓發(fā)動(dòng)機產(chǎn)生的動(dòng)力要比相同普通發(fā)動(dòng)機大得多。 這樣就可顯著(zhù)提高發(fā)動(dòng)機的動(dòng)力重量比。為了獲得這種性能上的提升，渦輪增壓器使用發(fā)動(dòng)機排出的廢氣帶動(dòng)渦輪旋轉，而渦輪則帶動(dòng)氣泵旋轉。 渦輪在渦輪機中的最高轉速為每分鐘150,000轉——這相當于大多數柴油發(fā)電機轉速的30倍。 同時(shí)由于與排氣管相連，渦輪的溫度通常非常高。

 

將柴油發(fā)電機排氣管接到增壓器的渦輪殼上，柴油發(fā)電機排出的具有500~650℃高溫和一定壓力的廢氣經(jīng)渦輪殼進(jìn)入噴嘴環(huán)，噴嘴環(huán)的通道面積由大逐漸變小，因而可以做到雖然廢氣的壓力和溫度在下降，但其流速在不斷提高，高速的廢氣流，按一定的方向沖擊渦輪，使渦輪高速旋轉。廢氣的壓力、溫度和速度越高，渦輪的轉速就越快。通過(guò)渦輪的廢氣最后排入大氣。增加發(fā)動(dòng)機所能燃燒的燃料和空氣是提升發(fā)動(dòng)機動(dòng)力最可靠的方法之一。 增加燃料和空氣的方法之一是增加氣缸數或增大氣缸容積。 有時(shí)這些方法并不可行。這時(shí)使用渦輪將是增加動(dòng)力更簡(jiǎn)便、有效的方法，尤其在購買(mǎi)后自行改裝時(shí)更是如此。

 

渦輪增壓器使發(fā)動(dòng)機能將更多的燃料和空氣注入氣缸，從而使發(fā)動(dòng)機能夠燃燒更多的燃料和空氣。 渦輪增壓器通常能夠產(chǎn)生41-55千帕的氣壓。 由于在海平面大氣壓力為1012.8千帕，因此發(fā)動(dòng)機中注入的空氣會(huì )增加50%。 從而發(fā)動(dòng)機內部動(dòng)力可增加50%。 但上述過(guò)程并不能完全實(shí)現，實(shí)際動(dòng)力可能增加30-40%。在使用渦輪增加發(fā)動(dòng)機動(dòng)力過(guò)程中，有一個(gè)原因會(huì )導致渦輪效率低下，那就是需要動(dòng)力動(dòng)渦輪旋轉。 將渦輪裝在排氣管內會(huì )增加排氣管內的空氣阻力。 這意味著(zhù)，發(fā)動(dòng)機在排氣沖程時(shí)，不得不克服更高的負壓。 這會(huì )稍微減少發(fā)動(dòng)機在燃燒時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)力。

 

增壓器作業(yè)原理圖

 

渦輪增壓器適用于高海拔

 

渦輪增壓器在空氣較為稀薄的高海拔地區很有用。 在高海拔地區，通常普通發(fā)動(dòng)機的動(dòng)力會(huì )減小，因為在活塞的每個(gè)沖程中，發(fā)動(dòng)機都只能獲得少量的空氣。 渦輪增壓發(fā)動(dòng)機可能同樣會(huì )減小動(dòng)力，但減小量會(huì )少很多，因為稀薄的空氣會(huì )更容易被渦輪增壓器抽入發(fā)動(dòng)機。

 

老式發(fā)電機組為了適應氣缸內增加的空氣，會(huì )自動(dòng)增加燃料。 使用燃料直噴技術(shù)的現代發(fā)電機組一定程度上也會(huì )在作相同的調整。 燃料噴射系統通過(guò)裝在排氣管內的氧氣含量傳感器來(lái)判斷空燃比是否正確，因此加裝渦輪后，系統會(huì )自動(dòng)增加燃料。在采用燃料直噴技術(shù)的發(fā)電機組中，如果渦輪增壓器過(guò)多地增加空氣壓縮率，系統可能無(wú)法提供足夠的燃料（要么是控制器的軟件程序不允許，要么是燃料泵和噴射器無(wú)法提供如此多的燃料）。 在這種情況下，為了最大程度地利用渦輪增壓器，必須對發(fā)電機組進(jìn)行其他改進(jìn)。 

 

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