新聞主題	柴油發(fā)電機(jī)渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)分類和工作原理

 

增壓器（壓氣機(jī)）由柴油發(fā)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的增壓方式稱為機(jī)械增壓系統(tǒng)。它由柴油發(fā)電機(jī)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(zhuǎn)。增壓器通常采用離心式壓氣機(jī)或羅茨壓氣機(jī)?？諝饨?jīng)壓縮提高其壓力后，再送入汽缸。由于機(jī)械增壓系統(tǒng)壓氣機(jī)所消耗的功率是由曲軸提供的，當(dāng)增壓壓力較高時(shí)，所耗的驅(qū)動(dòng)功率也會(huì)很大，使整機(jī)的機(jī)械效率下降。因此，機(jī)械增壓系統(tǒng)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(jī)。廢氣渦輪增壓是利用柴油發(fā)電機(jī)排出的廢氣能量來(lái)驅(qū)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(jī)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(jié)省原材料，降低燃油消耗率，增大柴油發(fā)電機(jī)扭矩，提高載荷能力以及減少排氣對(duì)大氣的污染等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。尤其在高原地區(qū)，因氣壓低、空氣稀薄，導(dǎo)致輸出功率下降，一般當(dāng)海拔高度每升高1000m，功率將下降8％~10％。若裝設(shè)渦輪增壓器后，可以恢復(fù)原輸出功率，其經(jīng)濟(jì)效果尤為顯著。

 

增壓器組成結(jié)構(gòu)圖

 

 

一、增壓器的分類

 

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(jié)構(gòu)主要是由渦殼、噴嘴環(huán)、渦輪和轉(zhuǎn)子軸等組成。徑流式渦輪增壓器工作時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)排出的廢氣進(jìn)入增壓器的渦輪殼后，沿增壓器轉(zhuǎn)子軸的軸線垂直平面（即徑向）流動(dòng)。這是由于當(dāng)氣流通過(guò)噴嘴時(shí)，部分壓能和熱能轉(zhuǎn)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(duì)速度降低；葉片凸面上則相對(duì)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(zhuǎn)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(jī)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(jī)排出的廢氣進(jìn)入增壓器的渦輪殼之后，氣流沿著增壓器的轉(zhuǎn)子軸的軸線方向流動(dòng)，故稱軸流式。大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)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(jī)排氣后的剩余能量來(lái)工作，向發(fā)動(dòng)機(jī)提供更多的壓縮空氣，使之達(dá)到最佳運(yùn)轉(zhuǎn)性能。渦輪增壓器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管上，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸排除的廢氣推動(dòng)渦輪葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)。再帶動(dòng)壓氣機(jī)葉輪將經(jīng)空濾器濾清的空氣加壓后送入氣缸。因?yàn)檫M(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(jī)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(jī)在高原工作時(shí)獲得功率補(bǔ)償。

 

渦輪增壓技術(shù)就是采用專門的壓氣機(jī)將氣體在進(jìn)入氣缸前預(yù)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(nèi)噴入更多的燃油進(jìn)行燃燒，從而達(dá)到提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率的目的，渦輪增壓的工作原理渦輪增壓技術(shù)就是采用專門的壓氣機(jī)將氣體在進(jìn)入氣缸前預(yù)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(nèi)噴入更多的燃油進(jìn)行燃燒，從而達(dá)到提高發(fā)動(dòng)機(jī)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(qiáng)制引導(dǎo)系統(tǒng)。 它對(duì)流入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣進(jìn)行壓縮（有關(guān)普通發(fā)動(dòng)機(jī)中氣流的介紹，請(qǐng)參考柴油發(fā)電機(jī)工作原理）。 壓縮空氣可以使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠?qū)⒏嗟目諝鈮旱綒飧桌?，而更多空氣就意味著能向氣缸?nèi)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(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力要比相同普通發(fā)動(dòng)機(jī)大得多。 這樣就可顯著提高發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)排出的廢氣帶動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，而渦輪則帶動(dòng)氣泵旋轉(zhuǎn)。 渦輪在渦輪機(jī)中的最高轉(zhuǎn)速為每分鐘150,000轉(zhuǎn)——這相當(dāng)于大多數(shù)柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)排氣管接到增壓器的渦輪殼上，柴油發(fā)電機(jī)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(zhuǎn)。廢氣的壓力、溫度和速度越高，渦輪的轉(zhuǎn)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(jī)所能燃燒的燃料和空氣是提升發(fā)動(dòng)機(jī)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(shù)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(gòu)買后自行改裝時(shí)更是如此。

 

渦輪增壓器使發(fā)動(dòng)機(jī)能將更多的燃料和空氣注入氣缸，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)中注入的空氣會(huì)增加50%。 從而發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部動(dòng)力可增加50%。 但上述過(guò)程并不能完全實(shí)現(xiàn)，實(shí)際動(dòng)力可能增加30-40%。在使用渦輪增加發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力過(guò)程中，有一個(gè)原因會(huì)導(dǎo)致渦輪效率低下，那就是需要?jiǎng)恿?dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)。 將渦輪裝在排氣管內(nèi)會(huì)增加排氣管內(nèi)的空氣阻力。 這意味著，發(fā)動(dòng)機(jī)在排氣沖程時(shí)，不得不克服更高的負(fù)壓。 這會(huì)稍微減少發(fā)動(dòng)機(jī)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(qū)很有用。 在高海拔地區(qū)，通常普通發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力會(huì)減小，因?yàn)樵诨钊拿總€(gè)沖程中，發(fā)動(dòng)機(jī)都只能獲得少量的空氣。 渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)可能同樣會(huì)減小動(dòng)力，但減小量會(huì)少很多，因?yàn)橄”〉目諝鈺?huì)更容易被渦輪增壓器抽入發(fā)動(dòng)機(jī)。

 

老式發(fā)電機(jī)組為了適應(yīng)氣缸內(nèi)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(xiàn)代發(fā)電機(jī)組一定程度上也會(huì)在作相同的調(diào)整。 燃料噴射系統(tǒng)通過(guò)裝在排氣管內(nèi)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(tǒng)會(huì)自動(dòng)增加燃料。在采用燃料直噴技術(shù)的發(fā)電機(jī)組中，如果渦輪增壓器過(guò)多地增加空氣壓縮率，系統(tǒng)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(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行其他改進(jìn)。 

 

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