新聞主題	柴油發(fā)電機采用增壓中冷技術的目的和原因

 

在柴油發(fā)電機中，增加平均有效壓力是提高和強化柴油發(fā)電機功率的最有效措施之一。而增加平均有效壓力通過增壓來提高進氣壓力，增加燃燒的過量空氣因數，同時增加柴油機的空氣進氣量，可有效降低大負載工況下的排氣煙度、PM排放量以及燃油消耗。

 

一、增壓器技術

 

增壓方式取決于增壓能量，增壓方式有機械增壓、廢氣渦輪增壓、復合增壓、氣波增壓，目前應用最廣泛的是廢氣渦輪增壓。廢氣渦輪增壓因排氣能量利用方式不同分為定壓渦輪增壓系統(tǒng)和脈沖渦輪增壓系統(tǒng)，低增壓的中小型柴油發(fā)電機，高增壓的柴油機采用脈沖渦輪增壓系統(tǒng)，大型柴油機一般為定壓渦輪增壓系統(tǒng)。

渦輪增壓系統(tǒng)分單級和多級，單級的壓比從1.1～3.5，而二級的壓比可達6.0以上。二級增壓在增壓器低轉速的情況下獲得較高的壓比，而且不依賴于氣體流量的大小，因此在提高進氣壓力的同時，擴展了增壓器的工作范圍，使得增壓器適應柴油發(fā)電機不同工況的需求，特別是改善了啟動性能。

1、廢氣渦輪增壓器的工作原理

（1）單級軸流式渦輪機的基本工作原理

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成了廢氣流道。廢氣流經噴嘴和葉輪時，其參數（壓力p、溫度T、流速c）沿流道的變化情況如圖中下部所示。

（2）離心式壓氣機的基本工作原理

廢氣渦輪增壓器的壓氣機一般都采用單級離心式壓氣機。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。空氣進入壓氣機葉輪后，隨葉輪高速回轉，因而產生離心力。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，使空氣的動能轉換為壓力能，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)將動能轉換為壓力能。

2、廢氣渦輪增壓的特點

提高功率20％～50％；提高經濟性能、機械效率和熱效率（油耗降低5％～10％）；降低排氣噪聲和煙度；加速性能差；熱負載（活塞溫度、渦輪前廢氣溫度高）問題嚴重；機械負載（最高燃燒壓力）大；對氣溫與氣壓敏感；易發(fā)生增壓器低壓級漏油高壓級漏氣現象。

圖1 康明斯柴油發(fā)電機中冷器芯示意圖

 

 

二、中冷器技術

 

    中冷器是增壓系統(tǒng)的一部分。當空氣被高比例壓縮后會產生很高的熱量，從而使空氣膨脹密度降低，而同時也會使柴油發(fā)電機溫度過高造成損壞。為了得到更高的容積效率，需要在注入氣缸之前對高溫空氣進行冷卻。這就需要加裝一個散熱器，中冷器使柴油發(fā)電機的進氣溫度降低。柴油發(fā)電機排出的廢氣有非常高的溫度，增壓器的熱傳導使進氣的溫度提高。且被壓縮的空氣密度會升高，導致空氣溫度升高，柴油發(fā)電機的充氣效率受到影響，若想要充氣效率進一步提高，就要使進氣溫度降低。數據表明，在空燃比相同條件下，增壓空氣每下降10℃溫度，柴油發(fā)電機就能提高3％～5％功率。通常中冷器可以將氣體溫度從150℃降到0℃左右；如果燃燒室進入未經冷卻的增壓空氣，除了柴油發(fā)電機的充氣效率會影響外，柴油發(fā)電機容易導致燃燒溫度過高，造成爆震等故障，而且柴油發(fā)電機廢氣中的NO，的含量會增加，造成空氣污染。

    為了消除增壓后的空氣升溫造成的不利影響，需要加裝中冷器使進氣溫度降低。中冷器由鋁合金材質制作。按照冷卻介質區(qū)分，常見的中冷器有兩種：風冷式和水冷式。

1、風冷式

    風冷式利用外界空氣對通過中冷器的空氣進行冷卻。優(yōu)點是整個冷卻系統(tǒng)的組成部件少，結構比水冷式中冷器相對簡單。缺點是冷卻效率比水冷式中冷器低，一般需要較長的連接管路，空氣通過阻力較大。風冷式中冷器因其結構簡單和制造成本低而得到廣泛應用，大部分渦輪增壓柴油發(fā)電機使用的都是風冷式中冷器。

圖2 康明斯柴油發(fā)電機增壓器示意圖

 

 2、水冷式

    水冷式利用循環(huán)冷卻水對通過中冷器的空氣進行冷卻。優(yōu)點是冷卻效率較高，而且安裝位置比較靈活，無需使用很長的連接管路，使得整個進氣管路更加順暢。缺點是需要一個與柴油發(fā)電機冷卻系統(tǒng)相對獨立的循環(huán)水系統(tǒng)與之配合，因此整個系統(tǒng)的組成部件較多，制造成本較高，面且結構復雜。水冷式中冷器的應用比較少，一般在柴油發(fā)電機中置或后置的車輛上，以及大排量柴油發(fā)電機上使用。凡事有利就有弊，渦輪增壓也不例外。柴油發(fā)電機在采用廢氣渦輪增壓技術后，工作中產生的最高爆發(fā)壓力和平均溫度將大幅度提高，從而使柴油發(fā)電機的機械性能、潤滑性能都會受到影響。為了保證增壓柴油發(fā)電機在較高的機械負載和熱負載條件下，能可靠耐久地工作，必須在柴油發(fā)電機主要熱力參數的選取、結構設計、材料、工藝等方面作必要的改變，而不是簡單地在柴油發(fā)電機上裝一個增壓器就行了。由于這個改變過程在實行中難度頗大，而且還要考慮增壓器與柴油發(fā)電機的匹配問題，因此在一定程度上也限制了廢氣渦輪增壓技術在柴油發(fā)電機上的應用。

    采用有效的空一空中冷系統(tǒng)使工作循環(huán)溫度下降，增壓空氣溫度到50℃以下，有助于NO，的低排放和PM的下降，目前大中功率柴油機普遍采用增壓中冷型，不僅燃油經濟性良好且有助于低排放。此外，渦輪前排氣旁通閥的應用，可以改善渦輪增壓柴油機的瞬態(tài)性能和低速扭矩，降低PM-和CO排放。

 

 

 

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