第四节废气涡轮增压器以及增压系统演示文稿
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第四节废气涡轮增压器以及增 压系统演示文稿
（优选）第四节废气涡轮增压 器以及增压系统
图4－17 VTR－4系列增压器剖视图 23-隔热墙；25－压气机叶轮；26－压气机导风轮；29－涡轮机叶轮；32、33－滚动轴承；41、45－油封；42、43、44－气 封；47、48－滑油泵；51－进气箱；52－喷嘴环；61－排气箱；74－进气蜗壳；79－扩压器；81－消音器；82－进气箱
2）串联旁通增压
（1）特点：涡轮增压器为第一级，活塞下部 空间为第二级，扫气箱外侧空间各缸共用， 内侧空间各缸分开。部分串联增压。扫气 前期活塞下行串联旁通增压，换气后期活 塞上行串联失效为单独增压。增压压力随 负荷增大而增高
4）滚动、滑动轴承
（1）滚动轴承摩擦损失小，用于中小型增压 器
（2）滑动轴承结构简单，寿命长，用于大型 增压器
注：四冲程机常用的ABB VTR型增压器使用 外置式滚动轴承
5）润滑方式
三种：甩油盘的飞溅润滑、专门油泵润滑、 柴油机润滑系统供油润滑。最好是重力－强 力混合润滑系统，因为透平油泵故障时重力 油柜能维持短时供油。专门油泵润滑油泵多 为齿轮泵，主机开航前备车冲车、试车后应 及时检查滑油泵供油情况
3、轴承
1）按位置分外支承式和内支承式两种。外支承 式：
（1）优点－转子稳定性好，轴承受高温气体影 响较小，便于密封，有利于增加轴承寿命
（2）缺点－结构复杂，重量、尺寸大，清洗困 难
2）压气机端轴承
止推轴承，承受转子径向与轴向负荷，并 给转子轴向定位
3）涡轮端轴承
支持轴承，只承受转子的径向负荷
3）反动式涡轮机回转力矩来自冲动力矩和反动力矩 （两力矩方向相同），都是在叶轮叶片上产生的； 废气对涡轮做功多少主要取决于废气流量和热状态
4）流动损失主要有：流动摩擦损失、叶轮摩擦鼓风损 失、漏气损失、Biblioteka Baidu片进口撞击损失
三、离心式压气机的工作特性及喘振机理 1离心式压气机的工作特性 1）定义：不同转速下的排气压力和效率随空
二、废气涡轮增压器的工作原理
1、离心式压气机
1）进气道流道渐缩，气体压力、温度降低， 流速提高
2）工作轮对气体作功，压力、温度、流速升 高
3）扩压器和排气涡壳流道渐扩，压力、温度 升高，流速降低
2、单级轴流式涡轮机
1）喷嘴环喷嘴流道渐缩，废气压力、温度降低而流速 升高
2）叶轮叶片前缘在径向沿转向向前扭曲，工作叶轮作 机械功，流道渐缩，废气压力、温度、绝对速度下 降
2）改善措施：复合增压
2复合增压类型
1）串联增压系统
（1）特点：涡轮增压器为第一级（增压约占增 压压力的70－95%），往复式压气机为第二级
（2）优点：柴油机起动性能好，低负荷性能好， 利于实现高增压。当增压器损坏时依靠往复 泵柴油机也能达70－80%标定转速，不需另设 鼓风机
缺点：结构复杂
（3）用于意大利FIAT机，一级用定压增压
3柴油机与增压器匹配
标志是：柴油机达到预定的增压指标；增 压器在柴油机全部工作范围内都能稳定地运 转；既不喘振也不超速，并且尽可能在高效 区工作，即增压器工作特性曲线应离喘振线 远一点，又要处在高效率区
四 柴油机废气涡轮增压系统
组成：柴油机、压气机、废气涡轮、空气冷却器 和辅助扫气泵
(一)单独增压系统 1方式：定压增压或脉冲增压 2脉冲单独增压 1）优点：低增压时起动性能较好 2）适用机型：船用四冲程机广泛用；二冲程直
流扫气机也用，但设一台应急鼓风机以备增压 器完全损坏时使用
3定压单独增压
1）起动和低负荷性能差，附设电动辅助风 机以改善
2）当代高增压机主要增压方式：定压单独 增压＋电动辅助风机
(二)复合增压系统
1二冲程机不易实现单独涡轮增压原因及改善措 施
1）原因： （1）热负荷比较大，要求过量空 气系数α大，必须增加压气机供气量及功率； （2）靠压差扫气，采用废气涡轮增压后排气 背压升高，要求扫气压力高，必须增加压气 机供气量及功率；（3）扫气时新气掺混废气， 废气能量降低，另气流路线长，更减少了废 气能量，使涡轮机功率降低；因而导致涡轮 发出功率与压气机所需功率不平衡
气流量的变化特性 2）压气机特性曲线：表示压气机特性的曲线
2喘振
1）压气机的固有特性
2）现象：压力忽高忽低，流量忽大忽小，伴有 喘息声或吼叫声
3）机理：当压气机的流量小于设计流量时，气 流在叶轮叶片前缘冲向叶片凹面，与叶片凸 面发生分离；在扩压器中气流冲向叶片凸面， 与叶片凹面发生分离。一般扩压器叶片内气 流分离的扩展是主要原因，而叶轮进口处气 流分离的扩展会使喘振加剧
（优选）第四节废气涡轮增压 器以及增压系统
图4－17 VTR－4系列增压器剖视图 23-隔热墙；25－压气机叶轮；26－压气机导风轮；29－涡轮机叶轮；32、33－滚动轴承；41、45－油封；42、43、44－气 封；47、48－滑油泵；51－进气箱；52－喷嘴环；61－排气箱；74－进气蜗壳；79－扩压器；81－消音器；82－进气箱
2）串联旁通增压
（1）特点：涡轮增压器为第一级，活塞下部 空间为第二级，扫气箱外侧空间各缸共用， 内侧空间各缸分开。部分串联增压。扫气 前期活塞下行串联旁通增压，换气后期活 塞上行串联失效为单独增压。增压压力随 负荷增大而增高
4）滚动、滑动轴承
（1）滚动轴承摩擦损失小，用于中小型增压 器
（2）滑动轴承结构简单，寿命长，用于大型 增压器
注：四冲程机常用的ABB VTR型增压器使用 外置式滚动轴承
5）润滑方式
三种：甩油盘的飞溅润滑、专门油泵润滑、 柴油机润滑系统供油润滑。最好是重力－强 力混合润滑系统，因为透平油泵故障时重力 油柜能维持短时供油。专门油泵润滑油泵多 为齿轮泵，主机开航前备车冲车、试车后应 及时检查滑油泵供油情况
3、轴承
1）按位置分外支承式和内支承式两种。外支承 式：
（1）优点－转子稳定性好，轴承受高温气体影 响较小，便于密封，有利于增加轴承寿命
（2）缺点－结构复杂，重量、尺寸大，清洗困 难
2）压气机端轴承
止推轴承，承受转子径向与轴向负荷，并 给转子轴向定位
3）涡轮端轴承
支持轴承，只承受转子的径向负荷
3）反动式涡轮机回转力矩来自冲动力矩和反动力矩 （两力矩方向相同），都是在叶轮叶片上产生的； 废气对涡轮做功多少主要取决于废气流量和热状态
4）流动损失主要有：流动摩擦损失、叶轮摩擦鼓风损 失、漏气损失、Biblioteka Baidu片进口撞击损失
三、离心式压气机的工作特性及喘振机理 1离心式压气机的工作特性 1）定义：不同转速下的排气压力和效率随空
二、废气涡轮增压器的工作原理
1、离心式压气机
1）进气道流道渐缩，气体压力、温度降低， 流速提高
2）工作轮对气体作功，压力、温度、流速升 高
3）扩压器和排气涡壳流道渐扩，压力、温度 升高，流速降低
2、单级轴流式涡轮机
1）喷嘴环喷嘴流道渐缩，废气压力、温度降低而流速 升高
2）叶轮叶片前缘在径向沿转向向前扭曲，工作叶轮作 机械功，流道渐缩，废气压力、温度、绝对速度下 降
2）改善措施：复合增压
2复合增压类型
1）串联增压系统
（1）特点：涡轮增压器为第一级（增压约占增 压压力的70－95%），往复式压气机为第二级
（2）优点：柴油机起动性能好，低负荷性能好， 利于实现高增压。当增压器损坏时依靠往复 泵柴油机也能达70－80%标定转速，不需另设 鼓风机
缺点：结构复杂
（3）用于意大利FIAT机，一级用定压增压
3柴油机与增压器匹配
标志是：柴油机达到预定的增压指标；增 压器在柴油机全部工作范围内都能稳定地运 转；既不喘振也不超速，并且尽可能在高效 区工作，即增压器工作特性曲线应离喘振线 远一点，又要处在高效率区
四 柴油机废气涡轮增压系统
组成：柴油机、压气机、废气涡轮、空气冷却器 和辅助扫气泵
(一)单独增压系统 1方式：定压增压或脉冲增压 2脉冲单独增压 1）优点：低增压时起动性能较好 2）适用机型：船用四冲程机广泛用；二冲程直
流扫气机也用，但设一台应急鼓风机以备增压 器完全损坏时使用
3定压单独增压
1）起动和低负荷性能差，附设电动辅助风 机以改善
2）当代高增压机主要增压方式：定压单独 增压＋电动辅助风机
(二)复合增压系统
1二冲程机不易实现单独涡轮增压原因及改善措 施
1）原因： （1）热负荷比较大，要求过量空 气系数α大，必须增加压气机供气量及功率； （2）靠压差扫气，采用废气涡轮增压后排气 背压升高，要求扫气压力高，必须增加压气 机供气量及功率；（3）扫气时新气掺混废气， 废气能量降低，另气流路线长，更减少了废 气能量，使涡轮机功率降低；因而导致涡轮 发出功率与压气机所需功率不平衡
气流量的变化特性 2）压气机特性曲线：表示压气机特性的曲线
2喘振
1）压气机的固有特性
2）现象：压力忽高忽低，流量忽大忽小，伴有 喘息声或吼叫声
3）机理：当压气机的流量小于设计流量时，气 流在叶轮叶片前缘冲向叶片凹面，与叶片凸 面发生分离；在扩压器中气流冲向叶片凸面， 与叶片凹面发生分离。一般扩压器叶片内气 流分离的扩展是主要原因，而叶轮进口处气 流分离的扩展会使喘振加剧