废气涡轮增压器工作原理和结构特点

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离心式压气机 P140 P482
VTR-4型增压器采用外置式轴承，转子轴颈 可以做得较细，为柔性转子，使其临界转速远 低于运转转速，运转稳定性好。
轴承处轴颈直径小，轴承线速度较小，寿 命较长 而且摩擦损失较小。
但轴向尺寸较大，拆洗压气机、涡轮工作 量较大。
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废气涡轮增压器总体结构 P139 P486
VTR-4型增压器的结构 1-消音滤清器； 2-压气机进气壳； 3-压气机叶轮； 4-压气机扩压器； 5-压气机出气壳； 6-隔热墙； 7-涡轮排气壳； 8-转子轴； 9-气封； 10-油封； 11-涡轮进气壳； 12-喷咀环； 13-涡轮叶轮； 14-涡轮排气壳； 15-滚动轴承； 16-滚柱轴承（外置式）；
排气管中维持着恒定的压力，涡轮工作稳定，涡轮效率高；
排气管的布置简单，都连接于一根粗大的排气总管，排气 总管再与废气涡轮连接；
使用管理要求较低；
由于排气管容积大，低负荷时排气管中压力低，能量少， 涡轮发出的功率不能满足压气机的要求，必须另设辅助风机来 满足低负荷时的要求。加速时，排气管中废气压力建立比较慢， 增压器跟不上柴油机的加速，；
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轴流式废气涡轮 P139 P482
废气涡轮主要由进气壳、喷咀环、叶轮、隔热墙和排气壳组成。 废气通过进气壳到达喷咀环，所以进气壳流道符合气体动力特性，通流 截面积逐渐变小。进气壳用螺栓装在排气壳上。 排气壳是一个简单圆柱面形壳体，上部的废气出口处做成箱形便于与烟 囱相连，下部装有支座。 由于废气温度仍较高，为了防火和防止烫伤，防止壳体变形，将增压器 进气壳和排气壳均做成夹层结构，让夹层中通过冷却水进行冷却。 冷却水从最低处进入，从最高处流出。由于冷却，废气一部分热量被冷 却水带走，减少了废气可用能。 近来非水冷增压器得到发展。ABB公司从VTR-4系列开始发展了非水冷式。 VTR-4型的非水冷增压器，其进气壳流道、排气壳四周均包以绝热层， 不与冷却水接触。隔热墙6装在涡轮排气壳上，它把废气涡轮和压气机隔开， 隔热墙内腔填充了绝热材料，防止废气加热压气机。
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轴流式废气涡轮 P139 P482
涡轮动叶
涡轮动叶在增压器中的工作条件是最恶劣 的。这是由于增压器转速很高，动叶在旋 转时产生很大的离心力；而且到达动叶的 排气温度仍相当高，使其工作温度相当高；
叶根呈枞树形，沿轴向嵌进叶轮轮盘边缘 的枞树形槽口中。
叶身为工作部分，为满足气动性能的要求， 它的凹面、凸面均为复杂的扭曲曲面。
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两种基本增压方式比较 P134 P249
在脉冲涡轮增压系统中： 不但利用废气定压能，还能有效利用废气的脉冲能；
排气管中的压力和速度变化较大，涡轮工作不稳定，涡轮 效率较低；
对排气系统、构造和加工方面都有严格的要求，柴油机各 缸的排气支管要做得短而细，以二、三缸（最多允许缸数）为 一组，共用一根排气支管；
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废气涡轮增压的两种基本方式 P135 P479
发火顺序： 1-5-3-6-2-4 1-5-4-6-2-3 1-4-2-6-3-5 1-6-2-4-3-5
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两种基本增压方式比较 P134 P249
在等压涡轮增压系统中： 只利用废气定压能；
P477
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废气涡轮增压的两种基本方式 P133
P478
2、脉冲增压 采用脉冲增压的目的就是要尽可能多地利用脉冲能。
结构特点： 将涡轮增压器尽量靠近气缸，并把柴油机各缸的排气支管
做得短而细，使排气管容积尽可能小些。 通常是以二、三缸（最多允许缸数）为一组，共用一根排
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废气涡轮增压的两种基本方式 P133
1、等压增压 结构特点：
柴油机所有气缸的 排气管都连接于一根粗 大的排气总管，排气总 管再与废气涡轮连接， 如图4-16所示。
这样，排气总管实 际上还起了稳压箱的作 用，尽管各气缸轮流排 气，但进入涡轮时气体 压力的波动不大。
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离心式压气机 P140 P482
增压器轴承 由于采用了滚动轴承，两端轴承的润滑就可采用简单、易管理的自
供油方式。 润滑油被转子两端直接传动的齿轮泵从油池中吸上来，由油泵出口
喷入与转子一起高速旋转的离心式去污分离器，润滑油在去污分离器内 作短暂停留，杂质在离心力作用下从油中分离出来，沉积在去污分离器 的内腔圆周上，干净的润滑油通过去污分离器上轴向的喷油孔喷入轴承。
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Introduction to s涡轮 P139 P482
喷咀环：
将压力能转化为速度 能。
涡轮喷咀环的喷咀叶 片先按设计的角度和位 置排列好，然后浇铸而 成，喷咀环叶片均由 耐 热合金钢制成。
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叶片扩压器 从压气机叶轮流出的气
流速度相当高，超音速流动。 为了把气流的动能迅速有效 地转变成压力能，在叶轮外 周设置了叶片扩压器，见图。
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离心式压气机 P140 P482
消音滤清器起着过滤、消音的作用。 为了消音，其内壁敷设消音材料。其表面金属滤网由 2～4段组成，拆洗方便。 进气壳除了构成进气道外，还是压气机端轴承的支承。 压气机出气壳组成蜗壳状出气通道，通流截面由小到大， 它一面收集从叶片扩压器流出的空气，一面继续起着扩压作 用。 最后增压空气从出气口排出。
气支管，再让几根排气支管分别通往废气涡轮的几个进口。如 图4-17所示。
废气进入涡轮壳内相互隔开的几个腔，再分别流向喷咀环 对应的部分。
这种系统工作时，排气管中形成脉冲压力波，进入涡轮的 废气压力和速度都是变化的，所以称为脉冲涡轮增压。
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由于滚动轴承的摩擦损失小，而其摩擦损 失不随转速变化，因此低转速时机械效率仍较 高，有助于柴油机起动，可明显改善船舶操纵 性能。
而且滚动轴承可采用易管理的自供油润滑 方式。
滚动轴承使用寿命有限制，但更换不难。 在增压器中得到广泛的应用。
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使用管理要求较高，对排气定时和气口的清洁要求较高；
柴油机加速性及低负荷性能不受影响；
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废气涡轮增压器的结构 P482
废气涡轮增压器结构型式很多，但它们之间存在一些共同点，下面以典 型的ABB公司VTR-4型废气涡轮增压器为例来介绍结构。
在滚动轴承的外周必须设有减振器。 在两端轴承外轴承衬的外面，均重叠安装多层薄弹簧片，供给轴承 的润滑油一部分便渗进这些弹簧片之间。介于片与片之间的油膜，能有 效地控制转子的振幅，起到减振作用。 压气机端的轴承因还承受着轴向力，起着转子的轴向定位作用，所 以其轴承的轴向也安装了减振片组。
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叶片用高强度镍基耐热合金钢锻造，并经 仿形加工而成。
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离心式压气机 P140 P482
压气机是由消音滤清器、空气进气壳、叶轮、扩压器 以及出气壳等组成。
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离心式压气机 P140 P482
气封与油封装置
离心式压气机 P140 P482
压气机叶轮
压气机叶轮为半开式，如图所 示。
它装在增压器转轴上，与轴紧 配合联接，用键传递扭矩。
叶轮叶片的进口部分向转动方向 弯曲，出口部分则向后弯曲。
压气机叶轮用 高强度锻造铝合金 制成。
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离心式压气机 P140 P482
涡轮增压器是由右边的轴流式涡轮和左边的离心式压气机组成。
压气机叶轮与涡轮叶轮装在一根轴上，构成涡轮增压器的转子，它由两 端的滚动轴承1支承。
柴油机废气首先进入涡轮进气壳，流经喷咀环、叶轮叶片后由排气壳的 出口排出。
新鲜空气则经 消音滤清器吸入，流经进气壳、压气机叶轮以及扩压器 后汇集到出气蜗壳，再由出气蜗壳出口排出。