柴油机与涡轮增压器的匹配

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1、第八章第八章 涡轮增压器与内燃机的匹配涡轮增压器与内燃机的匹配涡轮增压器：旋转式机械发动机：往复式机械q 1.与内燃机匹配的涡轮增压器要求：与内燃机匹配的涡轮增压器要求：（1）满足内燃机所需的增压压力和空气流量；（2）稳定工作，不发生喘振或堵塞（3）联合运行线穿过压气机高效区（平行）；（4）涡轮增压器可靠工作，不超速，不超温。q 2. 内燃机与涡轮增压的匹配内容内燃机与涡轮增压的匹配内容 内燃机与压气机； 内燃机与涡轮； 压气机与涡轮 2.1 2.1 压气机与内燃机的匹配压气机与内燃机的匹配30103600eesN gLm000ccccpRTpRT321060hvscV nmi v 发动机与压

2、气机良好匹配特征：发动机与压气机良好匹配特征： 效率：效率：内燃机特性线穿过压气机的高效区，且最好使内燃机运行线与压气机等效线相平行， 喘振裕度：喘振裕度：应防止内燃机耗气特性线处于压气机的低效区或过于接近喘振线，甚至穿过喘振线，一般要求内燃机低转速时的耗气特性线离开喘振线的距离约为10%的喘振流量。良好匹配的良好匹配的MAP图是什么样子？图是什么样子？ 2.2 2.2 涡轮与内燃机的匹配涡轮与内燃机的匹配v 涡轮功率与发动机排气温度、压力直接相关011(1)TpTadkkWC Tv 内燃机与涡轮匹配是否良好主要看涡轮流通能内燃机与涡轮匹配是否良好主要看涡轮流通能力的选择是否合适：力的选择是否

3、合适： 涡轮流通特性线上标上内燃机工作特性线，如果内燃机工作线偏离该型号涡轮的流通特性线，则选择较大型号或较小型号的涡轮；如果内燃机和涡轮二者流通特性相差不大，则可变换涡轮喷嘴环面积来改变涡轮的流通能力， 2.3 2.3 压气机与涡轮的匹配压气机与涡轮的匹配流量守恒：转速相等：功率平衡：cTnn01TceccmmmmmL11311(1)(1)ccTTkkcpccTpTcTmkkTm C Tm C Tq 3. 涡轮增压器与柴油机配合运行点的确定涡轮增压器与柴油机配合运行点的确定问题：问题：如何根据发动机工况以及涡轮增压器几何确如何根据发动机工况以及涡轮增压器几何确定两者的配合运行点？定两者的配合

4、运行点？ 011011111TTkkkTTkkkTmTTmTmkTTmpkkmRTmR Tkkp 1011TTTT mkTmkRkKkkRTT 功率平衡功率平衡: :式中，脉冲涡轮功率放大系数 通过涡轮的流量： 式中，T脉冲系统流量缩小系数；Tm涡轮前平均燃气密度；T通流函数。 0111011TTkkkkTkTmkkTmppmKpmp22TmTmTTTTmTTmTTTTTmpmFR TFRT 120021TTTkkkTTTTTTmTmppkkpp涡轮流量涡轮膨胀比压气机压比q 4. 涡轮增压器与内燃机配合特性分析涡轮增压器与内燃机配合特性分析v 涡轮增压器与柴油机的配合特性曲线指的是二者联涡轮

5、增压器与柴油机的配合特性曲线指的是二者联合运行的工作线。合运行的工作线。v 分析匹配优劣的主要方法：分析匹配优劣的主要方法： 将内燃机耗气特性线叠合到离心式压气机特性线上去，根据两组特性线的相对位置来进行分析研究。 什么是内燃机耗气特性线？ 涡轮增压器与柴油机的配合特性线涡轮增压器与柴油机的配合特性线1柴油机标定转速运转的等转速线；2柴油机最低转速运行线；3柴油机外特性线；4柴油机按螺旋桨特性工作的运行线 曲线1是柴油机以标定转速运转的等转速线。柴油机在这个标定转速下，随着负荷的增大，废气能量增加nTkkpz；柴油机在标定转速时的pemax受到nTkmax、pz和TTmax的限制。 曲线2是柴

6、油机最低转速运行线。这时废气能量很小，所以k和mk都较小。Pe受到排气冒烟极限的限制，而且pe运行线愈接近喘振线，此时应防止其穿过喘振线而落入不稳定工作区。曲线3是柴油机外特性线。这时保持喷油量为最大值，随着nmTk、pk，循环供油量仍保持最大值，故排温TT较高，nTk和pk下降相对地较缓慢，故nmk。此时运行线易穿过喘振线。 曲线4是按螺旋桨特性工作的运行线。它处于外特性运行线3和等转速运行线1之间。涡轮增压柴油机的“伞形”运行范围 p一个好的匹配需要满足以下要求n性能好的低速转矩好的外特性油耗（BSFC）排烟小排放好加速性好n高海拔裕量增压器不超速增压器不过热n满足机械方面的要求满足所有工

7、况下的转速、叶轮效率和温度限制满足增压度要求和整体密封性要求性能转速v 匹配结果评价q 5. 涡轮增压器与柴油机配合特性线的调整 (1) 压气机喘振的调整压气机喘振的调整 增压器和柴油机的流量不匹配，增压器的流量偏大：增压器和柴油机的流量不匹配，增压器的流量偏大：可选小一点型号的涡轮增压器，使运行线脱离喘振线； 压气机和涡轮不匹配，压气机通流能力过大或涡轮压气机和涡轮不匹配，压气机通流能力过大或涡轮通流能力过小，致使压气机的运行点进入喘振区：通流能力过小，致使压气机的运行点进入喘振区：a. 加大涡轮喷嘴环喉口面积或动叶喉口面积 b. 减小压气机喘振流量涡轮喷嘴变化 柴油机方面的原因引起压气机喘

8、振。如扫气箱容积过小，其中压力波动过大；压气机输气管、中冷器、柴油机通流部分或涡轮进气管的阻力过大等等，都可能引起运行线穿越喘振线。用箭头符号表示比正常值偏高()或偏低()。a. nTk、pk、pT、pT0、TT值均正常，如发生喘振，可能是压气机和涡轮匹配不当，即压气机喘振流量太大或涡轮的通流能力太小。测取mk值，利用压气机特性线即可区分是压气机还是涡轮方面的原因造成喘振。b. pk, ps, pT, TT,喘振可能是压气机污染、结垢后，流动阻力增加等引起的。c. (pspT), pT, TT,发生喘振的原因可能是柴油机通流部分阻力过大或有漏泄。d. (pkps), pT, TT，喘振可能是中

9、冷器阻力过大引起的 （2）涡轮增压器转速和增压压力的调整）涡轮增压器转速和增压压力的调整pknTk，因此，nk和pk的调整方法一致：a. 减小涡轮喷嘴环面积，使涡轮前燃气能量在涡轮中的焓减小涡轮喷嘴环面积，使涡轮前燃气能量在涡轮中的焓降增加；降增加；b. 废气旁通阀；废气旁通阀；c.c. 在压气机出口旁通高压气体。在压气机出口旁通高压气体。废气旁通阀结构废气旁通阀结构 spring force弹力调节器空气压力调节器空气压力废气压力废气压力排气歧管或涡壳进气通道可变几何喷结构可变几何喷结构有叶喷嘴变截面涡轮示意图有叶喷嘴变截面涡轮示意图 (3) 涡轮前燃气温度的调整涡轮前燃气温度的调整TT 涡