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

 

增壓器（壓氣機）由柴油發(fā)電機直接驅(qū)動的增壓方式稱為機械增壓系統(tǒng)。它由柴油發(fā)電機的曲軸通過齒輪、皮帶或鏈條等傳動裝置帶動增壓器旋轉(zhuǎn)。增壓器通常采用離心式壓氣機或羅茨壓氣機。空氣經(jīng)壓縮提高其壓力后，再送入汽缸。由于機械增壓系統(tǒng)壓氣機所消耗的功率是由曲軸提供的，當增壓壓力較高時，所耗的驅(qū)動功率也會很大，使整機的機械效率下降。因此，機械增壓系統(tǒng)通常只適用于增壓壓力不超過160~170kPa的低增壓小功率柴油發(fā)電機。廢氣渦輪增壓是利用柴油發(fā)電機排出的廢氣能量來驅(qū)動增壓器，將空氣壓縮后再送入汽缸的一種增壓方法。柴油發(fā)電機采用廢氣渦輪增壓后，可提高輸出功率30％~100％以上，同時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)電機扭矩，提高載荷能力以及減少排氣對大氣的污染等優(yōu)點，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，柴油發(fā)電機排出的廢氣進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。這是由于當氣流通過噴嘴時，部分壓能和熱能轉(zhuǎn)換為動能，由此獲得高速氣流。由噴嘴環(huán)出來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方向，在離心力的作用下，氣流質(zhì)點投向葉片凹面，壓力增加而相對速度降低；葉片凸面上則相對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，柴油發(fā)電機排出的廢氣進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，故稱軸流式。大型柴油發(fā)動機大多采用這種形式的增壓器。

 

渦輪增壓器是用來提高發(fā)動機功率和減少排放的重要部件，其本身不是一種動力源，它利用發(fā)動機排氣后的剩余能量來工作，向發(fā)動機提供更多的壓縮空氣，使之達到最佳運轉(zhuǎn)性能。渦輪增壓器安裝在發(fā)動機的排氣管上，發(fā)動機氣缸排除的廢氣推動渦輪葉輪轉(zhuǎn)動。再帶動壓氣機葉輪將經(jīng)空濾器濾清的空氣加壓后送入氣缸。因為進入氣缸的空氣增多，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)動機產(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)動機在高原工作時獲得功率補償。

 

渦輪增壓技術(shù)就是采用專門的壓氣機將氣體在進入氣缸前預(yù)先進行壓縮，提高進入氣缸的氣體密度，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)噴入更多的燃油進行燃燒，從而達到提高發(fā)動機功率的目的，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將氣體在進入氣缸前預(yù)先進行壓縮，提高進入氣缸的氣體密度，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)噴入更多的燃油進行燃燒，從而達到提高發(fā)動機功率的目的的，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制引導(dǎo)系統(tǒng)。 它對流入發(fā)動機的空氣進行壓縮（有關(guān)普通發(fā)動機中氣流的介紹，請參考柴油發(fā)電機工作原理）。 壓縮空氣可以使發(fā)動機能夠?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，每個氣缸的燃燒沖程就能產(chǎn)生更多動力。 渦輪增壓發(fā)動機產(chǎn)生的動力要比相同普通發(fā)動機大得多。 這樣就可顯著提高發(fā)動機的動力重量比。為了獲得這種性能上的提升，渦輪增壓器使用發(fā)動機排出的廢氣帶動渦輪旋轉(zhuǎn)，而渦輪則帶動氣泵旋轉(zhuǎn)。 渦輪在渦輪機中的最高轉(zhuǎn)速為每分鐘150,000轉(zhuǎn)——這相當于大多數(shù)柴油發(fā)電機轉(zhuǎn)速的30倍。 同時由于與排氣管相連，渦輪的溫度通常非常高。

 

將柴油發(fā)電機排氣管接到增壓器的渦輪殼上，柴油發(fā)電機排出的具有500~650℃高溫和一定壓力的廢氣經(jīng)渦輪殼進入噴嘴環(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。通過渦輪的廢氣最后排入大氣。增加發(fā)動機所能燃燒的燃料和空氣是提升發(fā)動機動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。 有時這些方法并不可行。這時使用渦輪將是增加動力更簡便、有效的方法，尤其在購買后自行改裝時更是如此。

 

渦輪增壓器使發(fā)動機能將更多的燃料和空氣注入氣缸，從而使發(fā)動機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)動機中注入的空氣會增加50%。 從而發(fā)動機內(nèi)部動力可增加50%。 但上述過程并不能完全實現(xiàn)，實際動力可能增加30-40%。在使用渦輪增加發(fā)動機動力過程中，有一個原因會導(dǎo)致渦輪效率低下，那就是需要動力動渦輪旋轉(zhuǎn)。 將渦輪裝在排氣管內(nèi)會增加排氣管內(nèi)的空氣阻力。 這意味著，發(fā)動機在排氣沖程時，不得不克服更高的負壓。 這會稍微減少發(fā)動機在燃燒時產(chǎn)生的動力。

 

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)動機的動力會減小，因為在活塞的每個沖程中，發(fā)動機都只能獲得少量的空氣。 渦輪增壓發(fā)動機可能同樣會減小動力，但減小量會少很多，因為稀薄的空氣會更容易被渦輪增壓器抽入發(fā)動機。

 

老式發(fā)電機組為了適應(yīng)氣缸內(nèi)增加的空氣，會自動增加燃料。 使用燃料直噴技術(shù)的現(xiàn)代發(fā)電機組一定程度上也會在作相同的調(diào)整。 燃料噴射系統(tǒng)通過裝在排氣管內(nèi)的氧氣含量傳感器來判斷空燃比是否正確，因此加裝渦輪后，系統(tǒng)會自動增加燃料。在采用燃料直噴技術(shù)的發(fā)電機組中，如果渦輪增壓器過多地增加空氣壓縮率，系統(tǒng)可能無法提供足夠的燃料（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，必須對發(fā)電機組進行其他改進。 

 

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