增压器应指发动机进气增压器,包括三种形式:废气涡轮增压器、机械涡轮增压器、电辅助涡轮增压器。通过增压器压缩空气,提高发动机的进气密度,从而可以提高发动机的升功率。同时由于发动机的混合燃烧调节得到了改善,提高了燃烧效率,还可以起到节省燃油和降低排放的效果。是现代发动机的一项重要的技术进步。现在应用最普遍的就是发动机废气涡轮增压器,下面我们具体讲解发动机废气涡轮增压器的一些相关知识。

废气涡轮增压器,利用发动机排出的700-900摄氏度的高温废气,驱动涡轮机中的涡轮旋转,涡轮轴带动压气机中的叶轮高速旋转,以离心的方式压缩空气,提高发动机的进气密度到2-3个大气压。从而我们可以给发动机喷更多的燃油,达到提高发动机自身功率的目的。

废气涡轮增压器由废气驱动的涡轮机、压缩新鲜空气的压缩机、中间起轴承支撑作用的中间体以及旁通阀控制机构组成。

最早的涡轮增压器专利申请于在1905年,Sulzer Brothers Research and Development 公司的Alfred Buchi博士申请了第一款涡轮增压器的专利——动力驱动的轴向增压器,但鉴于当时的工业水平,Buchi博士并没有制造出第一台有效率的涡轮增压器产品。1911年在瑞士的Winterthur增压器厂开工,并在1915年制造出了原型航空器发动机增压器,利用发动机废气驱动,主要目的是用来克服高海拔稀薄空气对动力的负面影响。二战期间,通用电气(GE)制造的增压器将飞行器升到了一万米高空。

由于涡轮增压器经常处于高速、高温下工作,增压器废气涡轮端的温度在700-900℃,增压器转子以几万转到二十多万转的高速旋转,因此为了保证增压器的正常工作,使用中应注意以下几点：

不能着车就走

发动机发动后,特别是在冬季,应让其怠速运转一段时间,以便在增压器转子高速运转之前让润滑油充分润滑轴承。所以刚启动后千万不能猛轰油门,以防损坏增压器油封。

不能立即熄火

发动机长时间高速运转后,不能立即熄火。发动机工作时,有一部分机油供给涡轮增压器转子轴承润滑和用于冷却的。正在运行的发动机突然停机后,机油压力迅速下降为零,增压器涡轮部分的高温传到中间,轴承支承壳内的热量不能迅速带走,而同时增压器转子仍在惯性作用下高速旋转,因此,发动机热机状态下如果突然停机,会引起涡轮增压器内滞留的机油过热而损坏轴承和轴。特别要防止猛轰几脚油门后突然熄火。

保持清洁

拆卸增压器时,要保持清洁,各管接头一定要用清洁的布堵塞好,防止杂物掉进增压器内,损坏转子。维修时应注意不要碰撞损坏叶轮,如果需要更换叶轮,应对其做动平衡试验。重新装复完毕后,要取出堵塞物。

由于增压器经常处于高温下运转

它的润滑油管线因受高温作用,内部机油容易有部分的结焦,这样会造成增压器轴承的润滑不足而损坏。因此,润滑油管线在运行一段时间后要进行清洗。

经常注意检查增压器的运转情况

在出车前、收车后,应检查气道各管的连接情况,防止松动、脱落而造成增压器失效和空气短路进入气缸。

由此可见,发动机经过增压后,零部件的结构进行了强化,从使用、保养方面讲,必须加强发动机的强制保养工作,注意采用正确的操纵方法。

所以发动机大负荷、长时间运行后,在熄火前应怠速运转3-5min,让增压器转子的转速降下来以后再熄火。特别要防止猛轰几脚油门后突然熄火,这就是熄火延时装置的作用。

喘振原因

通常在选配增压器时,已根据采用不同的增压系统的工作特性,将压气机配合工作线选择在喘振线B右侧的适当位置。此时既可保证柴油机达到预定的增压指标和增压器在高效率区工作,又保证在柴油发动机全部工作范围内增压器不发生喘振。

因此在正常情况下一般不会发生喘振。但是当工作条件发生变化,例如当出现增压系统通道堵塞、负荷过高或过低、柴油机负荷不均以及负荷突变等情况时,配合工作线就会部分地或全部地进入喘振区,从而引起喘振。下面介绍一些可能导致增压器喘振的原因。 增压系统流道阻塞因素的影响增压器流道阻塞的直接后果之一就是会增加气流在系统中的阻力。柴油机运行时,增压系统的气体流动路线是:压气机进口滤器和消音器→压气机叶轮→ 压气机扩压器→ 空气冷却器→ 扫气箱→ 柴油机进气口(阀) → 排气口(阀) → 排气管→ 废气涡轮喷嘴环→ 废气涡轮叶轮→ 烟囱。其中各组成部分的流通面积都是固定的。若上述流动路线中任一环节发生堵塞,如脏污、 结碳、 变形等,都会因流阻增大使压气机背压升高,流量减少,引起喘振。其中容易脏污的部件是压气机进口滤器、 压气机叶轮和扩压器、空气冷却器、 柴油机进(扫)气口和排气口(阀) 、 废气涡轮喷嘴环、 废气涡轮叶轮。通常情况下,涡轮增压器气流通道的阻塞是造成其喘振的主要原因。管理中应定期检查上述部件是否污损,并加以清洁,由此而引起的喘振就会被防止或被排除。

阻塞因素

柴油机运行工况(负荷、 转速)变化柴油机在低转速高负荷下运行,当柴油机发生故障或舰船满载、 顶风、污底使外负荷增大时,柴油机转速下降,此时调速器自动增加供油量,使柴油机在低转速、 高负荷下运行。由于供油量增多,废气能量增大,必然导致增压器转速提高,压气机排气量和排出压力升高。而此时柴油机转速低,耗气量少,使增压器供气与柴油机耗气之间的供需平衡被打破。压气机背压升高,流量减少,从而引起当进入低温海域时,空气密度因环境温度变低而变高,则压气机进气量变大,使涡轮获得的能量增大,增压器转速升高使配合运行线向低处移动,喘振余量增大；而进入高温海域则相反,即喘振余量减小易发生喘振。而对于一些舰船在低温航区匹配的不带空冷器的增压柴油机航行于高温海域时,或在高温航区匹配的带空冷器的增压柴油机航行于低温海域时,由于两者的匹配关系发生变化,运行点容易靠近喘振区,引起喘振。

喷油故障

当喷油系统发生故障、 燃用劣质重油,后燃加重、 排气温度偏高。无论是全负荷还是部分负荷,无论后燃有多严重,其配合运行点均在正常配合运行线上。随着燃烧终点延后,排气温度升高,增压器转速升高,压气机流量增大,压比升高,配合运行点往该曲线高处移动,喘振余量较少。

冷却变差

当空冷器冷却能力下降时,柴油机排气温度升高,压气机转速升高,配合运行点移向高处,喘振余量减小。

总之,非流道阻塞影响因素不会影响通流特性,不会改变增压器与柴油机配合运行线的位置,仅改变增压器与柴油机配合运行点在该配合线上的位置,是引起柴油机增压器喘振的次要原因。