新聞主題	柴油發電機渦輪增壓器的結構分類和工作原理

 

增壓器（壓氣機）由柴油發電機直接驅動的增壓方式稱為機械增壓系統。它由柴油發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。增壓器通常采用離心式壓氣機或羅茨壓氣機。空氣經壓縮提高其壓力后，再送入汽缸。由于機械增壓系統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電機。廢氣渦輪增壓是利用柴油發電機排出的廢氣能量來驅動增壓器，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量，縮小外形尺寸，節省原材料，降低燃油消耗率，增大柴油發電機扭矩，提高載荷能力以及減少排氣對大氣的污染等優點，因而得到廣泛應用。尤其在高原地區，因氣壓低、空氣稀薄，導致輸出功率下降，一般當海拔高度每升高1000m，功率將下降8％~10％。若裝設渦輪增壓器后，可以恢復原輸出功率，其經濟效果尤為顯著。

 

增壓器組成結構圖

 

 

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構主要是由渦殼、噴嘴環、渦輪和轉子軸等組成。徑流式渦輪增壓器工作時，柴油發電機排出的廢氣進入增壓器的渦輪殼后，沿增壓器轉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，部分壓能和熱能轉換為動能，由此獲得高速氣流。由噴嘴環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的力矩，因而從葉輪流出的廢氣經由渦輪中心沿軸排出。中型柴油發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子軸的軸線方向流動，故稱軸流式。大型柴油發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，它利用發動機排氣后的剩余能量來工作，向發動機提供更多的壓縮空氣，使之達到最佳運轉性能。渦輪增壓器安裝在發動機的排氣管上，發動機氣缸排除的廢氣推動渦輪葉輪轉動。再帶動壓氣機葉輪將經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，從而使發動機產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動機在高原工作時獲得功率補償。

 

渦輪增壓技術就是采用專門的壓氣機將氣體在進入氣缸前預先進行壓縮，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，氣體的質量就大大增加了，這樣就可以再有限的汽缸容積內噴入更多的燃油進行燃燒，從而達到提高發動機功率的目的，渦輪增壓的工作原理渦輪增壓技術就是采用專門的壓氣機將氣體在進入氣缸前預先進行壓縮，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，氣體的質量就大大增加了，這樣就可以再有限的汽缸容積內噴入更多的燃油進行燃燒，從而達到提高發動機功率的目的的，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系統。 它對流入發動機的空氣進行壓縮（有關普通發動機中氣流的介紹，請參考柴油發電機工作原理）。 壓縮空氣可以使發動機能夠將更多的空氣壓到氣缸里，而更多空氣就意味著能向氣缸內注入更多的燃料。 因此，每個氣缸的燃燒沖程就能產生更多動力。 渦輪增壓發動機產生的動力要比相同普通發動機大得多。 這樣就可顯著提高發動機的動力重量比。為了獲得這種性能上的提升，渦輪增壓器使用發動機排出的廢氣帶動渦輪旋轉，而渦輪則帶動氣泵旋轉。 渦輪在渦輪機中的最高轉速為每分鐘150,000轉——這相當于大多數柴油發電機轉速的30倍。 同時由于與排氣管相連，渦輪的溫度通常非常高。

 

將柴油發電機排氣管接到增壓器的渦輪殼上，柴油發電機排出的具有500~650℃高溫和一定壓力的廢氣經渦輪殼進入噴嘴環，噴嘴環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。廢氣的壓力、溫度和速度越高，渦輪的轉速就越快。通過渦輪的廢氣最后排入大氣。增加發動機所能燃燒的燃料和空氣是提升發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。

 

渦輪增壓器使發動機能將更多的燃料和空氣注入氣缸，從而使發動機能夠燃燒更多的燃料和空氣。 渦輪增壓器通常能夠產生41-55千帕的氣壓。 由于在海平面大氣壓力為1012.8千帕，因此發動機中注入的空氣會增加50%。 從而發動機內部動力可增加50%。 但上述過程并不能完全實現，實際動力可能增加30-40%。在使用渦輪增加發動機動力過程中，有一個原因會導致渦輪效率低下，那就是需要動力動渦輪旋轉。 將渦輪裝在排氣管內會增加排氣管內的空氣阻力。 這意味著，發動機在排氣沖程時，不得不克服更高的負壓。 這會稍微減少發動機在燃燒時產生的動力。

 

增壓器作業原理圖

 

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很有用。 在高海拔地區，通常普通發動機的動力會減小，因為在活塞的每個沖程中，發動機都只能獲得少量的空氣。 渦輪增壓發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動機。

 

老式發電機組為了適應氣缸內增加的空氣，會自動增加燃料。 使用燃料直噴技術的現代發電機組一定程度上也會在作相同的調整。 燃料噴射系統通過裝在排氣管內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，系統會自動增加燃料。在采用燃料直噴技術的發電機組中，如果渦輪增壓器過多地增加空氣壓縮率，系統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，必須對發電機組進行其他改進。 

 

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