大功率柴油機(jī)增壓器的匹配與分析

沈祖杰++陳正林++高原++季春雷++趙祖玲

摘 要：渦輪增壓是柴油機(jī)降低排放、提高經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的重要方法，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)柴油機(jī)與不同增壓器進(jìn)行選型匹配試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)匹配后的相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并結(jié)合客戶的需求，選擇最佳的增壓器。

關(guān)鍵詞：增壓器；匹配；性能；分析

中圖分類號(hào)：TK42 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）27-0068-02

1 概述

渦輪增壓是內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的一個(gè)飛躍，它是發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域內(nèi)降低排放，提高燃油經(jīng)濟(jì)性、強(qiáng)化升功率的有效技術(shù)手段。現(xiàn)如今，工業(yè)先進(jìn)國(guó)家已經(jīng)把渦輪增壓機(jī)型作為柴油機(jī)的基本型。為了讓增壓器對(duì)柴油機(jī)性能的提高達(dá)到最好，除了增壓器和柴油機(jī)本身的良好性能外，兩者之間匹配是否合理，也會(huì)對(duì)柴油機(jī)性能產(chǎn)生直接的影響，所以柴油機(jī)進(jìn)行增壓器匹配具有重要的意義。

渦輪增壓柴油機(jī)對(duì)匹配性能的要求主要有以下幾個(gè)方面：

（1）柴油機(jī)在壓氣機(jī)高效率區(qū)運(yùn)行，要有一定的裕度，最好大致平行于增壓器等效率曲線，不發(fā)生喘振也不阻塞。

（2）柴油機(jī)在標(biāo)定工況下運(yùn)行時(shí)，要達(dá)到預(yù)期的進(jìn)氣壓力Pb和空氣流量qmb，保證足夠的過(guò)量空氣系數(shù)φa，燃油消耗be也要滿足要求。

（3）柴油機(jī)工作時(shí)不能出現(xiàn)過(guò)高的排溫TT。

（4）柴油機(jī)工作時(shí)增壓器轉(zhuǎn)速nTb不能超過(guò)其最大值，以保證增壓器轉(zhuǎn)子安全；也不能出現(xiàn)過(guò)高的增壓壓力Pk和過(guò)高的爆壓Pmax，導(dǎo)致太大的機(jī)械負(fù)荷。

（5）柴油機(jī)在小負(fù)荷時(shí)增壓壓力與背壓能形成交點(diǎn)，說(shuō)明柴油機(jī)與增壓器的匹配良好。

（6）增壓發(fā)動(dòng)機(jī)能達(dá)到預(yù)定性等指標(biāo)，在低負(fù)荷范圍內(nèi)不出現(xiàn)過(guò)高的油耗。

2 設(shè)計(jì)輸入

南通柴油機(jī)股份有限公司針對(duì)陸用發(fā)電開(kāi)發(fā)的十六缸增壓中冷柴油機(jī)，為四氣門、電控單體泵、廢氣渦輪增壓、空空中冷型柴油機(jī)。具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1

3 增壓參數(shù)的確定

為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)與增壓器的匹配達(dá)到最佳，即達(dá)到預(yù)定的各項(xiàng)性能指標(biāo)，首先要確定合理增壓參數(shù)，主要的增壓參數(shù)有：

（1）增壓壓力Pk和壓比πk。

（2）渦輪前排氣溫度tT。

（3）空氣流量mA（kg/s）。

（4）大氣壓Po和氣溫to。

4 增壓器的選型和匹配試驗(yàn)

根據(jù)參數(shù)要求，對(duì)該柴油機(jī)增壓器進(jìn)行選型，第一方案選用SJ130NT增壓器。根據(jù)試驗(yàn)參數(shù)，繪制聯(lián)合運(yùn)行線（見(jiàn)圖1），從圖1中可看出曲線已經(jīng)在喘振線上方，發(fā)生喘振的可能性較大。引起增壓器喘振原因有很多，比如進(jìn)氣管管道容積過(guò)小，使氣流脈動(dòng)大從而引起的柴油機(jī)喘振。在調(diào)整增壓器型號(hào)時(shí)，要先弄清楚發(fā)生喘振現(xiàn)象的原因，從而采取合理的調(diào)整方案：

（1）采用更小型號(hào)的增壓器。讓增壓器的喘振線大致平行于原壓氣機(jī)的喘振線并且向流量小的一邊移動(dòng)，這樣運(yùn)行線就可以脫離喘振區(qū)。在選用新型號(hào)后，柴油機(jī)的運(yùn)行線已經(jīng)不是原有的曲線，故需重新做相關(guān)試驗(yàn)。

（2）減小壓氣機(jī)的流通截面。壓氣機(jī)的葉輪和擴(kuò)壓器的截面都要相應(yīng)減小，它的特性線曲線將大致平行原特性曲線，并且將向流量小的方向移動(dòng)。

（3）適當(dāng)?shù)臏p小壓氣機(jī)進(jìn)氣口的直徑。如果能判斷出喘振是在葉輪中發(fā)生的，則可以對(duì)應(yīng)減小葉輪的進(jìn)氣口直徑，從而使特性曲線向小流量方向移動(dòng)。

（4）擴(kuò)壓器的進(jìn)口角適當(dāng)減小。當(dāng)運(yùn)行曲線偏離喘振線較遠(yuǎn)時(shí)，則可采取與上述方法相反的調(diào)整措施，使柴油機(jī)運(yùn)行線處于壓氣機(jī)的高效區(qū)。

綜上，調(diào)整增壓器，改用SJ140Y-1型增壓器，繼續(xù)進(jìn)行匹配性能試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)參數(shù)，繪制聯(lián)合運(yùn)行線（見(jiàn)圖2），從圖2中可看出壓氣機(jī)工況點(diǎn)發(fā)生喘振和堵塞的風(fēng)險(xiǎn)較小，同時(shí)，有較大的堵塞裕度，柴油機(jī)的最大工況點(diǎn)處于壓氣機(jī)高效率區(qū)范圍內(nèi)，且運(yùn)行曲線的高效率區(qū)較大。柴油機(jī)性能曲線參數(shù)見(jiàn)圖3（功率、油耗率）。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)匹配試驗(yàn)和分析，SJ140Y-1型增壓器運(yùn)行曲線的高效率范圍較大，匹配較好，在實(shí)際應(yīng)用中得到了驗(yàn)證，該款柴油機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

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