新型廢氣渦輪增壓器設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析

吉秋菊 謝小虎 徐韜

摘 要：現(xiàn)代柴油機(jī)可以通過增加空氣系數(shù)和關(guān)閉滯后的排氣閥的方式提高其熱效率。當(dāng)柴油機(jī)的熱效率較高時(shí)，渦輪前的廢氣溫度才容易降低，而且渦輪所排出的廢氣的能量也會(huì)很大程度的減小，為了保證渦輪的氣缸具有足夠的進(jìn)氣量，廠家在選擇廢氣渦輪增壓器的時(shí)候，應(yīng)該選擇高效率的增壓器。在柴油機(jī)中引入新型的廢氣渦輪增壓器可以有效的提高輸出功率。

關(guān)鍵詞：新型優(yōu)化+降低應(yīng)力、可靠性、整體集成

將新型廢氣渦輪增壓器引入到柴油機(jī)中，不僅可以提高柴油機(jī)輸送氣體的能力，而且還可以一定程度的提高柴油機(jī)的輸出功率。為了使增壓器的性能變得更好，就需要加強(qiáng)設(shè)計(jì)增壓器力度?，F(xiàn)在人們可以通過現(xiàn)代的計(jì)算方法將增壓器的所有部件進(jìn)行優(yōu)化。本文主要分析增壓器各個(gè)部件的特點(diǎn)以及部件相應(yīng)的改進(jìn)。

1、軸承支承方式

廢氣渦輪增壓器支承轉(zhuǎn)子的形式有三種：外支承式、內(nèi)支承式、內(nèi)外支承式，這兩種形式的主要差別是軸承位于兩葉輪的不同位置處，且每種支承形式都有兩個(gè)軸承。

支承轉(zhuǎn)子的三種形式中的外支承式軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候比其他兩種更穩(wěn)定。外支承式軸承不僅容易管理維護(hù)，而且在拆裝的時(shí)候也比較方便。外支承式軸承在安裝軸封的時(shí)候也比較方便，因?yàn)檩S承具有一定的距離，所以在高溫氣體的環(huán)境下，轉(zhuǎn)子不會(huì)受到很明顯的影響。由于軸承的直徑比較小，所以軸頸在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的線速度不會(huì)很大，這樣軸承就不會(huì)因?yàn)槟p太嚴(yán)重而影響使用壽命。

內(nèi)支承式軸承的尺寸要小于外支承式，而且其軸承距離也比外支承式軸承小很多，通常內(nèi)支承式軸承選擇的殼體是非冷卻形式的，而且其氣體必須沿軸承的軸向進(jìn)入，雖然軸向進(jìn)氣會(huì)使得回轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性較低，但是軸向進(jìn)氣對(duì)于流道的清洗十分有利。

2、冷卻方式和殼體

廢氣渦輪增壓器的渦殼有兩種：冷卻式渦殼，非冷卻式渦殼。冷卻水式渦輪的結(jié)構(gòu)是屬于雙層式，渦輪增壓器渦殼中的水冷卻的時(shí)候排氣殼內(nèi)壁的溫度因?yàn)樗睦鋮s而降低。當(dāng)渦輪吸收廢氣后，燃油中的硫在燃燒的時(shí)候所產(chǎn)生的硫化物會(huì)進(jìn)一步生成具有強(qiáng)烈腐蝕性的硫酸，最后導(dǎo)致鑄鐵殼體被腐蝕。

新型廢氣渦輪增壓器不僅增壓度提高，而且壓氣機(jī)出口的增壓空氣的溫度也變高，但是進(jìn)入渦輪增壓器中的廢氣溫度卻變低，所以渦殼在這種情況下不需要冷卻廢氣，因此，此時(shí)應(yīng)該選擇非冷卻式渦殼。非冷卻式渦殼不僅重量輕，而且結(jié)構(gòu)也比較簡單，因?yàn)闇u殼的結(jié)構(gòu)是屬于單壁式。由于非冷卻式渦殼中進(jìn)出管路的水沒有被冷卻，所有鑄鐵殼體就不會(huì)被低溫的硫酸腐蝕，此外，流出渦輪的廢氣溫度通常都比較高，所以廢氣鍋爐中儲(chǔ)蓄了許多可用的能量，這使得柴油機(jī)的熱效率得到了很大程度的提升。

新式的非冷卻式殼體中引入了新式的增壓器，新式增壓器中改進(jìn)的透平出口擴(kuò)壓器既可以將透平葉輪出口處大部分廢氣的剩余能量轉(zhuǎn)化為壓力能，又可以用作透平整體防爆裝置防止渦輪的爆破。新式增壓器還具有降低噪音的功能，因?yàn)樾率皆鰤浩鞯慕Y(jié)構(gòu)十分緊湊，導(dǎo)致噪音只能在很小的表面?zhèn)鞑?，而且透平出口和壓氣機(jī)殼體都是屬于絕緣層，也起到了降低噪音的效果。

3、增壓器軸承

增壓器軸承也有兩種：滾動(dòng)式軸承、滑動(dòng)式軸承。其中滾動(dòng)式軸承具有良好的加速性能，而且摩擦損失也比較小，但是滾動(dòng)式軸承需要的成本極高，而且使用壽命也很短?；瑒?dòng)式軸承不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且還比較容易維修，最重要的一點(diǎn)是滑動(dòng)式軸承的使用壽命要遠(yuǎn)高于滾動(dòng)式軸承，這是因?yàn)榛瑒?dòng)式軸承沒有安裝彈簧片減震的裝置，但是滑動(dòng)式軸承的摩擦損失比滾動(dòng)式軸承高許多。滑動(dòng)式軸承中的TCA具有浮動(dòng)軸襯，浮動(dòng)軸襯不僅可以運(yùn)轉(zhuǎn)靜音，而且還可以減小軸承的磨損，使得軸承的使用壽命能夠很大程度的增加。

如果廢氣渦輪增壓器是屬于滑動(dòng)式軸承，那么使用結(jié)束后需要對(duì)軸承進(jìn)行潤滑處理，潤滑劑應(yīng)該選擇主機(jī)系統(tǒng)油，因?yàn)槭褂弥鳈C(jī)系統(tǒng)油可以省掉濾器、冷卻器等許多的設(shè)備，而且裝載主機(jī)系統(tǒng)油的重力油柜可以有效的提高可靠性。雖然主機(jī)滑油泵可能會(huì)因?yàn)橥ｋ姸Ｖ惯\(yùn)轉(zhuǎn)，但是投票權(quán)轉(zhuǎn)子卻不會(huì)受到任何影響，因?yàn)橹亓τ凸窨梢酝ㄟ^提供滑油的方式使透平轉(zhuǎn)子持續(xù)、高效的運(yùn)行。

而且在拆裝推力軸承對(duì)增壓器軸承進(jìn)行維修的時(shí)候，可以不用拆除壓氣機(jī)殼體和透平轉(zhuǎn)子直接進(jìn)行維修。

4、透平葉片

新式透平所采用的葉片是屬于寬弦式，其葉片的根部比原來透平的根部更寬，因?yàn)閷捪胰~片所能承受的壓力更大，而且在透平圓盤安置寬弦葉片還可以一定程度的提高透平的剛性。原來的透平葉片會(huì)將葉片通過減振鋼絲全部連接在一起，以防止透平葉片劇烈的振動(dòng)，但是這樣會(huì)導(dǎo)致進(jìn)氣處的阻力大幅度的增加，使得透平的效率降低，所以，新式透平不在用減振鋼絲將所有葉片連接在一起，這樣不僅利于透平的拆裝與檢修，而且還提高了透平的效率。

5、壓氣機(jī)

壓氣機(jī)葉輪在正常工作時(shí)的線速度大于500米每秒，極大的線速度使得壓氣機(jī)葉輪在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了離心力，為了提高壓氣機(jī)葉輪工作的可靠性以及葉輪的使用率，人們通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在新型廢氣渦輪增壓器中所使用的壓氣機(jī)葉輪所采用的材質(zhì)是鈦合金，因?yàn)殁伜辖鸩粫?huì)受到高壓環(huán)境的影響。壓氣機(jī)的出氣殼所是使用的輪廓都是被優(yōu)化過的，因?yàn)閮?yōu)化的輪廓既可以保證壓氣機(jī)在運(yùn)行的全過程的踹振余量都是充分的，又可以保證壓氣機(jī)能夠平穩(wěn)高效的運(yùn)行，但是采用優(yōu)化輪廓的氣殼只適用于出氣口較少的情況下。

6、噴嘴環(huán)

新式廢氣渦輪增壓器的噴嘴環(huán)所使用的鑄鐵材料必須具有極高的強(qiáng)度，因?yàn)殍T鐵材料的強(qiáng)度是決定噴嘴環(huán)的使用壽命的直接因素。新式廢氣渦輪增壓器中噴嘴環(huán)的形狀使得渦輪的工作效率變得更高，若要給透平增壓器匹配一個(gè)最合適的柴油機(jī)，就必須借助噴嘴環(huán)才能實(shí)現(xiàn)。新式噴嘴環(huán)的截面可以根據(jù)條件而改變，因?yàn)椴裼蜋C(jī)的荷載和速度的變換速度極快。如果柴油機(jī)的荷載發(fā)生變化，噴嘴環(huán)就會(huì)將自身的流通截面做出適當(dāng)?shù)母淖?，以保證柴油機(jī)能夠找到最合適的透平增壓器，柴油機(jī)處于負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，噴嘴環(huán)可以通過減小截面的大小，將渦輪中的廢氣壓力能盡可能的轉(zhuǎn)化為可利用的動(dòng)能，為柴油機(jī)提供足夠的空氣以保證柴油機(jī)能夠正常運(yùn)行。新式廢氣渦輪增壓器中噴嘴環(huán)不僅可以減少燃油的使用，而且還可以降低污染物的皮膚。

7、靜音消音器

目前的新型徑向靜音消音器能夠?qū)⒃胍艨刂圃?50分貝以下，靜音消音器中的徑向消音扇形片的主要功能是為廢氣提供最合適的流通條件，既能保證透平葉片能夠在全范圍內(nèi)高效運(yùn)轉(zhuǎn)，又能確保靜音能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。此外、新型廢氣渦輪增壓器圓周上的過濾網(wǎng)墊不僅可以輕易拆除，而且還容易清洗。

結(jié)束語：

綜上所述，新型廢氣渦輪增壓器不僅可以提高柴油機(jī)的可靠性和維護(hù)性，而且還可以獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益。新型廢氣渦輪增壓器將整體集成設(shè)計(jì)與高強(qiáng)度的材料有效的結(jié)合在一起，不僅減少了整個(gè)系統(tǒng)所需要的零件數(shù)量，而且還是得機(jī)器上的安裝變?yōu)樽詈唵?，同時(shí)渦輪增壓器的使用壽命也提高了許多，所以維修工作也被減到了最少，既保證了渦輪增壓器的正常運(yùn)行，有降低了渦輪增壓器所需的成本。

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