【正文】 喘振線進入壓氣機高效區(qū)。一般此法對大流量、高壓比部分特性曲線移動幅度較大，效果好。 調(diào)整渦輪通流元件，改變柴油機的流通特性，使其適應壓氣機的特性，最簡單而又常用的方法是調(diào)整渦輪噴嘴環(huán)出口截面積，如果減少噴嘴環(huán)出口截面積，則柴油機流通能力相應減小，柴油機運行線向左移動。根據(jù)預估的壓比和流量，容易判斷壓氣機是否合適，而渦輪機是否滿足要求，必須要經(jīng)過試驗才能驗證。第六章 結論和調(diào)整建議 結論（1）初選的兩種增壓器TB280和TB31均能提高NC4110Z15型柴油機的性能。對試驗中產(chǎn)生的喘振現(xiàn)象進行了分析?！?8176。當壓氣機在大于設計流量的工況下運轉(zhuǎn)時：工作輪中的氣流沖向葉片的圖面，在葉片的凹面則發(fā)生分離并形成漩渦，由于氣流的慣性，空氣自然地擠向葉片的凹面，這種漩渦只限于進口邊緣；擴壓器中的氣流則沖向葉片的凹面，在葉片的圖面則發(fā)生分離并形成渦流，由于氣流在離開工作輪后，保持著沿對數(shù)螺旋線的自由軌跡運動，氣流自然地貼靠葉片的凸面，所以，氣流分離形成的渦流是不會擴展的。它使氣流方向與葉片構造角偏離，而導致氣流與葉片沖擊，并在流道內(nèi)產(chǎn)生漩渦，這就形成了沖擊損失，使工作輪消耗掉一份能量。壓氣機工作輪葉片和擴壓器葉片的構造角都是按一定的壓氣機轉(zhuǎn)速（一定的工作輪圓周速度）及空氣流量（相應的空氣速度）來設計的，成為設計工況。在增壓柴油機上，如果遇到壓氣機喘振，這時柴油機進氣管壓力便不穩(wěn)定，柴油機轉(zhuǎn)速隨之不穩(wěn)定，在柴油機進氣管中發(fā)出“轟隆轟隆”的響聲，整個機組振動加劇。 離心壓氣機喘振分析在離心壓氣機的工作特性線上對應每一條等轉(zhuǎn)速線都有一個確定的最小流量，稱為該轉(zhuǎn)速的壓氣機喘振點流量。（7）由圖57和圖54知比較：在中低速工況區(qū)TB28比TB31的煙度低，但NOx排放更高。（5）由55知，在中低速工況TB28比TB31有更大的增壓比，有利于降低污染物的排放。（4）由54知：在中低速工況時TB28比TB31有更低的排放煙度，且優(yōu)勢明顯。而在中低速工況，在進氣流量方面TB28有更大的優(yōu)越性。在低工況時，必須有一定的空氣量，以保證滿意的燃燒和不超過冒煙極限，以及不高的熱負荷。 試驗平臺簡圖 NC411O15柴油機增壓器排氣表排放分析儀煙度計空氣流量計大氣廢氣油溫表油壓表測功器濕度計大氣壓力計油耗儀水溫表圖41 試驗平臺簡圖 本章小結本章介紹了試驗進行的外部條件，對冷卻系統(tǒng)水溫、燃油溫度、機油溫度等都進行了限定，這樣保證了試驗的規(guī)范性。%無錫江南測試儀器廠大氣壓力計定槽式177。%溫州儀表廠排氣表WXMT101177。 1/M的帶寬內(nèi)，并且沒有連續(xù)下降的趨勢，則應認為讀數(shù)值是穩(wěn)定的。在發(fā)動機達到調(diào)速器允許的最大轉(zhuǎn)速前，保持此位置。將噴油泵油門調(diào)節(jié)手柄扳至供油量最大位置，根據(jù)工況點順序，發(fā)動機由高速向低速進行，依次調(diào)節(jié)水力測功器改變負荷，使發(fā)動機在每一工況點穩(wěn)定運行不少于1分鐘后，測量并記錄各個數(shù)據(jù)。在試驗中，預熱發(fā)動機，使水溫、油溫達到要求。表31增壓器參數(shù)型號壓氣機輪徑渦輪機輪徑增壓器類型TB28Φ49Φ65恒壓增壓器TB31Φ61Φ65恒壓增壓器 增壓器實物圖圖31 TB2TB31渦輪增壓器實物 增壓器結構圖圖32 渦輪增壓器結構 本章小結本章介紹了NC4110Z15的基本性能特點，給出了其主要技術參數(shù)。 選型方案 （1）柴油機 平均有效壓力 按式(31)計算Pe=120P／（Vn） (31)式(31)中：Pe——油機平均有效壓力，MPa；P——柴油機持續(xù)功率，kW；(56kW)V——機總排量，L；()N——油機持續(xù)轉(zhuǎn)速，r/min；(1500r/min)括號內(nèi)數(shù)字為NC411015型柴油機參數(shù)。 表31 NC4110Z15型柴油機參數(shù)表項目單位數(shù)據(jù)氣缸數(shù)4氣缸直徑mm110行程數(shù)130行程4排量L標定功率kW/rpm56/1500超負荷負荷功率kW/rpm64/1500穩(wěn)態(tài)調(diào)速率%≤5供油提前角176。（6） NC4110Z15型柴油機的性能特點和主要技術參數(shù)NC4110型柴油機是凱馬集團南昌柴油機廠研發(fā)的用于江河、湖泊和沿海的中小型漁船、拖船、客輪、貨輪、游船、渡輪等各類船舶的主機，也可與發(fā)電機配套組成船用柴油發(fā)電機組。另外，壓氣機的效率還影響柴油機的進氣溫度，從而影響排氣溫度。要求在整個運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)不發(fā)生增壓器喘振和阻塞，外特性聯(lián)合運行線要求穿過壓氣機的高效率區(qū)，并距離喘振線有10%~15%以上的喘振裕度。外特性聯(lián)合運行線要求穿過壓氣機的高效率區(qū)，并距離喘振線有10%~15%以上的喘振裕度，最高工作轉(zhuǎn)速要求為：超速含量15%~20%以上。其次，介紹了渦輪增壓器模型原理。 本章小結本章介紹了渦輪增壓器的組成和簡要的工作原理。 發(fā)動機模型（1）發(fā)動機流量忽略殘余廢氣系數(shù)，進入氣缸的氣體流量可按下式計： （25）式中，為氣體充氣效率，僅是發(fā)動機轉(zhuǎn)速的函數(shù)，可由發(fā)動機臺架試驗測得；V為發(fā)動機氣缸排量；為發(fā)動機轉(zhuǎn)速；為增壓壓力；為增壓溫度。 渦輪模型渦輪的質(zhì)量流量mt、效率ηt、轉(zhuǎn)速 n、膨脹比πt有如下關系：=f (n, t), =f (n,πt )。 渦輪增壓器模型分析渦輪增壓柴油機系統(tǒng)模型由壓氣機模型、渦輪模型、增壓器動力學模型、發(fā)動機模型四大組成部分。在渦輪增壓器中，渦輪的工作輪、轉(zhuǎn)子軸和壓氣機工作葉輪是組裝在一起的，統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子支承在兩個軸承上。渦輪機具有結構簡單、可靠、高的經(jīng)濟性、功率大而尺寸小、重量輕等特點。圖21 空氣參數(shù)沿壓氣機通道的變化 廢氣渦輪的組成和工作原理廢氣渦輪增壓器上的燃氣渦輪是一種葉片動力機械，借助于裝有葉片而旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，把廢氣的動能和熱能轉(zhuǎn)換為渦輪軸上的機械功。它的作用是使流出工作葉輪的高速氣流的速度均勻并使其稍有下降，以減小進入葉片擴壓器時的流動損失。半封閉式工作葉輪只有輪盤，沒有輪蓋，空氣流經(jīng)流道時，會產(chǎn)生氣流損失，并且部分氣流會從一個流道越過葉片頂部進入另一個流道，造成潛流損失，但由于結構簡單，易于制造，并有足夠強度和剛度而得到廣泛應用。工作葉輪的葉片一般為徑向直葉片，空氣沿著這些葉片組成的流道內(nèi)流動，并在極大的離心力作用下被甩向輪緣后流入擴壓器，因為氣流溫度T、壓力P、速度C均大有提高，因而擁有高的動能和壓力能。這種軸向進氣道略呈收斂形，以形成有利的吸氣條件。從導風輪進口到擴壓器出口的流道，通常稱為壓氣機的流通部分。第二章 渦輪增壓器分析渦輪增壓器時用內(nèi)燃機的廢氣推動渦輪機來帶動壓氣機，以壓縮進氣，達到進氣增壓的要求。各國紛紛致力研究提升渦輪增壓技術，不斷改進渦輪增壓器的設計制造理論和工藝，提出新設計的理念。經(jīng)過分析試驗數(shù)據(jù)確定哪種增壓器具有更佳的匹配效果。 選題來源及意義采用增壓技術可以提高內(nèi)燃機的動力性和燃油經(jīng)濟性，并可以節(jié)約能源、降低噪聲，可以在高海拔地區(qū)使用時恢復發(fā)動機因空氣稀薄導致的功率下降，適應高海拔地區(qū)車輛和工程機械作業(yè)的要求。此外，國外生產(chǎn)徑流式渦輪增壓器的公司還有美國的AerodyneDalls（愛羅達因德國KKK公司是世界上生產(chǎn)小型渦輪增壓器的著名廠商之一。從80年代開始，美國蓋瑞特公司、德國KKK公司、英國Holset（霍爾賽特）公司和日本的MHI（三菱重工）等國外小型徑流式增壓器的主要生產(chǎn)廠商相繼開發(fā)出前傾后彎壓氣機葉輪、各種廢氣放氣閥和可變幾何渦輪增壓器。這樣，既可降低燃油消耗量，又可減少排放污染物。（5）噴嘴環(huán)新式廢氣渦輪增壓器的噴嘴環(huán)，是用高強度的鑄鐵材料澆鑄而成，保證使用壽命長。但其結構復雜跨距大，增壓器轉(zhuǎn)子粗重，壓氣機等不便于軸向進氣。（2）新型殼體渦輪殼體一般為鑄件，質(zhì)量及熱慣性均較大。有高工況放氣系統(tǒng)、低工況進排氣旁通系統(tǒng)、可調(diào)渦輪噴嘴截面增壓系統(tǒng)、電動放氣渦輪增壓系統(tǒng)、增壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和帶電機的渦輪增壓器。這可使重型柴油機N0x降低80%，微粒減少90%，比油耗改善16%。若把自然吸氣柴油機改成同樣排量的增壓柴油機，因其空氣供應充足，碳煙和CO的排放大幅度減少；由于燃燒充分，燃燒溫度升高，燃燒室的化學反應更趨強烈，HC化合物的排放也會降低。（2）節(jié)能渦輪增壓器的原理是利用發(fā)動機排放的廢氣來驅(qū)動渦輪機，渦輪機轉(zhuǎn)動來帶動同軸的壓氣機工作，壓氣機對將進入發(fā)動機的新鮮空氣進行壓縮，從而增加發(fā)動機的進氣量，提高發(fā)動機的功率、機械效率和熱效率，使發(fā)動機渦輪增壓后耗油率可降低5% ~10%。 車用渦輪增壓技術的特征總體來說,當今的車用渦輪增壓技術主要具有以下5點特征：（1）小型化在發(fā)動機重量及體積增加很少的情況下，發(fā)動機不需要做重大改變，即很容易提高功率20% ~50%。采用增壓技術可以提高內(nèi)燃機的動力性和燃油經(jīng)濟性，并可以節(jié)約能源、降低噪聲，可以在高海拔地區(qū)使用時恢復發(fā)動機因空氣稀薄導致的功率下降，適應高海拔地區(qū)車輛和工程機械作業(yè)的要求。根據(jù)氣體三元流動理論設計的前傾后彎式壓氣機葉輪，不僅提高了效率，而且使高效區(qū)的范圍擴大。在小型車領域，20世紀70年代是渦輪增壓器一個重要的轉(zhuǎn)折點。1954年蓋瑞特公司成立了空氣學工業(yè)研發(fā)部（AirResearch Industrial Division）也就是后來的蓋瑞特引擎公司（Garrett Automotive），專門設計和生產(chǎn)渦輪增壓器，這對于現(xiàn)代渦輪引擎的產(chǎn)生和發(fā)展具有劃時代意義。在卡車領域，蓋瑞特T04渦輪增壓器最早應用在農(nóng)業(yè)機械上。當時，渦輪增壓技術的廣泛應用也促進了許多新技術、新工藝的產(chǎn)生和發(fā)展。 Experiment 目 錄摘要 1Abstract 2 國外發(fā)展 7 國內(nèi)發(fā)展的狀況 8 選題來源及意義 8 本文的研究內(nèi)容 8 8第二章 渦輪增壓器分析 10 10 10 廢氣渦輪的組成和工作原理 11 渦輪增壓器模型分析 12 12 渦輪模型 12 增壓器動力學模型 12 發(fā)動機模型 12 本章小結 13第三章 NC4110Z15柴油機增壓器選型 14 14 NC4110Z15型柴油機的性能特點和主要技術參數(shù) 14 14 15 選型方案 15 15 16 16 增壓器實物圖 16 增壓器結構圖 17 本章小結 17第四章 試驗組織 18 試驗條件 18 1儀器 19 數(shù)據(jù)采集 19 采集手段 19 試驗平臺簡圖 19 本章小結 20第五章 試驗結果與分析 21 21 24 離心壓氣機喘振分析 25 本章小結 26第六章 結論和調(diào)整建議 28 結論 28 28 28 增壓器安裝建議 29 日常保養(yǎng)和使用 29 本章小結 30結束語 31參考文獻 32致謝 33附錄A 外文翻譯原文部分 34附錄B 外文翻譯譯文部分 39附錄C 試驗平臺圖片 42附錄D EIM0301D測控儀操作規(guī)程 44第一章 前言在1905年，瑞士的Alfred J. Buchi博士就對渦輪機驅(qū)動壓縮機這一裝置申請了專利，并于1909~1912年設計開發(fā)了世界上第一臺廢氣驅(qū)動的軸流式渦輪增壓器，進而于1915年首先策劃了將渦輪增壓器應用于柴油動力機。本文對增壓器運行出現(xiàn)的喘振給出了分析，并針對如何提高增壓器匹配性能提出了調(diào)整建議。本文研究的是NC4110Z15型柴油機的渦輪增壓器匹配問題。摘要現(xiàn)代柴油機已是高新技術產(chǎn)品的代表之一，現(xiàn)代柴油機具有節(jié)能、低污染的先天優(yōu)勢、能滿足日益嚴格的排放法規(guī)要求，這得益于普遍采用了渦輪增壓技術?？梢哉f，正是由于各種排放、噪聲法規(guī)的大量出臺和人們對渦輪增壓技術的更高要求，特別是渦輪增壓技術對高原發(fā)動機的功率補償，車用渦輪增壓技術迎來了發(fā)展的黃金時期。經(jīng)過分析確定TB28具有更佳的匹配效果。 Matching。特別是在美國，通用公司為軍用飛機研制的渦輪增壓器，被數(shù)以萬計地應用在戰(zhàn)斗機和轟炸機上。在小型車領域，20世紀70年代是渦輪增壓器一個重要的轉(zhuǎn)折點。20世紀40年代末50年代初蓋瑞特公司開始從事20~90PS（15~67kW）的小功率引擎的渦輪增壓器的研究，并取得了成功。時至今日，幾乎所有的卡車都搭載了渦輪增壓器的引擎。面對用戶對發(fā)動機在動力性、經(jīng)濟性和廢氣排放等方面所提出的更高要求，在市場競爭和排放法規(guī)的雙重壓力下，發(fā)動機和零部件生產(chǎn)廠商研制開發(fā)具有更高性能的增壓器；為了提高車用增壓發(fā)動機的低速性能和加速響應特性，發(fā)展了各種型式的可變截面渦輪增壓器和陶瓷渦輪；為提高渦輪增壓器在高比轉(zhuǎn)速下的效率，發(fā)展了混流渦輪。目前，增壓技術已成為提高發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性和降低廢氣、噪聲排放的最有效措施之一。我國有大面積的高海拔區(qū)域，同時作為資源相對有限的發(fā)展中國家來說，發(fā)展渦輪增壓技術對我國建設“低碳”的環(huán)境友好型社會具有戰(zhàn)略性的重要意義。因此，采用渦輪增壓技術，可在功率保持不變的前提下，大大降低發(fā)動機的整體尺寸、這對發(fā)動機及車輛的小型化、輕量化和降低成本有巨大的吸引力。柴油機的過量空氣系數(shù)本來就遠遠超過1，增壓使柴油機的過量空氣系數(shù)進一步提高，對排放產(chǎn)生了明顯的影響。同時，提高了充量溫度，縮短了滯燃期，降低了燃燒噪聲。（5）渦輪增壓器與發(fā)動機多種匹配方式為了最大限度地發(fā)揮渦輪增壓技術的潛力和不同目的的需求，人們研究出了多種渦輪增壓器與發(fā)動機的匹配方案。同時為保證在整個運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)有足夠的喘振余量及高效率，壓氣機的出氣殼采用優(yōu)化的輪廓，可適于一個或二個出氣口。外支承式軸承運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性好，維護管理方便，便于拆裝，軸承距離較遠，轉(zhuǎn)子受高溫氣體的影響較小，便于布置與安裝軸封