主機廢氣渦輪增壓器分析及其防喘振控制的設計畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-23 06:02 本頁面
【文章內容簡介】 )所示。 圖21在葉輪進口處，氣流速度同樣可分解為相互垂直的圓周分速度和徑向分速度。當氣流相對葉片的轉速一定而流量變化時，氣流的圓周分速度是不變的，而軸向分速度是變化的。當空氣流量小于設計值時，氣流軸向分速度減小，氣流相對于葉輪的速度也隨之減小，其方向和葉片的構造角之間形成一個負沖角，導致氣流進入葉道時，撞擊葉片前緣的凹面前緣，而在凸面上產生氣流的分離。如圖22中（c）所示。 圖22在設計流量下，如兩圖（a）所示，氣流平順地流進葉片前緣和擴壓器，氣流與葉輪葉片、擴壓器既不發(fā)生撞擊，也不發(fā)生分離。當流量大于設計流量時，如兩圖（b）所示，氣流在葉輪葉片前緣沖向葉片的凸面，與葉片的凹面發(fā)生分離；在擴壓器中氣流沖向葉片的凹面，與葉片的凸面發(fā)生分離。但是，由于葉輪葉片的轉動壓向氣流分離區(qū)，擴壓器中氣流的圓周向流動壓向氣流分離區(qū)，氣流分離區(qū)受到限制，不致隨流量的增加而過分地擴大。當壓氣機的工作情況正常時，隨著空氣流量減少到一定程度，在壓氣機的通流部分開始產生旋轉脫離現象。假如空氣流量繼續(xù)減小，旋轉脫離就會強化和發(fā)展，當它發(fā)展到某程度后，由于氣流強烈脈動，就會使壓氣機的出口壓力突然下降。此時，進氣總管中的氣體壓力就會比壓氣機出口的壓力高，這將導致部分氣流從總管流到壓氣機中去；而另一部分空氣則仍繼續(xù)前進。由于這兩個因素的作用，進氣總管中的壓力就會立即降下來。而隨著總管中的壓力的下降，流經壓氣機的空氣流量就會自動增加上去；與此同時，壓氣機葉柵中發(fā)生的氣流脫離現象就會逐漸趨于消失。即壓氣機的工作情況將會恢復正常。當這種情況繼續(xù)一個很短的時間后，進氣總管中的壓力就會再次升高，流經壓氣機的空氣流量又會重新減少下來，在壓氣機通流部分中發(fā)生的氣流脫離現象又會再出現。上述過程就會周而復始地進行下去。這就是所謂的喘振。 從增壓器的工作原理可知，壓氣端與廢氣端的能量不平衡是導致增壓器喘振的根本原因。而導致根本原因的因素很多，比如：增壓器濾網臟堵，透平氣道臟堵，柴油機燃燒不良導致后燃，柴油機負荷嚴重不均，柴油機氣閥關閉不嚴漏氣，氣閥和噴油定時不對，掃氣箱著火等等。針對于“育鯤”輪上的增壓柴油機是新造的，只要設計上沒有問題，一般渦輪增壓器與柴油機匹配良好，增壓器不會產生喘振，但隨著運轉時間的增長，增壓系統(tǒng)中各個部件就會污損，柴油機某些部件也會產生故障，致使兩者的性能逐漸惡化，匹配不良，壓氣機流量減小，造成氣流與葉片強烈撞擊與脫流而產生喘振。在實際運行當中，渦輪增壓器的喘振在大多數情況下并不僅僅是由渦輪增壓器自身的因素所引起，而是與來自柴油機或其他的設備的因素共同作用甚至是僅由來自渦輪增壓器以外的因素所造成的。 柴油機因素（1） 柴油機轉速或載荷波動引起喘振 當柴油機轉速或載荷突然下降，增壓器由于本身轉速很高，轉動能量很大，一時間不能隨柴油機轉速下降而降低，增壓器的供氣量大于柴油機所需的空氣量，柴油機不能消耗的空氣就使得壓氣機背壓升高而產生瞬時喘振。當增壓器轉速下降后，壓氣機的吸氣量與柴油機所需空氣量重新達到平衡后，喘振即自行消失（2） 配氣機構故障引起喘振 進、排氣口打不開或關不嚴時，會造成增壓器喘振。當進氣口打不開時，壓氣機進氣阻力增大，同時氣缸內空氣不足、燃燒惡化、后燃嚴重，導致增壓器轉速提高，空氣量的供需矛盾惡化，引起增壓器喘振。進氣口關不嚴時，一方面會造成空氣與燃氣泄漏、燃燒惡化，另一方面限制了正?？諝膺M入穩(wěn)壓箱，最終引起增壓器喘振。排氣口打不開，廢氣無法排出，當進氣口再次打開時，廢氣倒流，降低了新鮮空氣的純度，導致燃燒惡化，同時增加了壓氣機進氣阻力，引起增壓器喘振。排氣口關不嚴時，一方面在吸氣過程，廢氣倒灌，降低了新鮮空氣的純度，導致燃燒惡化；另一方面在燃燒過程，部分燃燒混合氣進入排氣總管繼續(xù)燃燒，提高了排氣溫度，引起增壓器喘振。（3） 后燃嚴重引起喘振 當柴油機燃燒狀態(tài)惡化、后燃嚴重時，排氣溫度升高、廢氣能量增加，使增壓器轉速增加，壓氣機的吸氣隨之增加，而氣缸內又容納不了過多的空氣量，造成增壓器喘振。 中冷器因素 為了降低增壓后的空氣溫度，增大進氣密度，使柴油機的循環(huán)進氣量增多，在壓氣機出口和柴油機入口之間安置中央冷卻器，這樣可以在柴油機的熱負荷不增加甚至降低，機械負荷增加不多的前提下，較大幅度地提高柴油機功率和經濟性，降低排放。中冷器的常見故障時冷卻水溫度過高或堵管數過多造成冷卻效率下降。最終都將造成增壓空氣冷卻不足，進氣量不夠，燃燒惡化，引起增壓器喘振。 增壓器自身因素 （1）增壓器喘振裕度偏小 喘振裕度是指增壓器在與柴油機配套工作時，每一轉速下都有一個要發(fā)生喘振的最小空氣流量極限值。當柴油機在某轉速下喘振裕度不足時，增壓器就會出現喘振。 （2）壓氣機或渦輪的流通面積不足 由于壓氣機或渦輪流道上有積垢、積碳或異物，導致流通截面減小，空氣或燃氣不能順利通過，引起增壓器喘振。 環(huán)境因素 （1）空氣吸入溫度
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