主機廢氣渦輪增壓器分析及其防喘振控制的設(shè)計畢業(yè)論文-資料下載頁
2025-06-26 06:02本頁面
【正文】 節(jié)旁通閥的開度可以改變其前后壓降及旁通空氣量，從而調(diào)節(jié)柴油機掃氣壓差和平衡運行點位置。當(dāng)船舶滿載、頂風(fēng)、污底嚴(yán)重時，由于阻力增加，主機負荷增大，主機在低轉(zhuǎn)速高負荷下運行，氣缸耗氣量降低而循環(huán)噴油量增加，廢氣能量增大，增壓器轉(zhuǎn)速升高，供氣量增多，容易導(dǎo)致增壓器與柴油機匹配不良而出現(xiàn)喘振。這時可以增大旁通閥開啟角度，增加節(jié)流損失，使壓氣機流量減少。最終可導(dǎo)致柴油機本身油耗率和排溫降低。當(dāng)柴油機噴油設(shè)備故障，柴油機燃燒不良，后燃嚴(yán)重；氣缸漏氣，熱負荷增大，排煙溫度升高。排溫升高即廢氣能量增加，增壓器轉(zhuǎn)速升高，供氣量增加。這時，如果供油量不變，則出現(xiàn)柴油機與增壓器不匹配的情況。同上述情況類似，可以通過調(diào)節(jié)旁通閥直至柴油機故障消失從而防止喘振的發(fā)生。壓氣機渦輪旁通閥圖61但是，排氣溫度由于增壓空氣的加入而下降，使渦輪功降低。所以為了在旁通時不使排氣溫度和渦輪功下降，可在旁通閥后再串聯(lián)一個補燃室或采用回?zé)崤酝ㄏ到y(tǒng)。由于回?zé)崤酝ǖ拇胧╇m然可以在性能上得以改善或使性能變壞減輕，但回?zé)嵩O(shè)備較復(fù)雜，不利于布置，所以很少使用。若使用補燃室，一方面在柴油機起動時可以點燃補燃室形成燃氣輪機循環(huán)，提高進氣壓力和溫度以滿足柴油機的良好起動條件，另一方面，可隨時提供渦輪足夠的能量以保證柴油機得到足夠的空氣量。壓氣機渦輪旁通閥補燃室圖62依據(jù)發(fā)生喘振的原因是壓氣端與渦輪端的能量不平衡，針對旁通閥設(shè)計的不足之處，可以考慮不設(shè)旁通閥，而考慮直接把部分的的排氣或部分的增壓空氣直接通過一個放氣閥排出，從而使壓氣端與廢氣端的能量平衡。即當(dāng)氣缸耗氣量降低，而廢氣能量由于排煙過高而增大時（如柴油機在低轉(zhuǎn)速高負荷下運行），可以將部分廢氣通過放氣閥而不通過渦輪直接排出。壓氣機渦輪放氣閥圖63放氣方式有兩種：一種是將部分排氣放入大氣，一種是將部分增壓空氣放入大氣。從熱力學(xué)觀點看，放排氣比放增壓空氣理想一些。但是，采用這種方法的缺點是在高工況下經(jīng)濟性不好，對于高工況較少的車用柴油機較適用，而由于“育鯤”輪上的柴油機高工況運行時間長，經(jīng)濟性不好，所以一般不采用。由于NA40/S型增壓器的噴嘴環(huán)是不可變的。因而，可以考慮采用變噴嘴環(huán)進行喘振的控制。所謂變噴嘴環(huán)，即噴嘴環(huán)的出口截面積是可以改變的。當(dāng)柴油機出現(xiàn)故障（如氣閥燒損，氣缸漏氣），熱負荷增大，排煙溫度升高，廢氣能量增加，將使增壓器轉(zhuǎn)速增加，供氣量增多，使柴油機與增壓器失配。這時，讓噴嘴環(huán)出口截面積增大，使增壓器轉(zhuǎn)速相對減小，增壓壓力降低，增壓不過量，從而防止由于柴油機與增壓器的失配而產(chǎn)生喘振。經(jīng)研究表明，采用變噴嘴環(huán)增壓器時，渦輪的能量損失會有所減少，但考慮到變噴嘴環(huán)的葉片調(diào)節(jié)時會有間隙，因此會有附加漏氣損失，此損失的大小決定了變噴嘴環(huán)后渦輪性能的好壞。這又取決于變噴嘴環(huán)的設(shè)計制造技術(shù)。所以比起同類增壓器的產(chǎn)品，初投資要增多，減少了經(jīng)濟性。因而“育鯤”輪上的柴油機適宜采用上述所說的旁通補燃控制來防止壓氣機喘振。而采用旁通補燃的關(guān)鍵就是控制旁通閥的開度。旁通閥若開得過大，旁通空氣量過大而影響缸內(nèi)的燃燒質(zhì)量，使熱負荷上升，反而有造成喘振的危險。為了精確、方便地控制旁通閥，可采用微機控制系統(tǒng)進行控制。旁通閥的開度是根據(jù)壓氣機流量和壓氣機進出口壓力差確定的。 A/D微機放大執(zhí)行旁通閥流量壓力差開度旁通閥控制系統(tǒng)圖64壓氣機渦輪旁通閥控制器P1P2F圖65 P1為壓氣機進口壓力；P2為壓氣機出口壓力；F為壓氣機流量 △P=P2P1 為壓氣機前后端壓差。 壓氣機在工作區(qū)內(nèi)，F(xiàn)與△P成一定的比例關(guān)系，即F/△P≥K,K為系統(tǒng)設(shè)定的比例常數(shù)。 當(dāng)F/△PK時，系統(tǒng)進入喘振區(qū)，旁通閥依據(jù)F/△P的值對旁通閥閥門開度進行自動調(diào)節(jié)，以防止喘振的發(fā)生。（圖中的控制器為可編程控制器，可用PLC控制） 隨著高壓比、高效率渦輪增壓器的發(fā)展，渦輪增壓柴油機的增壓程度越來越高。但隨著增壓比的提高，增壓器的匹配矛盾也就越突出，增壓器難以同時滿足柴油機所有工況運行時的燃燒空氣的需要。增壓器與柴油機之間的匹配，防止喘振發(fā)生成為急需解決的問題。本文所做的主要工作和得出的結(jié)論：“育鯤”輪上增壓器的工作原理和特點，結(jié)合喘振的機理，得出喘振產(chǎn)生的主要原因是壓氣機中的流量小于設(shè)計工況，而使氣體在葉片或擴壓器上產(chǎn)生強烈的分離，同時產(chǎn)生強烈的脈動，引起壓氣機工作不穩(wěn)定?！坝H”輪的實際，列出了可能影響船上增壓器喘振的因素。主要有柴油機因素，中冷器因素，增壓器因素，環(huán)境因素。，設(shè)置了“育鯤”輪上增壓器喘振故障的排除程序。采用設(shè)置放氣閥，在高工況下經(jīng)濟性不好；采用變噴嘴環(huán)增壓器，初投資過高，經(jīng)濟性不好，且存在排氣泄漏；最適宜采用設(shè)置旁通補燃控制。采用旁通閥控制，可用微機控制系統(tǒng)控制閥的開度。由于知識所限，本文的部分內(nèi)容得研究還很初步，許多內(nèi)容有待于進一步研究：，確定不發(fā)生喘振的柴油機運行界限。，采用PLC進行控制，對其
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