船舶主機(jī)廢氣渦輪增壓器喘振分析畢業(yè)論文-展示頁(yè)
2025-07-06 16:03本頁(yè)面
【正文】 擊, 也不產(chǎn)生分離。流量Q = c S,S 為通流面積。圖3為壓氣機(jī)流量變化時(shí)空氣在葉輪前緣的流動(dòng)情況。在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,當(dāng)壓氣機(jī)的流量減小到一定值時(shí)，氣體進(jìn)入工作葉輪和擴(kuò)壓器的方向偏離設(shè)計(jì)工況，造成氣流從葉片或擴(kuò)壓器上強(qiáng)烈分流，同時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈脈動(dòng)，并有氣體倒流，引起壓氣機(jī)工作不穩(wěn)定，導(dǎo)致壓氣機(jī)振動(dòng)，并發(fā)出沉重的喘息聲或吼叫聲, 這種現(xiàn)象稱為壓氣機(jī)的喘振。圖3柴油機(jī)進(jìn)氣特性曲線壓氣機(jī)與渦輪機(jī)同軸相連, 構(gòu)成渦輪增壓器。當(dāng)流道堵塞時(shí)，背壓升高，流量減少，故工作特性曲線左移，如圖線 C` 所示。在運(yùn)行條件的全部變化范圍內(nèi)，增壓器的工作特性曲線不會(huì)進(jìn)入喘振區(qū)。對(duì)單獨(dú)增壓系統(tǒng)，柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳按推進(jìn)特性工作時(shí)的工作特性曲線如圖 3所示。在b曲線和c曲線之間陰影部分就是表示空氣在壓 氣機(jī)中流動(dòng)的撞擊損失。顯然,偏離設(shè)計(jì)流量愈大,撞擊損失也愈大。因此,隨著流量的增加,摩擦損失增加,而增壓比Π c總是減小的,如圖2中的b線。這些損失都隨流過壓氣機(jī)的氣流速度而變化,也就是隨空氣流量而變化,且隨流量的增加而增大?？梢园褖簹鈾C(jī)中的流動(dòng)損失分為兩類,即摩擦損失和撞擊損失。從理論上講,一只帶后彎式葉片的壓氣機(jī),在沒有流動(dòng)損失的理想情況下,轉(zhuǎn)速為常數(shù)時(shí),增壓比Πc與空氣流量的關(guān)系是呈線性下降趨勢(shì)的,如圖2中的a線。這種變化特點(diǎn)是由于壓氣機(jī)中氣體流動(dòng)特點(diǎn)引起的。然后,進(jìn)一步增加流量V ,增壓比Π c反而降低。它的變化特點(diǎn)是:隨著空氣流量V 的增加,增壓比Πc開始是增加的。表示這種特性的曲線稱為壓氣機(jī)的特性曲線，圖1為現(xiàn)代壓氣機(jī)的特性曲線。蝸殼中的通道也是漸擴(kuò)的,因而空氣流過時(shí)繼續(xù)將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能.離心式壓氣機(jī)在各種不同工況工作時(shí)，它的各主要參數(shù)會(huì)隨之變化。、工作輪、,空氣經(jīng)過空氣濾器消聲器被吸入壓氣機(jī)葉輪。C)和一定壓力(約0. 2～0. 4MPa)及較高的流速,它所含熱量約占燃油燃燒所放出熱量的23%～40%。根據(jù)船舶主機(jī)廢氣渦輪增壓器的工作原理及喘振機(jī)理，有必要提出了一套專門用于分析喘振原因的方法，以減少盲目查找所帶來的不必要的工作，從而迅速解決故障。作為增壓器故障之一的增壓器喘振直接影響著主機(jī)的整體性能。近些年來，船舶柴油機(jī)上的渦輪增壓器故障越來越令人關(guān)注。因此,。目 錄1離心式壓氣機(jī)的工作原理及工作特性…………………………………………………………...12增壓器喘振機(jī)理 ………………………………………………………………………………….33 增壓器喘振原因分析……………………………………………………………………………5 增壓系統(tǒng)流道阻塞因素的影響…………………………………………………..……….6，柴油機(jī)運(yùn)行工況不良………………………………..……6…………………………….……….7…………………………………………………………………….………….84 實(shí)例分析………………………………………………………………………………...…….….104. 1案例1…………………………………………………………………………………….…104. 2案例2………………………………………………………………………………..………124. 3案例3………………………………………………………………….…………...…….….124. 4 案例總結(jié)…………………………………………………………………………...………135 管理措施…………………………………………………………………………………….……13船舶主機(jī)廢氣渦輪增壓器喘振分析引言 現(xiàn)代船舶大型低速柴油機(jī),大多采用增壓的方式來提高經(jīng)濟(jì)性,降低燃油消耗率. 柴油機(jī)實(shí)現(xiàn)增壓,可以在氣缸工作容積和柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況,使柴油機(jī)功率增加百分幾十,甚至成倍增加。若柴油機(jī)采用機(jī)械增壓方式,則消耗柴油機(jī)的功率。增壓系統(tǒng)工作的優(yōu)劣與否直接影響著柴油機(jī)性能及其可靠性。在廢氣渦輪增壓器故障中，又以壓氣機(jī)的喘振最容易發(fā)生,也最為常見。因此, 對(duì)出現(xiàn)喘振的原因進(jìn)行分析了解, 以便能在故障發(fā)生時(shí)迅速做出正確處理, 避免不必要的損失。1離心式壓氣機(jī)的工作原理及工作特性從柴油機(jī)氣缸排出的廢氣具有很高的溫度(約400～500176。因此將廢氣通入渦輪機(jī),使渦輪機(jī)高速旋轉(zhuǎn)來帶動(dòng)離心式壓氣機(jī),由此實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)增壓,這種增壓形式稱為廢氣渦輪增壓。由于通道的導(dǎo)流作用,在進(jìn)氣道中,壓力、溫度略有降低,隨著葉輪高速回轉(zhuǎn),空氣向葉輪外緣流動(dòng)并被壓縮,其壓力、溫度和速度迅速增加,在擴(kuò)壓器中由于流道是逐漸擴(kuò)大,使空氣的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能,流速降低,壓力升高。在不同轉(zhuǎn)速下壓氣機(jī)的排出壓力和效率隨空氣流量的變化規(guī)律，稱為離心式壓氣機(jī)的特性。壓氣機(jī)特性曲線上的等轉(zhuǎn)速運(yùn)行線,通常稱為增壓特性線。當(dāng)流量V 增加至某一值時(shí),Πc值達(dá)到最高。這樣,增壓特性線如似馬鞍形狀。我們可以通過圖2來解釋這種現(xiàn)象。但壓氣機(jī)中的實(shí)際流動(dòng)是有損失的。摩擦損失包括空氣與壁面的摩擦、空氣流內(nèi)部的相互摩擦以及可能產(chǎn)生的波阻損失。如果沒有撞擊損失,壓氣機(jī)消耗的功用來壓縮空氣和克服摩擦損失。壓氣機(jī)中的撞擊損失是由于非設(shè)計(jì)狀態(tài)下,壓氣機(jī)葉輪進(jìn)口和葉片擴(kuò)壓器進(jìn)口處,氣流方向的葉片構(gòu)造角不一致,即產(chǎn)生一定的沖角,使氣流撞擊葉片邊緣而引起損失。因此,考慮了壓氣機(jī)的全部流動(dòng)損失后,在轉(zhuǎn)速為常數(shù)時(shí),增壓比Πc隨流量V 而變化的關(guān)系曲線,就如圖2中的c曲線,這正是增壓特性線似馬鞍形的變化特點(diǎn)。圖 1 壓氣機(jī)的特性曲線2增壓器喘振機(jī)理 增壓系統(tǒng)中增壓器的運(yùn)行特點(diǎn): 柴油機(jī)在各種負(fù)荷下，所需要的增壓空氣流量與增壓壓力之間的關(guān)系，稱為柴油機(jī)進(jìn)氣特性曲線。由圖可見，增壓器的工作線是一條上部離喘振線較遠(yuǎn)、下部離喘振線較近的曲線。因此，只要設(shè)計(jì)柴油機(jī)時(shí)選配的增壓器合適，在正常情況下是不會(huì)發(fā)生增壓器喘振的。這時(shí)工作特性曲線的下部進(jìn)入喘振區(qū)，會(huì)在低負(fù)荷時(shí)發(fā)生增壓器喘振。渦輪機(jī)在排氣能量的推動(dòng)下, 帶動(dòng)壓氣機(jī)工作, 實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣的增壓。圖4 空氣在工作葉輪前緣附近的流動(dòng)情況壓氣機(jī)喘振的機(jī)理是當(dāng)流量小于設(shè)計(jì)值很多時(shí), 氣體進(jìn)入壓氣機(jī)和擴(kuò)壓器的方向偏離設(shè)計(jì)工況，葉輪進(jìn)口和擴(kuò)壓器葉片內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的氣流分離造成的。圖中μ1 為葉輪剖分處的圓周速度,c1 為空氣進(jìn)入壓氣機(jī)前緣時(shí)的絕對(duì)速度, ω1 表示氣流進(jìn)入壓氣機(jī)葉片時(shí)相對(duì)速度。當(dāng)S不變時(shí), Q與c成正比。當(dāng)流量大于設(shè)計(jì)流量時(shí), 如圖4b所示, 氣流在葉輪前緣沖向葉片的凸面, 與葉片的凹面發(fā)生氣流分離現(xiàn)象。當(dāng)流量小于設(shè)計(jì)流量時(shí), 如圖4c所示, 氣流沖擊葉輪前緣葉片的凹面, 而在葉片的凸面發(fā)生氣流分離現(xiàn)象, 由于葉片向前轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)一步擴(kuò)大了這種分離現(xiàn)象, 導(dǎo)致進(jìn)入壓氣機(jī)的氣流嚴(yán)重撞擊葉片的凹面, 而在凸面產(chǎn)生氣流的旋渦和分離。這種擴(kuò)展使流道變窄, 氣流流動(dòng)受阻, 導(dǎo)致擴(kuò)壓器前空氣堆積, 壓力升高, 出壓力下降, 流量減少。由于流量過小這一根本原因未改變, 在擴(kuò)壓器葉片中又出現(xiàn)氣流分離現(xiàn)象，周而復(fù)始，形成了壓氣機(jī)的喘振。圖 5空氣在擴(kuò)壓器前緣附近的流動(dòng)情況3 增壓器喘振原因分析通過以上分析可以知道導(dǎo)致壓氣機(jī)喘振的根本原因是由于壓氣機(jī)的實(shí)際流量小于該轉(zhuǎn)速下引起喘振的限制流量，造成氣流與葉片的強(qiáng)烈撞擊與脫流。而柴油機(jī)用氣量減少, 增壓器轉(zhuǎn)速高, 或壓氣機(jī)后的氣流通道堵塞, 則會(huì)使壓氣機(jī)背壓升高。但是當(dāng)工作情況發(fā)生變化后, 壓氣機(jī)配合工作特性線會(huì)發(fā)生移動(dòng), 若部分或全部進(jìn)入喘振區(qū), 則會(huì)發(fā)生喘振。當(dāng)柴油機(jī)降轉(zhuǎn)速、卸負(fù)載時(shí)，氣缸內(nèi)所需的空氣量也急劇減少，而增壓器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速卻一時(shí)無法同步下降，使增壓器壓氣機(jī)吸氣量與柴油機(jī)
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