主机废气涡轮增压器分析及其防喘振控制的设计

内容摘要

摘要：船用柴油机增压器采用废气涡轮增压的方法，增加了柴油机的进气量，使柴油机的工作过程得到改善，燃油消耗下降，经济性提高。因此，其工况好坏直接影响柴油机的工作。当增压器发生喘振，不但无法达到预期的增压比，而且会造成机损事故。所以，防止喘振的发生及其重要。

本文对“育鲲”轮上的船用二冲程机轴流式定压涡轮增压器及其喘振作了研究。 首先，本文介绍了NA40/S型涡轮增压器的工作原理，并阐述了其特点。

然后，阐述了涡轮增压器喘振的机理，并列出了影响“育鲲”轮上的增压器喘振的因素。接着，分析其喘振发生的具体原因和解决方法。设置了NA40/S型增压器喘振故障的排除程序。

最后，文章对NA40/S型增压器的防喘振控制进行了设计。提出了三种方案并分析了其优缺点，选取了最适宜的方案，并对其具体的控制进行了设计。

关键词：柴油机； 增压器； 喘振

ABSTRACT: The turbocharger of diesel engine adopt the method of supercharging

to increase the quantity of the inlet gas ,improve the working process of diesel engine , reduce the consume of the fuel oil and raise the economical efficiency . So , the working condition directly influence the working of diesel engine . When the turbocharger is surging , it not only can’t get the compress ratio , but also will make the machine broken accident . As a result , preventing the is very important .

This paper make a research to the turbocharger and surge on “yukun” ship . First，this paper introduce the NA40/S turbocharger principle of work and expound its characteristic .

Then，expound the turbocharger mechanism , and list the affecting factor of the surge on “yukun” . After that , analyze the reason of surge and resolvent . Set the exclude procedures of the NA40/S turbocharger error .

At last , this paper design the controlling of preventing the surge of NA40/S turbocharger . Propose three program and analyze their advantage and fault . Choose

the best program and design the material control .

Keyword: diesel engine turbocharger surge

目 录

1“育鲲”轮废气涡轮增压器工作原理与特点 ............................................................................. 4

1.1增压器工作原理 ................................................................................................................. 5 1.2 NA40/S型增压器的主要特点 ........................................................................................... 6

1.2.1滑油系统 .................................................................................................................. 6 1.2.2密封空气系统 .......................................................................................................... 7 1.2.3Jet-Assist 加速系统 ................................................................................................. 7

2.增压器喘振的机理 ........................................................................................................................ 8 3.影响增压器喘振的因素 ................................................................................................................ 9

3.1 柴油机因素 ...................................................................................................................... 10 3.2 中冷器因素 ...................................................................................................................... 11 3.3 增压器自身因素 .............................................................................................................. 11 3.4 环境因素 .......................................................................................................................... 11 4.增压器喘振的具体原因和解决办法 .......................................................................................... 13

4.1 增压系统气流通道堵塞 .................................................................................................. 13 4.2 增压器或柴油机故障，工况改变，增压器压气机工作点左移，处于喘振区 .......... 13 4.3 运行中的增压器与柴油机暂时失配 .............................................................................. 14 5.“育鲲”轮增压器喘振故障的排除程序 .................................................................................. 15 6.NA40/S型增压器防喘振控制的设计 ........................................................................................ 16 7.结论 ............................................................................................................................................. 20

“育鲲”轮主机废气涡轮增压器分析及其

防喘振控制的设计

前言

作为当今热效率最高的动力机械，柴油机以其良好的经济性广泛应用于远洋船舶和内河船舶。自石油危机以来，为了增加功率，改善热效率，提高经济性。柴油机增压程度不断提高。增压技术使柴油机的动力性、经济性上了一个台阶，被誉为“柴油机发展史上的第二个里程碑”。增压也就成为了提高柴油机功率的主要途径。船用柴油机增压器一般应用废气涡轮增压的方法，利用柴油机排出的废气能量驱动涡轮高，带动与涡轮同轴的压气机叶轮高速旋转，压气机将空气压入柴油机的气缸，增加了柴油机的充气量，可供更多的燃油完全燃烧，不仅柴油机工作过程得到改善，燃油消耗下降，经济性提高，排放也得到改善。因此，其工况的好坏直接影响柴油机的工作。

由于涡轮增压器是回转式机械，而柴油机是往复性机械，两种机械的特性不同，这就涉及到两者工况的匹配问题。当两者工况不匹配时，则增压器就将发生喘振。喘振不仅是压气机达不到预期的增压比，而且会损坏压气机部件，并导致整台涡轮增压器机损事故。因此，了解增压器喘振的原因，预防和消除增压器喘振，是轮机管理的重要内容。

1“育鲲”轮废气涡轮增压器工作原理与特点

“育鲲”轮主机为MANB&W公司生产的，机型为6S35MC。其废气涡轮增压器也是MANB&W生产的，型号为NA40/S。由废气涡轮和压气机两部分组成。压气机采用的是单级径流离心式压气机。主要由进气消音器、压气机叶轮、扩压器、排气蜗壳等组成。废气涡轮是轴流式废气涡轮。它由涡轮进气箱、喷嘴环、工作叶轮、排气箱等组成。转子由轴承支撑。轴承是内支撑式的。在压气机端有定位轴承，用于轴向定位和承受侧推力。如图1-1所示。

图1-1

轴承的润滑和主机滑油的循环是一体的。滑油的过滤级别小于0.05mm。最大允许油温在70摄氏度。在60摄氏度时使用滑油SAE30，在65摄氏度时使用滑油SAE40。在正常操作和负荷下，滑油压力在1.5bar左右；报警和降速至主机负荷减半时，滑油压力可小于1.0bar；主机停车时，滑油压力应小于0.8bar。滑油流量为4.5至5.0立方米每小时。定位轴承和涡轮端的支撑轴承由两个来自主机滑油循环系统的独立的供应油管供应滑油。滑油也用于冷却。

涡轮叶轮和轴是一体的，而压气机叶轮是被安装在轴上。增压器采用非冷却式的，既减轻了增压器的重量，也避免了增压器壳体可能出现的低温腐蚀。废气涡轮的壳体是绝热的。

1.1增压器工作原理

气缸排出的废气驱动增压器转子，将废气转化为能量。废气穿过增压器，依次通过涡轮喷嘴环，涡轮叶轮，气体出口扩压，到达气体出口箱后进入排气总管。涡轮高速旋转带动同轴上另一端的压气机叶轮同步旋转，使经过进气箱或消音器而进入气缸内的空气，被压缩机叶轮，扩压器，压缩机壳体压缩。压力增高的空气经过中央冷却器和进气管路，被压入主机气缸，使得喷入气缸内的柴油在这种条件下得到充分燃烧，使功率提高，降低了油耗率。

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