新型廢氣渦輪增壓器設計特點分析

吉秋菊 謝小虎 徐韜

摘 要：現代柴油機可以通過增加空氣系數和關閉滯后的排氣閥的方式提高其熱效率。當柴油機的熱效率較高時，渦輪前的廢氣溫度才容易降低，而且渦輪所排出的廢氣的能量也會很大程度的減小，為了保證渦輪的氣缸具有足夠的進氣量，廠家在選擇廢氣渦輪增壓器的時候，應該選擇高效率的增壓器。在柴油機中引入新型的廢氣渦輪增壓器可以有效的提高輸出功率。

關鍵詞：新型優化+降低應力、可靠性、整體集成

將新型廢氣渦輪增壓器引入到柴油機中，不僅可以提高柴油機輸送氣體的能力，而且還可以一定程度的提高柴油機的輸出功率。為了使增壓器的性能變得更好，就需要加強設計增壓器力度。現在人們可以通過現代的計算方法將增壓器的所有部件進行優化。本文主要分析增壓器各個部件的特點以及部件相應的改進。

1、軸承支承方式

廢氣渦輪增壓器支承轉子的形式有三種：外支承式、內支承式、內外支承式，這兩種形式的主要差別是軸承位于兩葉輪的不同位置處，且每種支承形式都有兩個軸承。

支承轉子的三種形式中的外支承式軸承在運轉的時候比其他兩種更穩定。外支承式軸承不僅容易管理維護，而且在拆裝的時候也比較方便。外支承式軸承在安裝軸封的時候也比較方便，因為軸承具有一定的距離，所以在高溫氣體的環境下，轉子不會受到很明顯的影響。由于軸承的直徑比較小，所以軸頸在轉動時的線速度不會很大，這樣軸承就不會因為磨損太嚴重而影響使用壽命。

內支承式軸承的尺寸要小于外支承式，而且其軸承距離也比外支承式軸承小很多，通常內支承式軸承選擇的殼體是非冷卻形式的，而且其氣體必須沿軸承的軸向進入，雖然軸向進氣會使得回轉的穩定性較低，但是軸向進氣對于流道的清洗十分有利。

2、冷卻方式和殼體

廢氣渦輪增壓器的渦殼有兩種：冷卻式渦殼，非冷卻式渦殼。冷卻水式渦輪的結構是屬于雙層式，渦輪增壓器渦殼中的水冷卻的時候排氣殼內壁的溫度因為水的冷卻而降低。當渦輪吸收廢氣后，燃油中的硫在燃燒的時候所產生的硫化物會進一步生成具有強烈腐蝕性的硫酸，最后導致鑄鐵殼體被腐蝕。

新型廢氣渦輪增壓器不僅增壓度提高，而且壓氣機出口的增壓空氣的溫度也變高，但是進入渦輪增壓器中的廢氣溫度卻變低，所以渦殼在這種情況下不需要冷卻廢氣，因此，此時應該選擇非冷卻式渦殼。非冷卻式渦殼不僅重量輕，而且結構也比較簡單，因為渦殼的結構是屬于單壁式。由于非冷卻式渦殼中進出管路的水沒有被冷卻，所有鑄鐵殼體就不會被低溫的硫酸腐蝕，此外，流出渦輪的廢氣溫度通常都比較高，所以廢氣鍋爐中儲蓄了許多可用的能量，這使得柴油機的熱效率得到了很大程度的提升。

新式的非冷卻式殼體中引入了新式的增壓器，新式增壓器中改進的透平出口擴壓器既可以將透平葉輪出口處大部分廢氣的剩余能量轉化為壓力能，又可以用作透平整體防爆裝置防止渦輪的爆破。新式增壓器還具有降低噪音的功能，因為新式增壓器的結構十分緊湊，導致噪音只能在很小的表面傳播，而且透平出口和壓氣機殼體都是屬于絕緣層，也起到了降低噪音的效果。

3、增壓器軸承

增壓器軸承也有兩種：滾動式軸承、滑動式軸承。其中滾動式軸承具有良好的加速性能，而且摩擦損失也比較小，但是滾動式軸承需要的成本極高，而且使用壽命也很短。滑動式軸承不僅結構簡單，而且還比較容易維修，最重要的一點是滑動式軸承的使用壽命要遠高于滾動式軸承，這是因為滑動式軸承沒有安裝彈簧片減震的裝置，但是滑動式軸承的摩擦損失比滾動式軸承高許多。滑動式軸承中的TCA具有浮動軸襯，浮動軸襯不僅可以運轉靜音，而且還可以減小軸承的磨損，使得軸承的使用壽命能夠很大程度的增加。

如果廢氣渦輪增壓器是屬于滑動式軸承，那么使用結束后需要對軸承進行潤滑處理，潤滑劑應該選擇主機系統油，因為使用主機系統油可以省掉濾器、冷卻器等許多的設備，而且裝載主機系統油的重力油柜可以有效的提高可靠性。雖然主機滑油泵可能會因為停電而停止運轉，但是投票權轉子卻不會受到任何影響，因為重力油柜可以通過提供滑油的方式使透平轉子持續、高效的運行。

而且在拆裝推力軸承對增壓器軸承進行維修的時候，可以不用拆除壓氣機殼體和透平轉子直接進行維修。

4、透平葉片

新式透平所采用的葉片是屬于寬弦式，其葉片的根部比原來透平的根部更寬，因為寬弦葉片所能承受的壓力更大，而且在透平圓盤安置寬弦葉片還可以一定程度的提高透平的剛性。原來的透平葉片會將葉片通過減振鋼絲全部連接在一起，以防止透平葉片劇烈的振動，但是這樣會導致進氣處的阻力大幅度的增加，使得透平的效率降低，所以，新式透平不在用減振鋼絲將所有葉片連接在一起，這樣不僅利于透平的拆裝與檢修，而且還提高了透平的效率。

5、壓氣機

壓氣機葉輪在正常工作時的線速度大于500米每秒，極大的線速度使得壓氣機葉輪在轉動時產生了離心力，為了提高壓氣機葉輪工作的可靠性以及葉輪的使用率，人們通過計算發現，在新型廢氣渦輪增壓器中所使用的壓氣機葉輪所采用的材質是鈦合金，因為鈦合金不會受到高壓環境的影響。壓氣機的出氣殼所是使用的輪廓都是被優化過的，因為優化的輪廓既可以保證壓氣機在運行的全過程的踹振余量都是充分的，又可以保證壓氣機能夠平穩高效的運行，但是采用優化輪廓的氣殼只適用于出氣口較少的情況下。

6、噴嘴環

新式廢氣渦輪增壓器的噴嘴環所使用的鑄鐵材料必須具有極高的強度，因為鑄鐵材料的強度是決定噴嘴環的使用壽命的直接因素。新式廢氣渦輪增壓器中噴嘴環的形狀使得渦輪的工作效率變得更高，若要給透平增壓器匹配一個最合適的柴油機，就必須借助噴嘴環才能實現。新式噴嘴環的截面可以根據條件而改變，因為柴油機的荷載和速度的變換速度極快。如果柴油機的荷載發生變化，噴嘴環就會將自身的流通截面做出適當的改變，以保證柴油機能夠找到最合適的透平增壓器，柴油機處于負荷運轉的時候，噴嘴環可以通過減小截面的大小，將渦輪中的廢氣壓力能盡可能的轉化為可利用的動能，為柴油機提供足夠的空氣以保證柴油機能夠正常運行。新式廢氣渦輪增壓器中噴嘴環不僅可以減少燃油的使用，而且還可以降低污染物的皮膚。

7、靜音消音器

目前的新型徑向靜音消音器能夠將噪音控制在150分貝以下，靜音消音器中的徑向消音扇形片的主要功能是為廢氣提供最合適的流通條件，既能保證透平葉片能夠在全范圍內高效運轉，又能確保靜音能夠滿足標準要求。此外、新型廢氣渦輪增壓器圓周上的過濾網墊不僅可以輕易拆除，而且還容易清洗。

結束語：

綜上所述，新型廢氣渦輪增壓器不僅可以提高柴油機的可靠性和維護性，而且還可以獲得更多的經濟效益。新型廢氣渦輪增壓器將整體集成設計與高強度的材料有效的結合在一起，不僅減少了整個系統所需要的零件數量，而且還是得機器上的安裝變為最簡單，同時渦輪增壓器的使用壽命也提高了許多，所以維修工作也被減到了最少，既保證了渦輪增壓器的正常運行，有降低了渦輪增壓器所需的成本。

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