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新闻主题	柴油发电机采用增压中冷技术的目的和原因

 

在柴油发电机中，增加平均有效压力是提高和强化柴油发电机功率的最有效措施之一。而增加平均有效压力通过增压来提高进气压力，增加燃烧的过量空气因数，同时增加柴油机的空气进气量，可有效降低大负载工况下的排气烟度、PM排放量以及燃油消耗。

 

一、增压器技术

 

增压方式取决于增压能量，增压方式有机械增压、废气涡轮增压、复合增压、气波增压，目前应用最广泛的是废气涡轮增压。废气涡轮增压因排气能量利用方式不同分为定压涡轮增压系统和脉冲涡轮增压系统，低增压的中小型柴油发电机，高增压的柴油机采用脉冲涡轮增压系统，大型柴油机一般为定压涡轮增压系统。

涡轮增压系统分单级和多级，单级的压比从1.1～3.5，而二级的压比可达6.0以上。二级增压在增压器低转速的情况下获得较高的压比，而且不依赖于气体流量的大小，因此在提高进气压力的同时，扩展了增压器的工作范围，使得增压器适应柴油发电机不同工况的需求，特别是改善了启动性能。

1、废气涡轮增压器的工作原理

（1）单级轴流式涡轮机的基本工作原理

它的主要元件是固定的喷嘴环和旋的工作叶轮。一列喷嘴叶片和其后的一列工作叶片组成了涡轮机的一个级。图中上部为喷嘴环和工作叶轮的局部剖视图。中部的叶型断面是用一个通过I-I的圆柱面切割涡轮，将所得切面展开在平面上，称为平面叶栅。喷嘴环的各叶片间和叶轮各叶片之间构成了废气流道。废气流经喷嘴和叶轮时，其参数（压力p、温度T、流速c）沿流道的变化情况如图中下部所示。

（2）离心式压气机的基本工作原理

废气涡轮增压器的压气机一般都采用单级离心式压气机。它由进气道、工作轮、扩压器和排气涡壳组成。当压气机工作时，新鲜空气经进气道轴向进入压气机叶轮。由于通道的导流作用，气流能在最小的损失下均匀进入压气机叶轮。进气道是渐缩流道，在进气道中，压力、温度略有降低，流速提高。正是因为压力降低，空气才被吸入工作轮。空气进入压气机叶轮后，随叶轮高速回转，因而产生离心力。这样，空气在叶轮叶片间随叶轮作圆周运动的同时，在离心力的作用下向叶轮外缘流动并被压缩。在叶轮中气体的流速、压力、温度都升高了，其中流速提高了很多。这是由于叶轮对气体作功，把叶轮的机械能变成了气体的动能和压力能。气体被压缩时也提高了温度。在扩压器中，由于流道逐渐扩大，使空气的动能转换为压力能，流速降低，压力升高。排气蜗壳中的通道也是渐扩的，因而空气流过时继续将动能转换为压力能。

2、废气涡轮增压的特点

提高功率20％～50％；提高经济性能、机械效率和热效率（油耗降低5％～10％）；降低排气噪声和烟度；加速性能差；热负载（活塞温度、涡轮前废气温度高）问题严重；机械负载（最高燃烧压力）大；对气温与气压敏感；易发生增压器低压级漏油高压级漏气现象。

图1 康明斯柴油发电机中冷器芯示意图

 

 

二、中冷器技术

 

    中冷器是增压系统的一部分。当空气被高比例压缩后会产生很高的热量，从而使空气膨胀密度降低，而同时也会使柴油发电机温度过高造成损坏。为了得到更高的容积效率，需要在注入气缸之前对高温空气进行冷却。这就需要加装一个散热器，中冷器使柴油发电机的进气温度降低。柴油发电机排出的废气有非常高的温度，增压器的热传导使进气的温度提高。且被压缩的空气密度会升高，导致空气温度升高，柴油发电机的充气效率受到影响，若想要充气效率进一步提高，就要使进气温度降低。数据表明，在空燃比相同条件下，增压空气每下降10℃温度，柴油发电机就能提高3％～5％功率。通常中冷器可以将气体温度从150℃降到0℃左右；如果燃烧室进入未经冷却的增压空气，除了柴油发电机的充气效率会影响外，柴油发电机容易导致燃烧温度过高，造成爆震等故障，而且柴油发电机废气中的NO，的含量会增加，造成空气污染。

    为了消除增压后的空气升温造成的不利影响，需要加装中冷器使进气温度降低。中冷器由铝合金材质制作。按照冷却介质区分，常见的中冷器有两种：风冷式和水冷式。

1、风冷式

    风冷式利用外界空气对通过中冷器的空气进行冷却。优点是整个冷却系统的组成部件少，结构比水冷式中冷器相对简单。缺点是冷却效率比水冷式中冷器低，一般需要较长的连接管路，空气通过阻力较大。风冷式中冷器因其结构简单和制造成本低而得到广泛应用，大部分涡轮增压柴油发电机使用的都是风冷式中冷器。

图2 康明斯柴油发电机增压器示意图

 

 2、水冷式

    水冷式利用循环冷却水对通过中冷器的空气进行冷却。优点是冷却效率较高，而且安装位置比较灵活，无需使用很长的连接管路，使得整个进气管路更加顺畅。缺点是需要一个与柴油发电机冷却系统相对独立的循环水系统与之配合，因此整个系统的组成部件较多，制造成本较高，面且结构复杂。水冷式中冷器的应用比较少，一般在柴油发电机中置或后置的车辆上，以及大排量柴油发电机上使用。凡事有利就有弊，涡轮增压也不例外。柴油发电机在采用废气涡轮增压技术后，工作中产生的最高爆发压力和平均温度将大幅度提高，从而使柴油发电机的机械性能、润滑性能都会受到影响。为了保证增压柴油发电机在较高的机械负载和热负载条件下，能可靠耐久地工作，必须在柴油发电机主要热力参数的选取、结构设计、材料、工艺等方面作必要的改变，而不是简单地在柴油发电机上装一个增压器就行了。由于这个改变过程在实行中难度颇大，而且还要考虑增压器与柴油发电机的匹配问题，因此在一定程度上也限制了废气涡轮增压技术在柴油发电机上的应用。

    采用有效的空一空中冷系统使工作循环温度下降，增压空气温度到50℃以下，有助于NO，的低排放和PM的下降，目前大中功率柴油机普遍采用增压中冷型，不仅燃油经济性良好且有助于低排放。此外，涡轮前排气旁通阀的应用，可以改善涡轮增压柴油机的瞬态性能和低速扭矩，降低PM-和CO排放。

 

 

 

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