新型废气涡轮增压器设计特点分析

吉秋菊 谢小虎 徐韬

摘 要：现代柴油机可以通过增加空气系数和关闭滞后的排气阀的方式提高其热效率。当柴油机的热效率较高时，涡轮前的废气温度才容易降低，而且涡轮所排出的废气的能量也会很大程度的减小，为了保证涡轮的气缸具有足够的进气量，厂家在选择废气涡轮增压器的时候，应该选择高效率的增压器。在柴油机中引入新型的废气涡轮增压器可以有效的提高输出功率。

关键词：新型优化+降低应力、可靠性、整体集成

将新型废气涡轮增压器引入到柴油机中，不仅可以提高柴油机输送气体的能力，而且还可以一定程度的提高柴油机的输出功率。为了使增压器的性能变得更好，就需要加强设计增压器力度。现在人们可以通过现代的计算方法將增压器的所有部件进行优化。本文主要分析增压器各个部件的特点以及部件相应的改进。

1、轴承支承方式

废气涡轮增压器支承转子的形式有三种：外支承式、内支承式、内外支承式，这两种形式的主要差别是轴承位于两叶轮的不同位置处，且每种支承形式都有两个轴承。

支承转子的三种形式中的外支承式轴承在运转的时候比其他两种更稳定。外支承式轴承不仅容易管理维护，而且在拆装的时候也比较方便。外支承式轴承在安装轴封的时候也比较方便，因为轴承具有一定的距离，所以在高温气体的环境下，转子不会受到很明显的影响。由于轴承的直径比较小，所以轴颈在转动时的线速度不会很大，这样轴承就不会因为磨损太严重而影响使用寿命。

内支承式轴承的尺寸要小于外支承式，而且其轴承距离也比外支承式轴承小很多，通常内支承式轴承选择的壳体是非冷却形式的，而且其气体必须沿轴承的轴向进入，虽然轴向进气会使得回转的稳定性较低，但是轴向进气对于流道的清洗十分有利。

2、冷却方式和壳体

废气涡轮增压器的涡壳有两种：冷却式涡壳，非冷却式涡壳。冷却水式涡轮的结构是属于双层式，涡轮增压器涡壳中的水冷却的时候排气壳内壁的温度因为水的冷却而降低。当涡轮吸收废气后，燃油中的硫在燃烧的时候所产生的硫化物会进一步生成具有强烈腐蚀性的硫酸，最后导致铸铁壳体被腐蚀。

新型废气涡轮增压器不仅增压度提高，而且压气机出口的增压空气的温度也变高，但是进入涡轮增压器中的废气温度却变低，所以涡壳在这种情况下不需要冷却废气，因此，此时应该选择非冷却式涡壳。非冷却式涡壳不仅重量轻，而且结构也比较简单，因为涡壳的结构是属于单壁式。由于非冷却式涡壳中进出管路的水没有被冷却，所有铸铁壳体就不会被低温的硫酸腐蚀，此外，流出涡轮的废气温度通常都比较高，所以废气锅炉中储蓄了许多可用的能量，这使得柴油机的热效率得到了很大程度的提升。

新式的非冷却式壳体中引入了新式的增压器，新式增压器中改进的透平出口扩压器既可以将透平叶轮出口处大部分废气的剩余能量转化为压力能，又可以用作透平整体防爆装置防止涡轮的爆破。新式增压器还具有降低噪音的功能，因为新式增压器的结构十分紧凑，导致噪音只能在很小的表面传播，而且透平出口和压气机壳体都是属于绝缘层，也起到了降低噪音的效果。

3、增压器轴承

增压器轴承也有两种：滚动式轴承、滑动式轴承。其中滚动式轴承具有良好的加速性能，而且摩擦损失也比较小，但是滚动式轴承需要的成本极高，而且使用寿命也很短。滑动式轴承不仅结构简单，而且还比较容易维修，最重要的一点是滑动式轴承的使用寿命要远高于滚动式轴承，这是因为滑动式轴承没有安装弹簧片减震的装置，但是滑动式轴承的摩擦损失比滚动式轴承高许多。滑动式轴承中的TCA具有浮动轴衬，浮动轴衬不仅可以运转静音，而且还可以减小轴承的磨损，使得轴承的使用寿命能够很大程度的增加。

如果废气涡轮增压器是属于滑动式轴承，那么使用结束后需要对轴承进行润滑处理，润滑剂应该选择主机系统油，因为使用主机系统油可以省掉滤器、冷却器等许多的设备，而且装载主机系统油的重力油柜可以有效的提高可靠性。虽然主机滑油泵可能会因为停电而停止运转，但是投票权转子却不会受到任何影响，因为重力油柜可以通过提供滑油的方式使透平转子持续、高效的运行。

而且在拆装推力轴承对增压器轴承进行维修的时候，可以不用拆除压气机壳体和透平转子直接进行维修。

4、透平叶片

新式透平所采用的叶片是属于宽弦式，其叶片的根部比原来透平的根部更宽，因为宽弦叶片所能承受的压力更大，而且在透平圆盘安置宽弦叶片还可以一定程度的提高透平的刚性。原来的透平叶片会将叶片通过减振钢丝全部连接在一起，以防止透平叶片剧烈的振动，但是这样会导致进气处的阻力大幅度的增加，使得透平的效率降低，所以，新式透平不在用减振钢丝将所有叶片连接在一起，这样不仅利于透平的拆装与检修，而且还提高了透平的效率。

5、压气机

压气机叶轮在正常工作时的线速度大于500米每秒，极大的线速度使得压气机叶轮在转动时产生了离心力，为了提高压气机叶轮工作的可靠性以及叶轮的使用率，人们通过计算发现，在新型废气涡轮增压器中所使用的压气机叶轮所采用的材质是钛合金，因为钛合金不会受到高压环境的影响。压气机的出气壳所是使用的轮廓都是被优化过的，因为优化的轮廓既可以保证压气机在运行的全过程的踹振余量都是充分的，又可以保证压气机能够平稳高效的运行，但是采用优化轮廓的气壳只适用于出气口较少的情况下。

6、喷嘴环

新式废气涡轮增压器的喷嘴环所使用的铸铁材料必须具有极高的强度，因为铸铁材料的强度是决定喷嘴环的使用寿命的直接因素。新式废气涡轮增压器中喷嘴环的形状使得涡轮的工作效率变得更高，若要给透平增压器匹配一个最合适的柴油机，就必须借助喷嘴环才能实现。新式喷嘴环的截面可以根据条件而改变，因为柴油机的荷载和速度的变换速度极快。如果柴油机的荷载发生变化，喷嘴环就会将自身的流通截面做出适当的改变，以保证柴油机能够找到最合适的透平增压器，柴油机处于负荷运转的时候，喷嘴环可以通过减小截面的大小，将涡轮中的废气压力能尽可能的转化为可利用的动能，为柴油机提供足够的空气以保证柴油机能够正常运行。新式废气涡轮增压器中喷嘴环不仅可以减少燃油的使用，而且还可以降低污染物的皮肤。

7、静音消音器

目前的新型径向静音消音器能够将噪音控制在150分贝以下，静音消音器中的径向消音扇形片的主要功能是为废气提供最合适的流通条件，既能保证透平叶片能够在全范围内高效运转，又能确保静音能够满足标准要求。此外、新型废气涡轮增压器圆周上的过滤网垫不仅可以轻易拆除，而且还容易清洗。

结束语：

综上所述，新型废气涡轮增压器不仅可以提高柴油机的可靠性和维护性，而且还可以获得更多的经济效益。新型废气涡轮增压器将整体集成设计与高强度的材料有效的结合在一起，不仅减少了整个系统所需要的零件数量，而且还是得机器上的安装变为最简单，同时涡轮增压器的使用寿命也提高了许多，所以维修工作也被减到了最少，既保证了涡轮增压器的正常运行，有降低了涡轮增压器所需的成本。

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