涡轮增压器1.docxVIP

16v240ZJB柴油机的涡轮增压器 在涡轮增压柴油机上，涡轮机是一种动力机械，它把燃气的一部分能量转变为机械能。压气机是一种工作机械，它把涡轮机传来的机械能变成空气的压力能。机车上的涡轮增压器大多采用单级轴流式涡轮机和单级离心式压气机。 然而，在16v240ZJB型柴油机上采用了定压涡轮增压系统，进排气管路皆布置在柴油机V形夹角中央的上方。 目前国产机车柴油机用涡轮增压器采用45GP80系列产品一度较多，其中16V240ZJ型号的柴油机采用45GP802-1A型涡轮增压器，该增压器采用单级离心式压气机和单级轴流式涡轮机，内置式滑动轴承及水冷式壳体。 （一）原理 ①单级轴流式涡轮机的工作原理单级轴流式涡轮机由燃气进气壳、喷嘴环、涡轮及燃气出气壳等组成。喷嘴环是由一圈喷嘴叶片（叶栅）组成的圆环，它与燃气进气壳一起固定静止不动，它处于燃气透气壳与涡轮之间。喷嘴叶片间形成燃气的流道，用以对燃气导向和使之加速流动，因此喷嘴环叶片又称导向叶片。涡轮由转轴、轮盘及一圈叶片组成，涡轮转轴支承在燃气出气壳中，燃气在涡轮叶片间的流道内流过，迫使涡轮转动产生机械功，因此涡轮叶片又称为工作叶片。柴油机气缸排出的燃气经排气管进入燃气进气壳，先经导向叶片，再入工作叶片，最后由燃气出气壳排人大气。 图1-6-10是燃气在涡轮机流道内的状态变化图。 导向叶片间的流道呈渐缩形，燃气从中流动时继续膨胀，压力从Pt降到Pl，温度由TT降到T1，流速由CT升高到C1，。根据能量守恒定律，在导向叶片中，燃气的一部分压力能和热能转换成动能。工作叶片间的流道也呈浙缩形，燃气流经工作叶片时进一步膨胀，压力由Pl降到P2，气温由T1降到T2，压力能和热能继续转换成动能。燃气的相对速度(燃气相对于工作叶片的流速)由W1升高到W2，高速的燃气在弯曲的工作叶片间流动时被迫改变方向而产生离心作用，使得凹面的压力大于凸面的压力，叶片凹凸面间形成压力差(图1-6-11)。作用在每个叶片凹凸面上压力差的合力对涡轮轴产生转矩，涡轮在这个转矩的作用下旋转而输出机械功。可见，机械功是由燃气的动能转换而来，所以燃气流过工作叶片时，燃气的绝对速度由C1降到C2. 综上所述，燃气在涡轮机中流动时，首先通过喷嘴环流道将部分压力能和热能转化成动能，然后在涡轮流道中又把动能转换成涡轮的机械能. 一圈导向叶片和一圈工作叶片组成涡轮的一个“级”。只有一个级的涡轮机称为单级涡轮机，有两个或两个以上级的涡轮机称为双级或多级涡轮机。燃气流动的方向与涡轮转轴轴线平行的涡轮机称为轴流式涡轮机；燃气流动方向与涡轮轴线垂直的涡轮机称为径流式涡轮机。 ②单级离心式压气机的工作原理 单级离心式压气机的简图见图1-6-12，它主要由导流壳、叶轮罩、压气机叶轮、扩压器及蜗壳等组成。叶轮是压气机的主要部件，它与涡轮安装在同一转轴上。压气机叶轮上有一组径向叶片，叶片的前部呈弯曲形，后部为直叶片。扩压器在压气机叶轮的外缘，它是固定在机壳上的一个圆环状叶栅，叶片间形成渐扩形空气流道。 压气机叶轮在涡轮的驱动下高速旋转，由于离心作用，叶轮流道中的空气被甩向轮外缘，空气的压力和流速皆提高，气温也随之上升，这就使输入压气机叶轮的机械功转化为空气的压能、动能及热能。与此同时，叶轮芯部人口处形成局部真空，因此外界空气沿进气道连续不断地吸入压气机。由于进入叶轮的空气也随叶轮一起做圆周运动，所以原来在进气道内沿轴向运动的气流，在进人叶轮时的相对速度W1并不与轴平行，而是与转轴以某一交角进入。如果这时叶轮前部的叶片是径向直叶片的话，则进气气流会与叶片产生冲击损失；如果叶轮前部叶片朝相对速度W1方向弯曲，则叶片可以引导进气气流的运动，这就是为什么叶轮前部叶片总是顺着转动方向扭弯一个角度的原因。由于制造工艺的方便，通常将叶轮分成两部分：前部具有扭曲叶片的部分称为导风轮，后部称为工作轮。 从压气机叶轮中甩出的高速气流进入扩压器。由于扩压器流道呈渐扩形，根据能量守恒原理，空气流经扩压器时流速降低，压力增加，温度升高，空气的动能一部分转化成压能。扩压器流出的空气汇集在蜗壳内，蜗壳的流道容积也是不断扩大，所以空气流速继续下降’气流继续扩压，动能继续向压力能转换。 由此可知，输入离心式压气机的大部分机械功，首先经过压气机叶轮转换成空气的动能和压能，然后在扩压器和蜗売中部分动能继续地转换成压能。在压气机中，如果气流靠高速离心作用沿径向流动者，则称为离心式压气机。增压器用的压气机除离心式外，还有转子式(容积式)和轴流式。离心式压气机也有单级和多级之个叶轮加一个扩压器组成压气机的一个级，在涡轮增压器中大多采用单级离心式压气机。（二） 涡轮增压器的构造 涡轮增压器的构造主要是由壳体，扩压气和喷油环，转子，轴承，气封和油封，冷却水通道及机油通道。 1