“育鯤”輪主機廢氣渦輪增壓器分析及其防喘振控制的設(shè)計

1、<p><b>　　大連海事大學(xué)</b></p><p><b>　　畢 業(yè) 論 文</b></p><p><b>　　二O10年 月</b></p><p>　　“育鯤”輪主機廢氣渦輪增壓器分析及其防喘振控制的設(shè)計</p><p>　　專業(yè)班級: 輪機06級9班

2、 </p><p>　　姓 名: 陳 榮 </p><p>　　指導(dǎo)教師: </p><p><b>　　輪機工程學(xué)院</b></p><p><b>　　內(nèi)容摘要</b></p><p>　　摘要：船用柴油機

3、增壓器采用廢氣渦輪增壓的方法，增加了柴油機的進氣量，使柴油機的工作過程得到改善，燃油消耗下降，經(jīng)濟性提高。因此，其工況好壞直接影響柴油機的工作。當(dāng)增壓器發(fā)生喘振，不但無法達到預(yù)期的增壓比，而且會造成機損事故。所以，防止喘振的發(fā)生及其重要。</p><p>　　本文對“育鯤”輪上的船用二沖程機軸流式定壓渦輪增壓器及其喘振作了研究。</p><p>　　首先，本文介紹了NA40/S型渦輪增壓器

4、的工作原理，并闡述了其特點。</p><p>　　然后，闡述了渦輪增壓器喘振的機理，并列出了影響“育鯤”輪上的增壓器喘振的因素。接著，分析其喘振發(fā)生的具體原因和解決方法。設(shè)置了NA40/S型增壓器喘振故障的排除程序。</p><p>　　最后，文章對NA40/S型增壓器的防喘振控制進行了設(shè)計。提出了三種方案并分析了其優(yōu)缺點，選取了最適宜的方案，并對其具體的控制進行了設(shè)計。</p>

5、;<p>　　關(guān)鍵詞：柴油機； 增壓器； 喘振</p><p>　　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 ,

6、 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

7、 ratio , but also will make the machine broken accident . As a result , preventing the is very important .</p><p>　　This paper make a research to the turbocharger and surge on “yukun” ship .</p><

8、p>　　First，this paper introduce the NA40/S turbocharger principle of work and expound its characteristic .</p><p>　　Then，expound the turbocharger mechanism , and list the affecting factor of the surge on “

9、yukun” . After that , analyze the reason of surge and resolvent . Set the exclude procedures of the NA40/S turbocharger error .</p><p>　　At last , this paper design the controlling of preventing the surge of

10、 NA40/S turbocharger . Propose three program and analyze their advantage and fault . Choose the best program and design the material control . </p><p>　　Keyword: diesel engine turbocharger surge </p&g

11、t;<p>　　目 錄</p><p>　　1“育鯤”輪廢氣渦輪增壓器工作原理與特點6</p><p>　　1.1增壓器工作原理7</p><p>　　1.2 NA40/S型增壓器的主要特點7</p><p>　　1.2.1滑油系統(tǒng)7</p><p>　　1.2.2密封空氣系統(tǒng)8

12、</p><p>　　1.2.3Jet-Assist 加速系統(tǒng)8</p><p>　　2.增壓器喘振的機理8</p><p>　　3.影響增壓器喘振的因素10</p><p>　　3.1 柴油機因素10</p><p>　　3.2 中冷器因素11</p><p>　　3.3 增壓器自身

13、因素11</p><p>　　3.4 環(huán)境因素11</p><p>　　4.增壓器喘振的具體原因和解決辦法14</p><p>　　4.1 增壓系統(tǒng)氣流通道堵塞14</p><p>　　4.2 增壓器或柴油機故障，工況改變，增壓器壓氣機工作點左移，處于喘振區(qū)14</p><p>　　4.3 運行中的增壓器與柴

14、油機暫時失配15</p><p>　　5.“育鯤”輪增壓器喘振故障的排除程序16</p><p>　　6.NA40/S型增壓器防喘振控制的設(shè)計17</p><p><b>　　7.結(jié)論21</b></p><p>　　“育鯤”輪主機廢氣渦輪增壓器分析及其 防喘振控制的設(shè)計</p><p>

15、<b>　　前言</b></p><p>　　作為當(dāng)今熱效率最高的動力機械，柴油機以其良好的經(jīng)濟性廣泛應(yīng)用于遠洋船舶和內(nèi)河船舶。自石油危機以來，為了增加功率，改善熱效率，提高經(jīng)濟性。柴油機增壓程度不斷提高。增壓技術(shù)使柴油機的動力性、經(jīng)濟性上了一個臺階，被譽為“柴油機發(fā)展史上的第二個里程碑”。增壓也就成為了提高柴油機功率的主要途徑。船用柴油機增壓器一般應(yīng)用廢氣渦輪增壓的方法，利用柴油機排出的廢

16、氣能量驅(qū)動渦輪高，帶動與渦輪同軸的壓氣機葉輪高速旋轉(zhuǎn)，壓氣機將空氣壓入柴油機的氣缸，增加了柴油機的充氣量，可供更多的燃油完全燃燒，不僅柴油機工作過程得到改善，燃油消耗下降，經(jīng)濟性提高，排放也得到改善。因此，其工況的好壞直接影響柴油機的工作。</p><p>　　由于渦輪增壓器是回轉(zhuǎn)式機械，而柴油機是往復(fù)性機械，兩種機械的特性不同，這就涉及到兩者工況的匹配問題。當(dāng)兩者工況不匹配時，則增壓器就將發(fā)生喘振。喘振不僅是壓

17、氣機達不到預(yù)期的增壓比，而且會損壞壓氣機部件，并導(dǎo)致整臺渦輪增壓器機損事故。因此，了解增壓器喘振的原因，預(yù)防和消除增壓器喘振，是輪機管理的重要內(nèi)容。</p><p>　　1“育鯤”輪廢氣渦輪增壓器工作原理與特點</p><p>　　“育鯤”輪主機為MANB&W公司生產(chǎn)的，機型為6S35MC。其廢氣渦輪增壓器也是MANB&W生產(chǎn)的，型號為NA40/S。由廢氣渦輪和壓氣機兩部分

18、組成。壓氣機采用的是單級徑流離心式壓氣機。主要由進氣消音器、壓氣機葉輪、擴壓器、排氣蝸殼等組成。廢氣渦輪是軸流式廢氣渦輪。它由渦輪進氣箱、噴嘴環(huán)、工作葉輪、排氣箱等組成。轉(zhuǎn)子由軸承支撐。軸承是內(nèi)支撐式的。在壓氣機端有定位軸承，用于軸向定位和承受側(cè)推力。如圖1-1所示。</p><p><b>　　圖1-1</b></p><p>　　軸承的潤滑和主機滑油的循環(huán)是一體的

19、?；偷倪^濾級別小于0.05mm。最大允許油溫在70攝氏度。在60攝氏度時使用滑油SAE30，在65攝氏度時使用滑油SAE40。在正常操作和負荷下，滑油壓力在1.5bar左右；報警和降速至主機負荷減半時，滑油壓力可小于1.0bar；主機停車時，滑油壓力應(yīng)小于0.8bar?；土髁繛?.5至5.0立方米每小時。定位軸承和渦輪端的支撐軸承由兩個來自主機滑油循環(huán)系統(tǒng)的獨立的供應(yīng)油管供應(yīng)滑油?；鸵灿糜诶鋮s。</p><p&

20、gt;　　渦輪葉輪和軸是一體的，而壓氣機葉輪是被安裝在軸上。增壓器采用非冷卻式的，既減輕了增壓器的重量，也避免了增壓器殼體可能出現(xiàn)的低溫腐蝕。廢氣渦輪的殼體是絕熱的。</p><p>　　1.1增壓器工作原理</p><p>　　氣缸排出的廢氣驅(qū)動增壓器轉(zhuǎn)子，將廢氣轉(zhuǎn)化為能量。廢氣穿過增壓器，依次通過渦輪噴嘴環(huán)，渦輪葉輪，氣體出口擴壓，到達氣體出口箱后進入排氣總管。渦輪高速旋轉(zhuǎn)帶動同軸上另

21、一端的壓氣機葉輪同步旋轉(zhuǎn)，使經(jīng)過進氣箱或消音器而進入氣缸內(nèi)的空氣，被壓縮機葉輪，擴壓器，壓縮機殼體壓縮。壓力增高的空氣經(jīng)過中央冷卻器和進氣管路，被壓入主機氣缸，使得噴入氣缸內(nèi)的柴油在這種條件下得到充分燃燒，使功率提高，降低了油耗率。</p><p>　　1.2 NA40/S型增壓器的主要特點</p><p><b>　　1.2.1滑油系統(tǒng)</b></p>

22、<p>　　增壓器軸承的潤滑以主機滑油系統(tǒng)作為標(biāo)準(zhǔn)的。增壓器轉(zhuǎn)子的2個支撐軸承位于壓氣機葉輪與渦輪葉輪之間的軸承箱內(nèi)。壓氣機端的定位軸承通過管（1，3和5.1）來供應(yīng)滑油。渦輪端的支撐軸承通過管（1，3和5.2）來供應(yīng)滑油。增壓器滑油壓力的設(shè)定，是通過安裝在供應(yīng)管上（3，在分叉以前）的一個節(jié)流孔口進行控制的。在供應(yīng)管（5.1和5.2）上，兩個止回閥（4和6）之間，安裝有一個測量連接，用于控制和監(jiān)督滑油壓力。增壓器的滑油壓力是

23、可以調(diào)節(jié)的。當(dāng)主機是滿負荷時，滑油處于工作溫度（進口溫度最大為70攝氏度），通常壓力調(diào)節(jié)在1.5bar左右。當(dāng)主機剛啟動，暖機時，滑油溫度相對較低，滑油壓力允許短時間內(nèi)為2.0bar。</p><p><b>　　圖1-2</b></p><p>　　增壓器的上部有一個潤滑油箱，用于在主機停車后給增壓器供給滑油?；屯ㄟ^止回閥（6）發(fā)盤上的旁通孔向潤滑油箱里補油。潤滑

24、油箱上設(shè)有一個沒有加壓的自由溢流口。考慮到冷卻的問題，渦輪端軸承的潤滑時間要比壓氣機端的長一點。因為渦輪端的溫度較高些。所以，潤滑油箱的最低連接管與渦輪端相連?；偷呐懦龉苡幸欢ǖ男倍?，并且有足夠大的尺寸，以減少阻力和背壓。斜度位于5度和船舶最大可能傾斜角度之間。</p><p>　　1.2.2密封空氣系統(tǒng)</p><p>　　增壓器上的密封空氣用于阻止廢氣進入潤滑油空間；阻止油滴進入渦輪

25、端；減少作用在局部軸承上的軸向力。密封空氣通過密封空氣管和軸承箱的密封空氣孔進入到渦輪端轉(zhuǎn)子的軸向和徑向迷宮式密封之間。密封空氣從空氣冷卻器后取出。取用點位于進氣管的上部區(qū)域以防止凝水和雜質(zhì)進入密封空氣管。密封空氣管伸入進氣管100mm左右，以避免雜質(zhì)和水沿著管壁吹入。密封空氣通過管路上的一個節(jié)流孔調(diào)節(jié)壓力。節(jié)流孔位于管路即將進入軸承箱的位置。</p><p><b>　　圖1-3</b>&

26、lt;/p><p>　　1.2.3Jet-Assist 加速系統(tǒng)</p><p>　　當(dāng)需要迅速地加速和可能的無煙加速或者主機負荷的運用時，可以使用Jet-Assist加速系統(tǒng)。主機控制激活兩位兩通閥，來自啟動空氣瓶的30bar的壓縮空氣通過節(jié)流孔節(jié)流，壓力降至最大4bar。減壓后的壓縮空氣通過一個環(huán)形管和一個傾斜的洞進入到壓氣機端，作用在壓氣機葉輪上。它一方面提供附加的空氣給壓氣機葉輪，另一

27、方面使壓氣機葉輪加速。</p><p><b>　　圖1-4</b></p><p>　　2.增壓器喘振的機理</p><p>　　增壓器喘振是發(fā)生在離心式壓氣機部分的。當(dāng)壓氣機的流量小到一定值后，氣體進入工作葉輪和擴壓器的方向偏離設(shè)計工況，葉片背面氣流出現(xiàn)分離并且不斷擴大，同時產(chǎn)生強烈的脈動并有氣體倒流，引起壓氣機氣流的流量、壓力出現(xiàn)波動，導(dǎo)

28、致壓氣機產(chǎn)生強烈的振動并發(fā)出異常的響聲。喘振是壓氣機的固有特性，增壓器工作時應(yīng)盡量避免發(fā)生喘振。</p><p>　　在葉片擴壓器進口處，氣流速度可分解為相互垂直的圓周分速度和徑向分速度。當(dāng)氣流相對葉片的轉(zhuǎn)速一定而流量變化時，氣流的圓周分速度是不變的，而徑向分速度是變化的。當(dāng)空氣流量小于設(shè)計值時，氣流徑向分速度減小，氣流速度也隨之減小，其方向也偏離設(shè)計值，導(dǎo)致氣流進入葉道時，撞擊葉片前緣的凸面，而在凹面上產(chǎn)生氣流

29、的分離。如圖2-1中(c)所示。</p><p><b>　　圖2-1</b></p><p>　　在葉輪進口處，氣流速度同樣可分解為相互垂直的圓周分速度和徑向分速度。當(dāng)氣流相對葉片的轉(zhuǎn)速一定而流量變化時，氣流的圓周分速度是不變的，而軸向分速度是變化的。當(dāng)空氣流量小于設(shè)計值時，氣流軸向分速度減小，氣流相對于葉輪的速度也隨之減小，其方向和葉片的構(gòu)造角之間形成一個負沖角，

30、導(dǎo)致氣流進入葉道時，撞擊葉片前緣的凹面前緣，而在凸面上產(chǎn)生氣流的分離。如圖2-2中（c）所示。</p><p><b>　　圖2-2</b></p><p>　　在設(shè)計流量下，如兩圖（a）所示，氣流平順地流進葉片前緣和擴壓器，氣流與葉輪葉片、擴壓器既不發(fā)生撞擊，也不發(fā)生分離。當(dāng)流量大于設(shè)計流量時，如兩圖（b）所示，氣流在葉輪葉片前緣沖向葉片的凸面，與葉片的凹面發(fā)生分離

31、；在擴壓器中氣流沖向葉片的凹面，與葉片的凸面發(fā)生分離。但是，由于葉輪葉片的轉(zhuǎn)動壓向氣流分離區(qū)，擴壓器中氣流的圓周向流動壓向氣流分離區(qū)，氣流分離區(qū)受到限制，不致隨流量的增加而過分地擴大。</p><p>　　當(dāng)壓氣機的工作情況正常時，隨著空氣流量減少到一定程度，在壓氣機的通流部分開始產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)脫離現(xiàn)象。假如空氣流量繼續(xù)減小，旋轉(zhuǎn)脫離就會強化和發(fā)展，當(dāng)它發(fā)展到某程度后，由于氣流強烈脈動，就會使壓氣機的出口壓力突然下降。

32、此時，進氣總管中的氣體壓力就會比壓氣機出口的壓力高，這將導(dǎo)致部分氣流從總管流到壓氣機中去；而另一部分空氣則仍繼續(xù)前進。由于這兩個因素的作用，進氣總管中的壓力就會立即降下來。而隨著總管中的壓力的下降，流經(jīng)壓氣機的空氣流量就會自動增加上去；與此同時，壓氣機葉柵中發(fā)生的氣流脫離現(xiàn)象就會逐漸趨于消失。即壓氣機的工作情況將會恢復(fù)正常。當(dāng)這種情況繼續(xù)一個很短的時間后，進氣總管中的壓力就會再次升高，流經(jīng)壓氣機的空氣流量又會重新減少下來，在壓氣機通流部

33、分中發(fā)生的氣流脫離現(xiàn)象又會再出現(xiàn)。上述過程就會周而復(fù)始地進行下去。這就是所謂的喘振。</p><p>　　3.影響增壓器喘振的因素</p><p>　　從增壓器的工作原理可知，壓氣端與廢氣端的能量不平衡是導(dǎo)致增壓器喘振的根本原因。而導(dǎo)致根本原因的因素很多，比如：增壓器濾網(wǎng)臟堵，透平氣道臟堵，柴油機燃燒不良導(dǎo)致后燃，柴油機負荷嚴重不均，柴油機氣閥關(guān)閉不嚴漏氣，氣閥和噴油定時不對，掃氣箱著火等

34、等。</p><p>　　針對于“育鯤”輪上的增壓柴油機是新造的，只要設(shè)計上沒有問題，一般渦輪增壓器與柴油機匹配良好，增壓器不會產(chǎn)生喘振，但隨著運轉(zhuǎn)時間的增長，增壓系統(tǒng)中各個部件就會污損，柴油機某些部件也會產(chǎn)生故障，致使兩者的性能逐漸惡化，匹配不良，壓氣機流量減小，造成氣流與葉片強烈撞擊與脫流而產(chǎn)生喘振。</p><p>　　在實際運行當(dāng)中，渦輪增壓器的喘振在大多數(shù)情況下并不僅僅是由渦輪增

35、壓器自身的因素所引起，而是與來自柴油機或其他的設(shè)備的因素共同作用甚至是僅由來自渦輪增壓器以外的因素所造成的。</p><p><b>　　3.1 柴油機因素</b></p><p>　　柴油機轉(zhuǎn)速或載荷波動引起喘振</p><p>　　當(dāng)柴油機轉(zhuǎn)速或載荷突然下降，增壓器由于本身轉(zhuǎn)速很高，轉(zhuǎn)動能量很大，一時間不能隨柴油機轉(zhuǎn)速下降而降低，增壓器的供

36、氣量大于柴油機所需的空氣量，柴油機不能消耗的空氣就使得壓氣機背壓升高而產(chǎn)生瞬時喘振。當(dāng)增壓器轉(zhuǎn)速下降后，壓氣機的吸氣量與柴油機所需空氣量重新達到平衡后，喘振即自行消失</p><p>　　配氣機構(gòu)故障引起喘振</p><p>　　進、排氣口打不開或關(guān)不嚴時，會造成增壓器喘振。當(dāng)進氣口打不開時，壓氣機進氣阻力增大，同時氣缸內(nèi)空氣不足、燃燒惡化、后燃嚴重，導(dǎo)致增壓器轉(zhuǎn)速提高，空氣量的供需矛盾惡

37、化，引起增壓器喘振。</p><p>　　進氣口關(guān)不嚴時，一方面會造成空氣與燃氣泄漏、燃燒惡化，另一方面限制了正?？諝膺M入穩(wěn)壓箱，最終引起增壓器喘振。</p><p>　　排氣口打不開，廢氣無法排出，當(dāng)進氣口再次打開時，廢氣倒流，降低了新鮮空氣的純度，導(dǎo)致燃燒惡化，同時增加了壓氣機進氣阻力，引起增壓器喘振。</p><p>　　排氣口關(guān)不嚴時，一方面在吸氣過程，廢氣

38、倒灌，降低了新鮮空氣的純度，導(dǎo)致燃燒惡化；另一方面在燃燒過程，部分燃燒混合氣進入排氣總管繼續(xù)燃燒，提高了排氣溫度，引起增壓器喘振。</p><p><b>　　后燃嚴重引起喘振</b></p><p>　　當(dāng)柴油機燃燒狀態(tài)惡化、后燃嚴重時，排氣溫度升高、廢氣能量增加，使增壓器轉(zhuǎn)速增加，壓氣機的吸氣隨之增加，而氣缸內(nèi)又容納不了過多的空氣量，造成增壓器喘振。</p&

39、gt;<p><b>　　3.2 中冷器因素</b></p><p>　　為了降低增壓后的空氣溫度，增大進氣密度，使柴油機的循環(huán)進氣量增多，在壓氣機出口和柴油機入口之間安置中央冷卻器，這樣可以在柴油機的熱負荷不增加甚至降低，機械負荷增加不多的前提下，較大幅度地提高柴油機功率和經(jīng)濟性，降低排放。中冷器的常見故障時冷卻水溫度過高或堵管數(shù)過多造成冷卻效率下降。最終都將造成增壓空氣冷卻

40、不足，進氣量不夠，燃燒惡化，引起增壓器喘振。</p><p>　　3.3 增壓器自身因素</p><p>　　（1）增壓器喘振裕度偏小</p><p>　　喘振裕度是指增壓器在與柴油機配套工作時，每一轉(zhuǎn)速下都有一個要發(fā)生喘振的最小空氣流量極限值。當(dāng)柴油機在某轉(zhuǎn)速下喘振裕度不足時，增壓器就會出現(xiàn)喘振。</p><p>　?。?）壓氣機或渦輪的流

41、通面積不足</p><p>　　由于壓氣機或渦輪流道上有積垢、積碳或異物，導(dǎo)致流通截面減小，空氣或燃氣不能順利通過，引起增壓器喘振。</p><p><b>　　3.4 環(huán)境因素</b></p><p>　　（1）空氣吸入溫度的影響</p><p>　　在氣候寒冷，吸氣溫度降低時，增壓器的壓氣機工作點移向喘振線，壓氣工作

42、穩(wěn)定性較差。空氣密度大，進入氣缸的空氣質(zhì)量增加，燃燒充分，廢氣能量增大，使增壓器轉(zhuǎn)速增加，引起喘振。</p><p>　　在氣候炎熱，吸氣溫度升高時，增壓空氣溫度相應(yīng)升高，同時由于壓氣機進口空氣密度減小，燃燒情況變差，使得廢氣溫度升高，柴油機轉(zhuǎn)速增加而引起喘振。</p><p>　?。?）大氣壓力的影響</p><p>　　大氣壓力隨著海拔高度的提高而降低。大氣壓力

43、低時，由于空氣稀薄，進入氣缸的空氣質(zhì)量不足，燃燒惡化，后燃嚴重，引起增壓器喘振。</p><p><b>　　圖3-1</b></p><p>　　4.增壓器喘振的具體原因和解決辦法</p><p>　　4.1 增壓系統(tǒng)氣流通道堵塞</p><p>　?。?）壓縮機進口濾網(wǎng)臟堵，使壓氣機空氣流量減小而發(fā)生喘振。解決辦法：

44、清洗或更換濾網(wǎng)。</p><p>　　（2）消音器的羊毛氈松脫，使進氣空氣流動阻力增大流量減小而發(fā)生喘振。解決辦法：將松脫的羊毛氈重新鉚好。</p><p>　?。?）壓氣機葉輪和擴壓器嚴重積垢，使壓氣機空氣流通面積變??；渦輪葉片及噴嘴環(huán)積垢嚴重，引起渦輪效率降低，導(dǎo)致壓氣機空氣流量減小而發(fā)生喘振。解決辦法：在柴油機運行中對渦輪和壓氣機進行清洗工作。</p><p>

45、;　　（4）空冷器臟堵，使氣流阻力增大，壓氣機背壓升高，流量減少而產(chǎn)生喘振。解決辦法：對空冷器進行化學(xué)清洗，清除臟物。</p><p>　?。?）氣缸進排氣口結(jié)碳和油污，導(dǎo)致氣口氣流面積減小，壓氣機空氣流量減少而產(chǎn)生喘振。解決辦法：定期清除進排氣口的積碳和污物，確保氣流通暢。</p><p>　　（6）廢氣鍋爐煙道積碳臟堵，使渦輪后背壓上升，導(dǎo)致壓氣機的空氣流量減少而發(fā)生喘振。解決辦法：清

46、潔疏通鍋爐煙道。</p><p>　　4.2 增壓器或柴油機故障，工況改變，增壓器壓氣機工作點左移，處于喘振區(qū)</p><p>　?。?）壓氣機葉輪損壞或過量腐蝕，壓氣能力減弱，渦輪葉片損壞，導(dǎo)致流經(jīng)壓氣機的空氣流量減小而發(fā)生喘振。解決辦法：換新或修復(fù)壓氣機葉輪或渦輪葉片。</p><p>　　（2）渦輪葉片頂部及噴嘴環(huán)罩內(nèi)表面被腐蝕，使配合間隙增大，導(dǎo)致流經(jīng)壓氣機

47、的空氣流量減小而發(fā)生喘振。解決辦法：換新或修復(fù)壓渦輪葉片及噴嘴環(huán)罩。</p><p>　?。?）廢氣端或壓氣端有廢氣或空氣泄漏，引起渦輪增壓器效率下降而發(fā)生喘振。解決辦法：堵住泄漏。</p><p>　?。?）主機排煙溫度高，其排出廢氣能量高，使增壓器轉(zhuǎn)速更高，壓氣機背壓升高而產(chǎn)生喘振。解決辦法：查明主機排煙溫度高的原因，并做相應(yīng)的處理，使主機排溫正常。</p><p&

48、gt;　?。?）二沖程柴油機的調(diào)速器負荷限位設(shè)置不當(dāng)，當(dāng)柴油機加速時，其壓氣機運行點位于喘振區(qū)，導(dǎo)致壓氣機喘振。消除方法：調(diào)整調(diào)速器負荷限位。</p><p>　?。?）采用脈沖增壓系統(tǒng)的柴油機一缸熄火，對于一缸熄火的增壓器其壓氣機背壓與正常增壓器一樣，就顯得過高而引起喘振。解決辦法：檢查熄火缸的燃油系統(tǒng)，排除故障，恢復(fù)供油。</p><p>　　4.3 運行中的增壓器與柴油機暫時失配&l

49、t;/p><p>　?。?）加速時油門手柄推得過快，使增壓器與柴油機暫時失配引起瞬時喘振。解決辦法：輪機和駕駛?cè)藛T應(yīng)盡量避免該情況的出現(xiàn)，除非緊急情況為了避碰的需要。</p><p>　?。?）停車時油門手柄拉得過快，突然從全速拉到停車位置，使增壓器與柴油機暫時失配引起喘振。解決辦法：盡量避免該情況出現(xiàn)，除非緊急情況為了避碰的需要。</p><p>　?。?）船舶在大風(fēng)

50、浪天氣航行時發(fā)生飛車，主機在調(diào)速器作用下，其轉(zhuǎn)速仍會上下波動；增壓器轉(zhuǎn)速因主機燃氣能量變化也會發(fā)生波動這時主機與增壓器之間可能會發(fā)生暫時失配的情況。</p><p>　　（4）船殼因大量吸附海生物而阻力增大，使柴油機在大扭矩、低轉(zhuǎn)速下運行，增壓器運行點位于喘振區(qū)而發(fā)生喘振。解決辦法：船舶進塢清潔油漆船殼。</p><p>　　5.“育鯤”輪增壓器喘振故障的排除程序</p>&

51、lt;p><b>　　圖5-1</b></p><p>　　6.NA40/S型增壓器防喘振控制的設(shè)計</p><p>　　“育鯤”上的NA40/S型增壓器沒有設(shè)置專門的防喘振的設(shè)計。增壓器一旦發(fā)生喘振，其壓氣機軸承所受應(yīng)力將會變大，會對設(shè)備造成損壞、甚至造成重大事故。為保障船舶安全，防止設(shè)備損壞，應(yīng)給增壓器設(shè)置防喘振保護。</p><p>

52、;　　增壓器的喘振的根本原因是廢氣端與壓氣端的能量不平衡。即柴油機與增壓器的不匹配。為了很好地解決柴油機與渦輪增壓器的匹配問題，針對船上的NA40/S型增壓器，可采取設(shè)置旁通閥進行控制。即在壓氣機出口與渦輪進口之間串上一個旁通閥。調(diào)節(jié)旁通閥的開度可以改變其前后壓降及旁通空氣量，從而調(diào)節(jié)柴油機掃氣壓差和平衡運行點位置。</p><p>　　當(dāng)船舶滿載、頂風(fēng)、污底嚴重時，由于阻力增加，主機負荷增大，主機在低轉(zhuǎn)速高負荷

53、下運行，氣缸耗氣量降低而循環(huán)噴油量增加，廢氣能量增大，增壓器轉(zhuǎn)速升高，供氣量增多，容易導(dǎo)致增壓器與柴油機匹配不良而出現(xiàn)喘振。這時可以增大旁通閥開啟角度，增加節(jié)流損失，使壓氣機流量減少。最終可導(dǎo)致柴油機本身油耗率和排溫降低。</p><p>　　當(dāng)柴油機噴油設(shè)備故障，柴油機燃燒不良，后燃嚴重；氣缸漏氣，熱負荷增大，排煙溫度升高。排溫升高即廢氣能量增加，增壓器轉(zhuǎn)速升高，供氣量增加。這時，如果供油量不變，則出現(xiàn)柴油機與

54、增壓器不匹配的情況。同上述情況類似，可以通過調(diào)節(jié)旁通閥直至柴油機故障消失從而防止喘振的發(fā)生。</p><p><b>　　圖6-1</b></p><p>　　但是，排氣溫度由于增壓空氣的加入而下降，使渦輪功降低。所以為了在旁通時不使排氣溫度和渦輪功下降，可在旁通閥后再串聯(lián)一個補燃室或采用回?zé)崤酝ㄏ到y(tǒng)。由于回?zé)崤酝ǖ拇胧╇m然可以在性能上得以改善或使性能變壞減輕，但回?zé)?/p>

55、設(shè)備較復(fù)雜，不利于布置，所以很少使用。若使用補燃室，一方面在柴油機起動時可以點燃補燃室形成燃氣輪機循環(huán)，提高進氣壓力和溫度以滿足柴油機的良好起動條件，另一方面，可隨時提供渦輪足夠的能量以保證柴油機得到足夠的空氣量。</p><p><b>　　圖6-2</b></p><p>　　依據(jù)發(fā)生喘振的原因是壓氣端與渦輪端的能量不平衡，針對旁通閥設(shè)計的不足之處，可以考慮不設(shè)旁

56、通閥，而考慮直接把部分的的排氣或部分的增壓空氣直接通過一個放氣閥排出，從而使壓氣端與廢氣端的能量平衡。即當(dāng)氣缸耗氣量降低，而廢氣能量由于排煙過高而增大時（如柴油機在低轉(zhuǎn)速高負荷下運行），可以將部分廢氣通過放氣閥而不通過渦輪直接排出。</p><p><b>　　圖6-3</b></p><p>　　放氣方式有兩種：一種是將部分排氣放入大氣，一種是將部分增壓空氣放入大氣

57、。從熱力學(xué)觀點看，放排氣比放增壓空氣理想一些。但是，采用這種方法的缺點是在高工況下經(jīng)濟性不好，對于高工況較少的車用柴油機較適用，而由于“育鯤”輪上的柴油機高工況運行時間長，經(jīng)濟性不好，所以一般不采用。</p><p>　　由于NA40/S型增壓器的噴嘴環(huán)是不可變的。因而，可以考慮采用變噴嘴環(huán)進行喘振的控制。所謂變噴嘴環(huán)，即噴嘴環(huán)的出口截面積是可以改變的。當(dāng)柴油機出現(xiàn)故障（如氣閥燒損，氣缸漏氣），熱負荷增大，排煙溫

58、度升高，廢氣能量增加，將使增壓器轉(zhuǎn)速增加，供氣量增多，使柴油機與增壓器失配。這時，讓噴嘴環(huán)出口截面積增大，使增壓器轉(zhuǎn)速相對減小，增壓壓力降低，增壓不過量，從而防止由于柴油機與增壓器的失配而產(chǎn)生喘振。</p><p>　　經(jīng)研究表明，采用變噴嘴環(huán)增壓器時，渦輪的能量損失會有所減少，但考慮到變噴嘴環(huán)的葉片調(diào)節(jié)時會有間隙，因此會有附加漏氣損失，此損失的大小決定了變噴嘴環(huán)后渦輪性能的好壞。這又取決于變噴嘴環(huán)的設(shè)計制造技術(shù)

59、。所以比起同類增壓器的產(chǎn)品，初投資要增多，減少了經(jīng)濟性。</p><p>　　因而“育鯤”輪上的柴油機適宜采用上述所說的旁通補燃控制來防止壓氣機喘振。而采用旁通補燃的關(guān)鍵就是控制旁通閥的開度。旁通閥若開得過大，旁通空氣量過大而影響缸內(nèi)的燃燒質(zhì)量，使熱負荷上升，反而有造成喘振的危險。</p><p>　　為了精確、方便地控制旁通閥，可采用微機控制系統(tǒng)進行控制。旁通閥的開度是根據(jù)壓氣機流量和壓

60、氣機進出口壓力差確定的。</p><p><b>　　圖6-4</b></p><p><b>　　圖6-5</b></p><p>　　P1為壓氣機進口壓力；P2為壓氣機出口壓力；F為壓氣機流量</p><p>　　△P=P2-P1 為壓氣機前后端壓差。</p><p>　

61、　壓氣機在工作區(qū)內(nèi)，F(xiàn)與△P成一定的比例關(guān)系，即F/△P≥K,K為系統(tǒng)設(shè)定的比例常數(shù)。</p><p>　　當(dāng)F/△P<K時，系統(tǒng)進入喘振區(qū)，旁通閥依據(jù)F/△P的值對旁通閥閥門開度進行自動調(diào)節(jié)，以防止喘振的發(fā)生。（圖中的控制器為可編程控制器，可用PLC控制）</p><p><b>　　7.結(jié)論</b></p><p>　　隨著高壓比、高

62、效率渦輪增壓器的發(fā)展，渦輪增壓柴油機的增壓程度越來越高。但隨著增壓比的提高，增壓器的匹配矛盾也就越突出，增壓器難以同時滿足柴油機所有工況運行時的燃燒空氣的需要。增壓器與柴油機之間的匹配，防止喘振發(fā)生成為急需解決的問題。</p><p>　　本文所做的主要工作和得出的結(jié)論：</p><p>　　1.分析了“育鯤”輪上增壓器的工作原理和特點，結(jié)合喘振的機理，得出喘振產(chǎn)生的主要原因是壓氣機中的流

63、量小于設(shè)計工況，而使氣體在葉片或擴壓器上產(chǎn)生強烈的分離，同時產(chǎn)生強烈的脈動，引起壓氣機工作不穩(wěn)定。</p><p>　　2.結(jié)合“育鯤”輪的實際，列出了可能影響船上增壓器喘振的因素。主要有柴油機因素，中冷器因素，增壓器因素，環(huán)境因素。</p><p>　　3.提出了可能導(dǎo)致喘振的具體原因和解決方法，設(shè)置了“育鯤”輪上增壓器喘振故障的排除程序。</p><p>　　4

64、.對NA40/S型增壓器進行了防喘振控制的設(shè)計。采用設(shè)置放氣閥，在高工況下經(jīng)濟性不好；采用變噴嘴環(huán)增壓器，初投資過高，經(jīng)濟性不好，且存在排氣泄漏；最適宜采用設(shè)置旁通補燃控制。采用旁通閥控制，可用微機控制系統(tǒng)控制閥的開度。</p><p>　　由于知識所限，本文的部分內(nèi)容得研究還很初步，許多內(nèi)容有待于進一步研究：</p><p>　　1.運用建模計算，確定不發(fā)生喘振的柴油機運行界限。<