柴油机涡轮机增压技术 第2版 教学课件 作者 陆家祥 电子课件 第二章.ppt

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1、第二章增压系统热力参数及其调节2.1排气能量的利用2.1.1排气最大可用能压气机1－2压气机进气2－a压气机绝热压缩a－3压气机排气1－2－a－3－1压气机耗功8－2－a－6－8进入发动机气缸并留在气缸内的空气压缩耗功1－8－6－3－1扫气空气的压缩功Es：扫气空气所具有的能量Es’：扫气空气进入涡轮后具有的能量Es’’：5－7－6－3－5，扫气空气节流损失柴油机3－a柴油机进气a－c柴油机绝热c－z柴油机等容燃烧z－z’柴油机等压燃烧z’－b柴油机绝热膨胀b－4柴油机等容排气4－5柴油机等压排气柴油机指示功Wia－c－z－z’－b－a柴油机缸内气体膨胀功6－7－4－a－6柴油机泵吸

2、正功b－9－K’－b柴油机排气门打开时排气等熵膨胀至大气压力pa时所能作的功(Eb)b－4－T’－b排气经排气门节流和排气歧管中自由膨胀所损失的能量，E14－9－K’－T’－4排气在涡轮中进一步膨胀所回收的能量，ET涡轮5－4－T’涡轮进气T’－K’涡轮绝热膨胀K’－2－1涡轮排气1－K－T－5－1：涡轮排气总能量E21－8－7－5－1：扫气空气进入涡轮后具有的能量Es’8－9－4－7－8：活塞推出排气使排气增加的能量Ec4－9－K’－T’－4：排气在涡轮中的膨胀功，ETT’－K’－K－T－T’：E1中的一小部分转变为热能加热排气使其增加的能量Eq排气的最大可用能E由三部分组成：排气

3、门打开时，气缸内气体等熵膨胀到大气压力所作的功Eb活塞推出排气，排气得到的能量Ec扫气空气所具有的能量Es2.能量传递中的损失及减少措施总能量损失△E：△E=△Ev+△EC+△ED+△EM+△EF+△Eh△Ev---流经排气门处的节流损失；△EC---流经各种缩口处的节流损失；△ED---管道面积突扩时的流动损失；△EM---不同参数气流掺混和撞击形成的损失；△EF---由于气体的粘性而形成的摩擦损失；△Eh---气流向外界散热所形成的能量损失。(1)△Ev：流经排气门处的节流损失约占总损失的60％～70％①在设计中，使排气门开启后的通流面积尽可能大。②排气门开启速度尽可能快。③排气

4、管容积不应太大，排气管要细而短。减少△Ev的措施：(2)△EC：流经各种缩口处的节流损失减少措施：光顺管道、减少缩口。图2-2排气管内的压力变化(3)△ED：管道面积突扩时的流动损失减少措施：避免突扩。（4）△EM：不同参数气流掺混和撞击形成的损失减少措施：避免气流撞击。歧管用顺着气流的斜向接头，不用T形接头/十字接头。（5）△EF：摩擦损失减少措施：光滑管壁，减少摩擦。（6）△Eh：向外界散热形成的损失减少措施：隔热能量传递效率：式中，ET－涡轮进口处气体的可用能量；Ec－排气门前气体的可用能量。2.1.3排气能量利用方式定压增压系统:不利用脉冲能量E1，排气管较大，部分脉冲能量转

5、化为热能Eq，涡轮前排温高。能量回收率：式中：－涡轮出口压力，－涡轮入口压力，－涡轮中气体的等熵指数.定压增压系统优点：1）可采用涡轮全进气，压力波动小，涡轮效率高。2）多缸时，排气管结构简单。3）涡轮增压器布置较自由。4）不会由于压力波的干扰而使柴油机的转速上限受到限。5）对低增压相同功率的柴油机而言，涡轮通流面积较脉冲的小，可用小一号涡轮增压器。定压增压系统缺点：1）加速性较差，低负荷性能较差。2）扫气空气量较脉冲的少。3）部分负荷时，有时扫气倒流，弄污进气系统及增压器。4）在低转速、高转矩时，增压压力下降较大。5）在缸数少时，显得排气管容积过大。定压增压系统应用：高增压而大部分

6、时间在高负荷运转的柴油机。如发电机组、气缸数为7缸、14缸的柴油机等。脉冲增压系统:利用脉冲能量E1，排气管容积小，压力有波动。E1实际利用40～50%.脉冲能量利用系数：脉冲增压系统中利用的脉冲能量占总能量中的份数。利用E1的50％时脉冲增压系统优点：1）排气能量利用系数高，低工况性能好。2）扫气易于组织。3）加速性能较好。脉冲增压系统缺点:l）增压压力高时，排气门节流损失大。2）排气管太长时，反射压力波对扫气会产生干扰。3）同样功率的柴油机，常常要大一号的增压器，成本较高。4）缸数多时，排气管结构较复杂。脉冲增压系统应用:用于车用、船用等变速、变负荷运行较多的场合。2.1.4影响

7、脉冲能量利用的因素（1）排气门开启定时：排气门开启时相对瞬时压力系数pc－缸内瞬时压力pa－涡轮背压（2）排气门通流面积气缸排空速率－流量系数；－排气门最大有效流通面积；－排气门开启时的气流音速；－一个气缸的工作容积。四冲程柴油机一般不小于12（3）排气门开启规律排气门开启规律影响系数排气门瞬时开启面积排气门最大开启面积（4）排气管通流面积排气管截面积影响系数排气管通流面积排气管最大有效通流截面积中、低增压柴油机，＝1.1～1.3高增压柴油机，＝1左右(5