涡轮增压技术及算法详解.docx

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1、涡轮增压技术103这篇文章涉及较多的涡轮技术，包括描述压缩机的部分特性曲线图、计算发动机的增压比和空气质量流量，怎样在特性曲线图上绘制点来帮助你选择合适的涡轮增压器。把你的计算器放在手边吧。一压缩机部分特性曲线图[1]压缩机特性曲线图是详细描述压缩机压缩效率、空气质量流量范围、增压性能和涡轮转速等性能特性的一种图表。下面展示的是一幅典型的压气机特性曲线图：[2]增压比增压比（）被定义为出口处绝对压力除以进口处绝对压力注：=增压比、P2c=压气机出口绝对压力、P1c=压气机入口绝对压力[1]在压气机

2、入口和出口处使用绝对压力为计量单位非常有必要，一定要记住绝对压力的基础是14.7磅/平方英寸（在这个单位下“a”代表绝对压力）这被称为标准大气压力和标准情况。[2]表压即计示压力（在计量单位为磅/平方英寸下“g”代表表压力）测量的是超过大气压力的大小，所以表压力在大气压力下应该显示为“0”。增压表测量的岐管压力是相对于大气压力的，这就是表压力。这对于决定压缩机出口处的压力是非常重要的。比如说增压表上读出的12磅/平方英寸意味着进气歧管的压力高于标准大气压力12磅/平方英寸。即：歧管压力26.7磅/

3、平方英寸=12磅/平方英寸（表压力）+14.7磅/平方英寸（标准大气压力）[3]这个条件下的增压比就能计算了：（26.7磅/平方英寸[绝对压力]）/14.7磅/平方英寸（标准大气压力）=1.82[4]然而这是在假定压气机入口处没有空气滤清器影响的情况下[5]在决定增压比的时候，压气机入口处的绝对压力时常比环境压力小，特别是在高负荷时。为什么会这样呢？因为任何对空气的阻碍（这其中就包括空滤器管道的限制）都会对进气造成压力损耗，在决定增压比时，压气机上游的损耗都需要被计算。这种压力损耗在某些进气系统上

4、可能达到或超过1磅/平方英寸的表显压力。在这种情况下压气机入口处压力应该如下取值：压气机入口绝对压力=14.7psia–1psig=13.7psia[6]带入最新的入口处压力进行增压比计算应该是下面这样(12psig+14.7psia)/13.7psia=1.95.[7]以上计算方法很好，但是如果你不是在标准大气压下呢？在这种情况下，在计算工式中简单地用真实的大气压力替代标准大气压力14.7psi能够使计算更精确。在较高的海拔下会对增压比有显著的影响。比如说：在丹佛5000尺的海拔高度下，大气的平

5、均压力在12.4psia,在这种情况下带入的进气真空度在压缩比计算时：（12psig+12.4psia）/（12.4psia–1psig）=2.14(增压比)这样的结果和最原始计算的增压比1.82相比有很大的不同。[1]从以上的例子总可以看出增压比取决于很多参数，不仅仅是增压器。1.空气质量流量[1]空气质量流量是在给定的一段时间空气流过压气机（或发动机）的量，常被表示为lb/min(磅/分钟)。质量流量可以使用物理方法测量。但是许多情况下在选择适当的涡轮过程中估计质量流量就已经足够了。[2]许多

6、人使用体积流量（表达为：立方英尺/分钟CFM或者ft3/min）代替质量流量。体积流量可以通过乘以空气密度转换成质量流量。标准大气压下空气密度为0.076lb/ft3。[3]质量流量我应该取多少？一般情况下涡轮增压的汽油引擎每1lb/min质量流量可以产生9.5-10.5马力（飞轮上测得），所以如果一个引擎想要400马力那就要求空气质量流量为36-44lb/min，这样的计算只能粗略地帮助你缩小增压器的选择范围。2.喘振线[1]喘振线是压气机特性曲线图的左边界，喘振线的左边是流动不稳定的区域。这一

7、区域内压气机内气体从小波动变化到大波动。如果在这一区域内连续运转会因为涡轮的高轴向负载导致涡轮失效。[2]根据经验在以下两种情况下涡轮喘振经常发生。第一种也是最严重的一种就是在负载过轻时的喘振。这种情况下很明确就是涡轮太大。喘振经常发生在增压后节气门快速关闭时。随着节气门快速关闭气体质量流量快速减少，但是节气门仍然高速旋转长生压力，导致喘振发生。这立刻驱使涡轮工作状态远远超出压气机特性曲线图左边的区域立刻导致喘振。一旦涡轮转速减到足够小减少增压并将工作状态移到稳定工作区域喘振将会减弱。这种情况常用

8、一个泄压阀或者式旁通阀解决。泄压阀的作用是减少进气压力到大气压力以至于缓慢地降低气体质量流量，防止涡轮喘振发生，在使用循环旁通阀的情况下，气流会再循环到涡轮进气口。[3]一个有旁通道的涡壳（看图2）组成了压气机汽缸的一部分，它的作用是通过允许气流不通过涡轮叶片直接通过涡轮，把喘振线移到更左边（看图3），防止出现喘振。这增加了额外的可用范围同时允许更大的增压器被使用在对气流有更高要求同时要求增压器不能出现喘振的条件下。涡壳旁通道有一个较小的副作用，那就是降低了压气机效率。1.阻塞线阻