柴油發(fā)電機(jī)采用增壓中冷技術(shù)的目的和原因
在柴油發(fā)電機(jī)中，增加平均有效壓力是提高和強(qiáng)化柴油發(fā)電機(jī)功率的最有效措施之一。而增加平均有效壓力通過增壓來提高進(jìn)氣壓力，增加燃燒的過量空氣因數(shù)，同時(shí)增加柴油機(jī)的空氣進(jìn)氣量，可有效降低大負(fù)載工況下的排氣煙度、pm排放量以及燃油消耗。
一、增壓器技術(shù)
增壓方式取決于增壓能量，增壓方式有機(jī)械增壓、廢氣渦輪增壓、復(fù)合增壓、氣波增壓，目前應(yīng)用最廣泛的是廢氣渦輪增壓。廢氣渦輪增壓因排氣能量利用方式不同分為定壓渦輪增壓系統(tǒng)和脈沖渦輪增壓系統(tǒng)，低增壓的中小型柴油發(fā)電機(jī)，高增壓的柴油機(jī)采用脈沖渦輪增壓系統(tǒng)，大型柴油機(jī)一般為定壓渦輪增壓系統(tǒng)。
渦輪增壓系統(tǒng)分單級和多級，單級的壓比從1.1～3.5，而二級的壓比可達(dá)6.0以上。二級增壓在增壓器低轉(zhuǎn)速的情況下獲得較高的壓比，而且不依賴于氣體流量的大小，因此在提高進(jìn)氣壓力的同時(shí)，擴(kuò)展了增壓器的工作范圍，使得增壓器適應(yīng)柴油發(fā)電機(jī)不同工況的需求，特別是改善了啟動性能。
1、廢氣渦輪增壓器的工作原理
（1）單級軸流式渦輪機(jī)的基本工作原理
它的主要元件是固定的噴嘴環(huán)和旋的工作葉輪。一列噴嘴葉片和其后的一列工作葉片組成了渦輪機(jī)的一個(gè)級。圖中上部為噴嘴環(huán)和工作葉輪的局部剖視圖。中部的葉型斷面是用一個(gè)通過i-i的圓柱面切割渦輪，將所得切面展開在平面上，稱為平面葉柵。噴嘴環(huán)的各葉片間和葉輪各葉片之間構(gòu)成了廢氣流道。廢氣流經(jīng)噴嘴和葉輪時(shí)，其參數(shù)（壓力p、溫度t、流速c）沿流道的變化情況如圖中下部所示。
（2）離心式壓氣機(jī)的基本工作原理
廢氣渦輪增壓器的壓氣機(jī)一般都采用單級離心式壓氣機(jī)。它由進(jìn)氣道、工作輪、擴(kuò)壓器和排氣渦殼組成。當(dāng)壓氣機(jī)工作時(shí)，新鮮空氣經(jīng)進(jìn)氣道軸向進(jìn)入壓氣機(jī)葉輪。由于通道的導(dǎo)流作用，氣流能在最小的損失下均勻進(jìn)入壓氣機(jī)葉輪。進(jìn)氣道是漸縮流道，在進(jìn)氣道中，壓力、溫度略有降低，流速提高。正是因?yàn)閴毫档停諝獠疟晃牍ぷ鬏啞？諝膺M(jìn)入壓氣機(jī)葉輪后，隨葉輪高速回轉(zhuǎn)，因而產(chǎn)生離心力。這樣，空氣在葉輪葉片間隨葉輪作圓周運(yùn)動的同時(shí)，在離心力的作用下向葉輪外緣流動并被壓縮。在葉輪中氣體的流速、壓力、溫度都升高了，其中流速提高了很多。這是由于葉輪對氣體作功，把葉輪的機(jī)械能變成了氣體的動能和壓力能。氣體被壓縮時(shí)也提高了溫度。在擴(kuò)壓器中，由于流道逐漸擴(kuò)大，使空氣的動能轉(zhuǎn)換為壓力能，流速降低，壓力升高。排氣蝸殼中的通道也是漸擴(kuò)的，因而空氣流過時(shí)繼續(xù)將動能轉(zhuǎn)換為壓力能。
2、廢氣渦輪增壓的特點(diǎn)
提高功率20％～50％；提高經(jīng)濟(jì)性能、機(jī)械效率和熱效率（油耗降低5％～10％）；降低排氣噪聲和煙度；加速性能差；熱負(fù)載（活塞溫度、渦輪前廢氣溫度高）問題嚴(yán)重；機(jī)械負(fù)載（最高燃燒壓力）大；對氣溫與氣壓敏感；易發(fā)生增壓器低壓級漏油高壓級漏氣現(xiàn)象。
圖1 康明斯柴油發(fā)電機(jī)中冷器芯示意圖
二、中冷器技術(shù)
中冷器是增壓系統(tǒng)的一部分。當(dāng)空氣被高比例壓縮后會產(chǎn)生很高的熱量，從而使空氣膨脹密度降低，而同時(shí)也會使柴油發(fā)電機(jī)溫度過高造成損壞。為了得到更高的容積效率，需要在注入氣缸之前對高溫空氣進(jìn)行冷卻。這就需要加裝一個(gè)散熱器，中冷器使柴油發(fā)電機(jī)的進(jìn)氣溫度降低。柴油發(fā)電機(jī)排出的廢氣有非常高的溫度，增壓器的熱傳導(dǎo)使進(jìn)氣的溫度提高。且被壓縮的空氣密度會升高，導(dǎo)致空氣溫度升高，柴油發(fā)電機(jī)的充氣效率受到影響，若想要充氣效率進(jìn)一步提高，就要使進(jìn)氣溫度降低。數(shù)據(jù)表明，在空燃比相同條件下，增壓空氣每下降10℃溫度，柴油發(fā)電機(jī)就能提高3％～5％功率。通常中冷器可以將氣體溫度從150℃降到0℃左右；如果燃燒室進(jìn)入未經(jīng)冷卻的增壓空氣，除了柴油發(fā)電機(jī)的充氣效率會影響外，柴油發(fā)電機(jī)容易導(dǎo)致燃燒溫度過高，造成爆震等故障，而且柴油發(fā)電機(jī)廢氣中的no，的含量會增加，造成空氣污染。
為了消除增壓后的空氣升溫造成的不利影響，需要加裝中冷器使進(jìn)氣溫度降低。中冷器由鋁合金材質(zhì)制作。按照冷卻介質(zhì)區(qū)分，常見的中冷器有兩種：風(fēng)冷式和水冷式。
1、風(fēng)冷式
風(fēng)冷式利用外界空氣對通過中冷器的空氣進(jìn)行冷卻。優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)冷卻系統(tǒng)的組成部件少，結(jié)構(gòu)比水冷式中冷器相對簡單。缺點(diǎn)是冷卻效率比水冷式中冷器低，一般需要較長的連接管路，空氣通過阻力較大。風(fēng)冷式中冷器因其結(jié)構(gòu)簡單和制造成本低而得到廣泛應(yīng)用，大部分渦輪增壓柴油發(fā)電機(jī)使用的都是風(fēng)冷式中冷器。
圖2 康明斯柴油發(fā)電機(jī)增壓器示意圖
2、水冷式
水冷式利用循環(huán)冷卻水對通過中冷器的空氣進(jìn)行冷卻。優(yōu)點(diǎn)是冷卻效率較高，而且安裝位置比較靈活，無需使用很長的連接管路，使得整個(gè)進(jìn)氣管路更加順暢。缺點(diǎn)是需要一個(gè)與柴油發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)相對獨(dú)立的循環(huán)水系統(tǒng)與之配合，因此整個(gè)系統(tǒng)的組成部件較多，制造成本較高，面且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。水冷式中冷器的應(yīng)用比較少，一般在柴油發(fā)電機(jī)中置或后置的車輛上，以及大排量柴油發(fā)電機(jī)上使用。凡事有利就有弊，渦輪增壓也不例外。柴油發(fā)電機(jī)在采用廢氣渦輪增壓技術(shù)后，工作中產(chǎn)生的最高爆發(fā)壓力和平均溫度將大幅度提高，從而使柴油發(fā)電機(jī)的機(jī)械性能、潤滑性能都會受到影響。為了保證增壓柴油發(fā)電機(jī)在較高的機(jī)械負(fù)載和熱負(fù)載條件下，能可靠耐久地工作，必須在柴油發(fā)電機(jī)主要熱力參數(shù)的選取、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料、工藝等方面作必要的改變，而不是簡單地在柴油發(fā)電機(jī)上裝一個(gè)增壓器就行了。由于這個(gè)改變過程在實(shí)行中難度頗大，而且還要考慮增壓器與柴油發(fā)電機(jī)的匹配問題，因此在一定程度上也限制了廢氣渦輪增壓技術(shù)在柴油發(fā)電機(jī)上的應(yīng)用。
采用有效的空一空中冷系統(tǒng)使工作循環(huán)溫度下降，增壓空氣溫度到50℃以下，有助于no，的低排放和pm的下降，目前大中功率柴油機(jī)普遍采用增壓中冷型，不僅燃油經(jīng)濟(jì)性良好且有助于低排放。此外，渦輪前排氣旁通閥的應(yīng)用，可以改善渦輪增壓柴油機(jī)的瞬態(tài)性能和低速扭矩，降低pm-和co排放。

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