片的凸面发生分离;在扩压器中气流冲向叶片的凸面,与叶片的四面发生分离。由于叶轮叶片在转动中要离开气流分离区,扩压器中气流的圆周向流动也使气流离开气流分离区,气流分离区有扩展的趋势。随着流量的减少,气流分离区会愈来愈大,以致在叶轮和扩压器中造成气体倒流,发生不稳定流动,最终导致喘振的产生。一般扩压器叶片内气流分离的扩展是压气机喘振的主要原因,而叶轮进口处气流分离的扩展会使喘振加剧。
图10-25 在一定转速、不回流量下叶片前缘的空气流动情况
图10-26 在一定转速、不同流量下叶片扩压器的空气流动情况
当离心式压气机被作为增压器与柴油机配合工作时,增压器(或包括辅助扫气泵)的供气量和压力要满足柴油机的要求。柴油机与增压器良好匹配的标志是:柴油机达到预定的增压指标;增压器在柴油机全部工作范围内都能稳定地运转,既不喘振也不超速,并且尽可能在高效区工作,即增压器工作特性曲线应离喘振线远一点,又要处在高效率区。
三、柴油机增压系统中增压器的喘振与消除
1.增压系统中增压器喘振的原因
增压器产生喘振的原因从根本上讲,是由于压气机的实际流量小于该转速下引起喘振的限制流量,造成气流与叶片的强烈撞击与脱流。任何新造的增压柴油机,只要涡轮增压器与柴油机匹配良好,使用初期增压器都不会发生喘振。可是随着运转时间的增长,增压系统中各部件就会污损或出现故障,柴油机本身某些部件也会产生故障,致使两者的性能逐渐恶化,导致匹配不良,引起喘振。此外,运行中某些暂时的匹配不良也可能发生喘振。如: (1)气流通道堵塞
(2)增压器和柴油机的运行失配
(3)脉冲增压一缸熄火或各缸负荷严重不均
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(4)环境温度的变化
2.各种增压系统中增压器的运行特点 1)单独增压系统(图10-28)
单独增压系统仅由增压器向柴油机供气,所以柴油机的进气特性线也就是增压器的工作特性线。由图可见, 在单独增压系统中因流道阻塞,常常在低负荷时发生增压器喘振。 管理中应经常注意气口和空气冷却器的清洁,使流道保持畅通,在低负荷下发生喘振时可暂时用提高负荷的办法消除。
图10-28 单独增压系统工作线图 10-29 串联增压系统工作线 10-30 并联增压系统工作线 2)串联增压系统(图10-29)
在串联增压系统中,柴油机的进气特性与增压器工作特性不重合。串联增压系统的工作特性线是一条上部离喘振线较近,下部离喘振线较远的曲线,在高(超)负荷时容易发生喘振。因为在设计柴油机时选配的增压器一般都避开了高转速下的喘振问题,所以串联增压系统在柴油机全部转速范围内不会发生喘振。若由于增压系统出现故障而使增压器的排量减少,特性线左移,在高转速下就会出现喘振。这时可降低负荷,直至喘振消除为止。 3)并联增压系统(图10-30)
在并联增压系统中,柴油机所需要的空气量是增压器和活塞下部增压泵两者供应空气量的总和。由图可知,并联增压系统在柴油机低速运行时必然会发生增压器喘振现象,必须采取相应的措施。例如在扫气箱设放气阀;装设串-并联转换装置(低负荷时转换成串联增压系统);采用并联喷射系统(低负荷时使用并联喷管系统)增大增压器流量等。
由于并联增压系统结构复杂,本身存在着低负荷性能差、易喘振的问题。MAN公司自KSZ-A型柴油机起,采用纯废气涡轮增压,并设一台电动辅助鼓风机,保证柴油机在50%以下负荷工作时的供气。
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