1、本科毕业论文（20 届）“育鲲”轮主机废气涡轮增压系统浅析及喘振的预防所在学院专业班级 轮机工程学生姓名指导教师完成日期内容摘要摘要：首先简要介绍了“育鲲”轮的主机涡轮增压系统的工作原理和 NA40/S 型涡轮增压器的特点。接着着重分析了“育鲲”轮的主机涡轮增压器各部分的组成及作用。并就预防主机涡轮增压器喘振，结合实地工作情况介绍了压气机的水洗和涡轮机的干洗，及提出在日常的管理中还应注意柴油机和增压器的运行失配。关键词：涡轮增压器系统 喘振 预防措施ABSTRACT: Firstly, introduce the working principle of the turbocharger sy
2、stem on “YUKUN” and the character of turbocharger NA40/S. Have analyzed composition and function of turbocharger every part emphatically .Through the observation of the work of the system, introducing the wet cleaning of compressor and the dry cleaning of turbine, and propose the operation mismatch
3、that should also pay attention to diesel engine and turbocharger in daily management. Keywords: turbocharger system surge precautionary measures目 录1、 “育鲲”轮主机废气涡轮增压系统原理及特点 .11.1 主机涡轮增压器系统工作基本原理 .21.2 “育鲲”轮 NA40/S 型涡轮增压器的特点 .2、 “育鲲”轮主机废气涡轮增压系统组成及作用 .32.1 废气涡轮增压器的总体结构 .32.2 离心式压气机 .42.3 废气涡轮 .42.4 转子和轴
4、承 .42.5 滑油系统 .52.6 密封空气系统和喷射辅助加速系统.6、 “育鲲”轮预防废气涡轮增压器喘振的措施 .53.1 废气涡轮增压器喘振的原因 .53.2 预防废气涡轮增压器喘振的措施 .64、总结 .10附图：图 1：“育鲲”轮涡轮增压器简图图 2：辅助风机图 3：内支承滑动轴承图 4：废气涡轮增压器滑油系统 图 5：密封空气系统图 6：喷射辅助加速系统图 7：“育鲲”轮涡轮机干洗系统图 8：“育鲲”轮压气机水洗系统“育鲲”轮主机废气涡轮增压系统浅析及喘振的预防前言柴油机由于在各种动力机械中热效率最高，功率范围宽广，启动迅速，维修方便，运行可靠，使用寿命长，因而得到了广泛的应用，特
5、别是在运输船舶上，柴油机作为主机更是占有统治地位。柴油机所发出的最大功率受到气缸内燃料燃烧量的限制，同时燃烧量又受到每个循环内气缸所能吸入的空气量的限制。增压可以使空气在进入气缸前得到压缩而使其密度增大，即同样气缸工作容积可以容纳更多的新鲜空气，从而就可以多供给燃料，得到更大的输出功率。涡轮增压器是广泛应用于各种柴油机中的一种增压节能装置。其原理是利用柴油机废气的能量驱动增压器的涡轮，同时带动同轴上的压气机转子旋转，将空气压缩并送入柴油机气缸。由于涡轮增压系统与柴油机之间无任何机械传动，同时涡轮增压系统利用的又是柴油机废气的能量，所以获得了广泛的应用。涡轮增压系统工作的优劣与否直接影响着柴油机
6、性能及其可靠性。因此，在船舶日常管理和维护保养中，作为船舶营运人员，管理好船舶的涡轮增压系统尤为重要。本文是通过本人在“育鲲”轮上进行长达一百多天的毕业实习过程中，对涡轮增压系统的结构、对设备参数详细的了解之后，对该系统的结构作了简要介绍，接着通过观察其实际运行情况，结合工作过程中的实际情况，提出了一些日常管理中的建议。1.“育鲲”轮主机废气涡轮增压系统的基本原理及特点.1 系统工作基本原理图 1 “育鲲”轮涡轮增压器简图1 涡轮机进气壳 2 涡轮喷嘴环 3 涡轮机转子 4 废气扩散器 5 涡轮机排气壳压6.1 压气机进气壳 6.2 消音器 插板 压气机叶轮 9 扩压器 10 压气机排气蜗壳
7、11 轴承箱“育鲲”轮主机使用的是公司设计生产的型废气涡轮增压器。该型号的废气涡轮增压器是定压、轴流式废气涡轮增压器。涡轮增压器由一个轴流的涡轮机和一个径流的压气机组成。运行中，涡轮机在排气能量的推动下，带动压气机工作，实现进气增压。如图所示，主机的废气由排气管依次进入涡轮机进气壳（1） ，涡轮的喷嘴环（ 2） ，涡轮机转子（ 3） ，废气扩散器(4)和涡轮机排气壳（5） 。在此过程中，将废气能量转化为转子的动能，从而驱动了压气机工作。与此同时，新鲜空气依次通过压气机进气壳（6.1）和消音器（6.2 ） ，插板（7） ，压气机叶轮（8） ，扩压器（9 ） ，压气机排气蜗壳（） 。最终被压缩的新
8、鲜空通过中间冷却器和进气管，进入主机的气缸。这一过程使进入气缸的空气密度增加，从而可以增加喷入气缸的燃油量，从而大幅度的提高柴油机的功率。.2 “育鲲”轮 NA40/S 型涡轮增压器的特点NA40/S 增压器是 MAN B&W 公司开发的定压、轴流式废气涡轮增压器。它只利用了废气能中的定压能，而没有利用废气能中的脉冲能。由于主机在低负荷时或者启动时，排气管压力低，废气能量少，使涡轮发出的功率满足不了压气机所需的功率，因此在“育鲲”轮主机设有辅助（图 2）风机来满足低负荷时的扫气需要。图 2：辅助风机NA40/S 增压器采用轴流式涡轮增压器，废气在涡轮叶片中的流动方向是和涡轮机的轴平行的。增压器
9、的轴承箱、压气机进气壳为非冷却式，不需链接冷却水管和清洁冷却水空间，减轻了增压器的重量，同时也避免了增压器壳体可能出现的低温腐蚀，并且涡轮出口排气温度升高，提高了废气能量的利用率。2.“育鲲”轮主机废气涡轮增压系统组成及作用点2.1 废气涡轮增压系统的总体结构“育鲲”轮主机废气涡轮增压系统由柴油机、压气机、废气涡轮、空气冷却器、重力油柜和辅助鼓风机等基本元件组成。该系统采用单独增压系统，即主机只用废气涡轮增压器来实现增压。它可以满足主机的工作需要而不消耗主机的输出功。因此，它能够最有效地提高主机的功率，同时还能改善主机的经济性。涡轮增压器由一个轴流的涡轮机和一个径流的压气机组成。内部的转子安装
10、在 2 个光滑的轴承上。废气涡轮增压器的轴承润滑融入到了发动机的滑油循环系统中，并且没有水冷却系统。压气机端的止推轴承和涡轮机端的光滑轴承分别由单独的两套管路通过主机滑油系统提供润滑。涡轮机端的壳体有隔热层。2.2 离心式压气机离心式压气机主要由压气机进气壳、进气消音器、压气机叶轮、扩压气、排气蜗壳等组成。其中，消音器的空气滤网和导流盆对空气过滤、倒流、消音。压气机叶轮由前弯的导风轮和半开式的工作轮组成。NA40/S 型废气涡轮增压器的压气机采用了连续后弯叶片，使压气机在宽广的压比范围内保持高效率。首先，空气在进气通道的导流作用下，以最小的损失均匀进入压气机叶轮。在渐缩型的进气通道中，空气的压
11、力、温度略有降低，流速提高。在压气机叶轮中，导风轮的扭曲方向和角度，是气流平顺地从轴向转到径向。空气随着叶轮的高速回转，因而产了离心力。这样，空气在叶轮叶片间随叶轮做圆周运动的同时，在离心力的作用下向叶轮外缘流动而被压缩。由于叶轮对气体做功，把叶轮的机械能变成了气体的动能和压力能，因而气体的流速、压力、温度都升高了，其中流速升高了很多。被压缩的空气进入到了扩压器中，由于扩压 器的流道逐渐扩大，使空气的动能转换为压力能，流速降低，压力升高。接着，被压缩的空气进入排气蜗壳。由于排气蜗壳的通道也是渐扩的，因而空气流过时继续将动能转换为压力能。衡量压气机的功能转换效率的指标是压气机的绝热效率。压气机等
12、熵消耗的功与实际消耗的功之比，即为压气机的绝热效率。其中，压气机耗功在等熵绝热的理想情况下是最少的。但压气机实际消耗的功，由于要克服气体流动阻力等，比等熵功要大。离心式压气机的绝热效率一般为 0.70.85。2.3 废气涡轮机“育鲲”轮废气涡轮增压器采用轴流式涡轮机，由涡轮进气箱、喷嘴环、工作叶轮、排气箱等组成。其中，喷嘴环由喷嘴内环、外环和喷嘴叶片组成。工作轮由轮盘和工作叶片组成，其中工作叶片轴向安装在轮盘边缘的槽口中，叶身为叶片的工作部分。NA40/S 型废气涡轮增压器的涡轮机采用了最新设计的加长叶片，提高了叶片的效率。具有一定压力和温度的废气从涡轮机进气箱流入喷嘴。在喷嘴收缩形的流道中膨
13、胀加速，其压力和温度降低，而流速升高，部分压力能转变为速度能，并且使气流具有了工作叶片所需的方向。从喷嘴出来的高速气流进入叶轮叶片间的流道时，气流被迫转弯。由于离心力的作用，迫使气流压向叶片凹面而企图离开叶片凸面。使叶片的凹凸两面间产生压力差。此压力差的合力即为作用在叶片上的冲动力。作用在所有叶片上的冲动力对转轴产生一个冲动力矩。此外，叶轮叶片的通道也是收缩的，废气在其中继续膨胀加速，其流出叶轮的相对速度大于流入叶轮的相对速度。当气流在旋转的叶轮中流动时，因膨胀加速而给涡轮以反作用力，使得涡轮又得到一个反动力矩。冲动力矩和反动力矩的方向是相同的，叶轮就在这两个力矩的共同作用下回转。由于工作轮在
14、高速气流作用下旋转并作机械功，从进口到出口，气流的温度、压力和绝对速度均降低。 “育鲲”轮废气涡轮增压器工作时，增压器前的废气温度一般是 460左右，出口温度一般为 290左右。最终，废气经排气箱排至大气。废气涡轮所作的轮周功的大小主要取决于燃气的流量和热状态。燃气在涡轮中的流动损失主要有流动摩擦损失、叶轮摩擦鼓风损失、漏气损失和叶片进口撞击损失等。在涡轮不全进气的情况下，摩擦鼓风损失很大；涡轮在偏离设计工况下工作，气流进入叶片时就会产生撞击，偏离越大，撞击损失越大。气流在叶片流道中流动时除了产生旋转力外，还产生轴向推力，使轴朝压气机方向窜动，因此必须在压气机端装设止推轴承。2.4 转子和轴承
15、涡轮机叶轮和压气机叶轮安装在同一根轴的两端，构成了增压器的转子。 “育鲲”轮废气涡轮增压器工作时，转速一般维持在 18000 r/min，在这么高的转速下，转子的平衡非常重要。转子由轴承支撑， “育鲲”轮的轴承位置在压气机叶轮和涡轮机叶轮之间的转轴上，属内支承式。这样的结构可使涡轮增压器的结构简单、轴径尺寸小、重量轻、改善了增压器的加速性能。另外内支承结构使得清洗增压器更方便。图 3：内支承滑动轴承“育鲲”轮废气涡轮增压器轴承采用滑动轴承。滑动轴承构造简单、制造成本低、对振动不敏感、运转噪音低、使用寿命长。在压气机端，由于叶轮出口的空气漏至叶轮右侧，其压力大于叶轮左侧的空气压力；在涡轮机端，涡
16、轮右侧的压力也大于涡轮左侧，因此在转子上作用着一个指向压气机侧的轴向推力。因此，在压气机端设计有一个止推轴承，承受转子的径向和轴向负荷，并起到转子轴向定位的作用。涡轮端的轴承是一个支持轴承，只承受转子的径向负荷，并允许产生一定的轴向位移以保证转子的热膨胀。2.5 滑油系统图 4：废气涡轮增压器滑油系统1 主机滑油供给管 2.2 调节孔 3 增压器滑油供给管 4 止回阀 5 涡轮增压器轴承箱 5.1 止推轴承滑油供给管 5.2 光滑轴承滑油供给管 6 有旁通的止回阀 7 重力油柜 8 溢流管 9 泄放管 10 通风箱 11 滑油箱或曲轴箱 12 通风管 13 压力机 14 压力控制器“育鲲”轮废
17、气涡轮增压器轴承的润滑与主机润滑油系统连接在一起，使用同一个标准。在轴承箱（5）内，两个光滑的轴承安装在涡轮机叶轮和压气机叶轮之间的转轴上，并且涡轮增压器转子安装在两个光滑的轴承上。 滑油输送管（1，3 和 5.1）给压气机端的止推轴承提供润滑油。滑油输送管（1，3 和 5.2）给涡轮机端的光滑轴承提供润滑油。润滑油同样起到冷却轴承的作用。“育鲲”轮主机涡轮增压器通过调节孔（2.2）调节润滑油压力。在截止止回阀（4和 6）之间的输送管（5.1 和 5.2）上的测量连头，用于控制和检测润滑油压力。当主机满负荷运行时，润滑油压力通常被调整到 1.50.2bar 的这样一个压力范围，并且润滑油的温度控制在使用温度范围以内（进口的最大温度是 70） 。在主机刚启动和预热的过程中，润滑油压力相对较低，这是可以将润滑油压力在稍短的一段时间内提高到 2.0bar。重力油柜（7）位于涡轮增压器之上，当主机停车后，重力油柜给涡轮增压器提供润滑油。重力油柜通过截止止回阀（6）阀盘上的一个小的旁通孔注油，并且润滑油持续的流
