6第三章 换气机构和增压系统(7)

脉冲转换增压用于缸数为四的倍数的柴油机效果最佳。它适用于高、中速机。 图3-2-7 脉冲转换增压

2）多脉冲增压

多脉冲增压的原理和脉冲转换增压相似。图3-2-8为一台7缸柴油机多脉冲增压的排气管布置方案。它将排气不重叠的气缸连接到一根细的排气支管上，每一根排气支管通入一个收缩管，各收缩管合成一束，形成一个花瓣形多孔渐缩锥形管与带喉口的混合管相连接，各收缩管相互起引射作用，最后进入涡轮增压器，实现全周进气，提高了涡轮效率。它适用于高、中速机，气缸数不受限制。

3）模件式单排气总管增压（MSEM）

模件式单排气总管增压包括模件式脉冲转换（MPC）

增压、单管排气系统（SPES）等，它们工作原理类似，近

年来发展迅速。其外表有些象等压增压，只是排气总管为

组合式而且细得多（见图3-2-9），性能比多脉冲增压方式

更好。下面以MPC增压方式为例加以说明。

MPC增压方式每个缸的排气出口均装有一个模件式脉

冲转换器（如图3-2-9所示），其工作原理如下。排气出了 排气阀，很快充满短小的排气支管，减少了超临界阶段阀图3-2-8 多脉冲增压 出口处的节流损失。而且支管与总管之间由于相互引射，

起了良好的动力隔离作用：（1

）排气通过排气支管喷咀，

这时其压力下降、流速升高，部分压力能转换为动能，变

成高速气流并将这些动能传递给已在排气总管中高速流

动的气体，使排气在总管中流速进一步增加。或者说，排

气的脉动压力（脉冲势能）大部分不直接传到总管中去，

而是转换为脉冲动能的形式来传递，以减少在总管中产生

压力波动。因而减少了对其它气缸扫气的干扰。（2）由于 总管中气流流速较高，对各支管也有一定的引射作用，使图3-2-9 模件式脉冲转换增压 处于扫气阶段的气缸支管内压力较低。（3）支管喷咀截面

收小，所以总管内的压力波动对支管内压力波动影响减小（衰减）了，对各缸扫气的干扰也就减弱。因此，有利于扫气的进行，改善了扫气质量，减少了活塞的推挤功。最后在总管联接涡轮处装一段扩压管，将排气的动能转换为压力能。总之，模件式脉冲转换增压能够使柴油机扫气良好，排气脉冲能E1可得到较好的传递，而且涡轮实现了全周进气，入口处压力的变化也相当稳定，涡轮效率接近等压增压时的涡轮效率。使柴油机在不同负荷下均能获得较高的效率。

MSEM增压方式兼顾高负荷和低负荷、稳态和瞬态性能，还具有成本低、可靠性好、维修方便、结构紧凑等优点。它对各种气缸数的柴油机都适用。

起动性能、部分负荷性能、加速性能和突变负荷适应能力较差是各种增压方式高增压柴油机共同性的缺点，只是严重程度不同而已。比较下来，部分负荷性能最佳的是三脉冲增压，其燃烧保持良好，燃油消耗率仍较低，排气阀温度也较低。部分负荷性能最差的是等压增压。在高增压船用中速机上，各种增压方式大体都能适应，但综合性能以MSEM增压较佳。

三、废气涡轮增压器及增压系统其它部件

1．废气涡轮增压器

涡轮增压器一般都采用离心式压气机。根据其涡轮的型式可分为轴流式涡轮增压器和径流式涡轮增压器。轴流式涡轮增压器用于大功率柴油机，径流式涡轮增压器用于功率较小的柴油机。废气涡轮增压器压气机的增压比πk可分为低增压、中增压、高增压和超高增压。一般πk<1.7的，称低增压；πk为1.7～2.5的，称中增压；πk为2.5～4.0的，称高增压；πk>4.0的，称超高增压。另外，按增压器的涡轮机外壳是否用水冷却，还可分为水冷增压器与非水冷增压器。

叶轮叶片间通道中转弯（冲动作用）和膨胀相对速度提高（反动作用），使叶片凹面上压力提高，凸面上压力降低。作用在叶片表面上压力的合力形成了带动叶轮旋转作功的力矩。 ②动叶的进口及出口速度三角形。

气流在涡轮中流动情况可用叶轮叶片（动叶）的进口

及出口速度三角形来表示，见图3-2-11。由于叶轮是旋转的，

而气流的绝对速度是由牵连速度和相对速度合成的，对其

入口则有：C1 W1 u。它们组成速度三角形。从速度三

角形图可看出，当气流从喷咀流出的速度C1值和出口角α

1给定时，相对速度W1的大小和方向（β1角）取决于牵连

速度（即工作轮圆周速度）u的大小。显然，当结构上给定

α1角时，β1角的大小就取决于u/C1比值。参数u/C1在涡

轮机中是一个重要的参数，它决定了β1角的大小，也就是

决定了动叶入口处的流动情况。

同理，对动叶出口则有：C2 W2 u。结构上给定了 图3-2-11 涡轮动叶的进、出口速

相对速度W2的方向角β2，C2的大小及方向取决于W2和圆度三角形

周速度u的向量和。设计工况时，α2接近90°，C2最小，

即余速损失最小。C2大大地小于C1。

③涡轮级中损失。

在涡轮喷咀及动叶中的损失主要有：

ⅰ废气在喷咀和动叶中的流动损失。流速越高，损失越大。

ⅱ撞击损失。当涡轮工作于设计工况时，其气流的β1角与动叶的构造角β1k相等，气流平顺地流过动叶通道。涡轮工作于非设计工况或变工况时，u/C1变化，气流的β1角变化，如图3-2-12所示，其中图a）β1>β1k，图b）β1<β1k，均造成气流撞击动叶前缘，产生涡流

和分离，导致损失增加。

ⅲ余速损失C2。余速损失也是设计工况2

时最小。

除上述三种损失外，还有动叶与机壳之间 径向间隙引起的漏气损失，叶轮端面与燃气之

图3-2-12 涡轮撞击损失 间的摩擦损失。脉冲涡轮因间歇进气、部分进

气还会引起其它附加损失：鼓风损失、驱气损

失、窜流损失等。至于轴承的摩擦损失，则放

在增压器的机械效率中计算。

（2）离心式压气机的工作原理

①空气在离心式压气机中流动时压力、流

速、温度的变化。

涡轮增压器中的压气机部分一般都采用单

级离心式压气机。离心式压气机的结构简图如

图3-2-13上图所示。它是由进气道1、叶轮2、

扩压器3及出气涡壳4所组成。下图为各空气

参数沿流道变化的情况，0-0、

1-1、 、4-4

分别为上述各部件的进、出截面。当压气机工

作时，外界空气经过进气道沿轴向进入压气机

叶轮，并随叶轮作高速回转，在离心力作用下空气受到压缩，同时沿着叶轮通道向外加速流动。压力从

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