兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)小組成員：劉力碩

王悅孫衛(wèi)華何潤林朱登渟2015年4月16日兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的技術(shù)難點(diǎn)兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的前景分析2兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的技術(shù)難點(diǎn)兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的前景分析3兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理4兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理低速：排氣：控制閥關(guān)閉，所有排氣經(jīng)過高壓級(jí)渦輪膨脹作功；進(jìn)氣：壓氣機(jī)旁通閥不開啟，空氣分別進(jìn)過低壓級(jí)與高壓級(jí)，中冷后進(jìn)入氣缸。中速：排氣：控制閥部分開啟，排氣經(jīng)過高壓級(jí)與低壓級(jí)渦輪膨脹作功；進(jìn)氣：空氣經(jīng)過低壓級(jí)與高壓級(jí)壓縮后，中冷進(jìn)入氣缸。高速：排氣：控制閥開啟，排氣只經(jīng)過低壓級(jí)渦輪膨脹作功；進(jìn)氣：空氣經(jīng)過低壓級(jí)壓氣機(jī)壓縮后，推開壓氣機(jī)旁通閥，不經(jīng)過高壓壓氣機(jī)直接中冷進(jìn)入氣缸。5兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理6兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理高壓級(jí)與低壓級(jí)的壓比分配條件：總壓比為定值假設(shè)：兩個(gè)壓氣機(jī)效率相等，進(jìn)口溫度相同求：總壓縮功最小均勻分配時(shí)，總壓縮功最小7兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理當(dāng)高壓級(jí)入口超過環(huán)境溫度時(shí)，壓比分配均勻，高壓級(jí)壓縮功增大；隨負(fù)荷變化時(shí)，能量分配發(fā)生變化。高壓低壓分配比例為4：6時(shí)，在部分負(fù)荷下兩級(jí)壓比保持相等。8兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理渦輪能量分配FTH高壓級(jí)渦輪流通面積，F(xiàn)TH高壓級(jí)渦輪噴嘴面積，F(xiàn)HB工作輪流通面積FTH/FTL與廢氣能量分配9兩者之比越接近1低壓級(jí)渦輪能量分配比例越大；只有當(dāng)廢氣流速處于亞臨界范圍比值才有可能大于1；為保證氣體連續(xù)流動(dòng)，比值一般為2/3；由于通過兩級(jí)增壓器的流量相同，若低壓級(jí)分配功率太?。‵TL過大），則需要大尺寸壓氣機(jī)與渦輪；根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般使低壓級(jí)增壓器在系列譜上比高壓級(jí)大一檔為宜。兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理增加中冷增加閥門、通路10兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理改變渦輪連接方式兩級(jí)串聯(lián)渦輪增壓器渦輪并聯(lián)，壓氣機(jī)串聯(lián)11兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的技術(shù)難點(diǎn)兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的前景分析12兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)中冷減少壓氣功，改善壓氣機(jī)效率和柴油機(jī)綜合性能可靠性好，壓比分配，不會(huì)超速，較可變幾何截面結(jié)構(gòu)簡單外界條件影響降低，僅影響低壓級(jí)，較單級(jí)渦輪小提高升功率，壓比、流量范圍大，可適應(yīng)高海拔降低排放、油耗，易實(shí)現(xiàn)廢氣再循環(huán)，節(jié)能減排增壓器快速響應(yīng)性提高，明顯減少渦輪遲滯現(xiàn)象輕量化明顯，減少整車質(zhì)量vs收益不僅取決總壓比，還有布置與尺寸，結(jié)構(gòu)復(fù)雜高、低級(jí)渦輪增壓器之間的壓力接管長，噪音無法避免使用標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品，對(duì)某些地方的零件的強(qiáng)度和密封性要求高成本高，體積大，主要為低壓級(jí)渦輪尺寸大一倍四沖程柴油機(jī)帶固定的螺旋槳時(shí)，部分負(fù)荷性能有問題切換不夠平緩，整體舒適性有待提高13兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的技術(shù)難點(diǎn)兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的前景分析14兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的技術(shù)難點(diǎn)增壓器的安裝:高低壓增壓器安裝在柴油機(jī)兩端或一段都會(huì)使柴油機(jī)的總尺寸增大，如果高壓級(jí)安裝在柴油機(jī)上，低壓機(jī)安裝在遠(yuǎn)離柴油機(jī)的某個(gè)地方則會(huì)造成整臺(tái)柴油機(jī)不是一個(gè)整體。解決辦法：雙渦輪雙壓氣機(jī)的單軸增壓器，或者兩根同心軸15兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的技術(shù)難點(diǎn)增壓器匹配和壓比分配：兩級(jí)增壓器匹配既包括渦輪與壓氣機(jī)的匹配，也包括單級(jí)增壓器與內(nèi)燃機(jī)匹配，還包括兩級(jí)壓比分配。在不同轉(zhuǎn)速下，兩級(jí)增壓器負(fù)荷的數(shù)值和比值都在變化，匹配困難。目前解決方案：匹配原則與單級(jí)增壓器相同，因此匹配方法也很近似。全負(fù)荷時(shí)的理想匹配會(huì)導(dǎo)致部分負(fù)荷時(shí)效率和壓比的降低，單級(jí)匹配主要依靠旁通閥的預(yù)設(shè)壓力調(diào)節(jié)。兩級(jí)壓比（低壓：高壓，全負(fù)荷）取1~2以滿足部分負(fù)荷時(shí)兩級(jí)增壓器同時(shí)工作在額定工況下。其他改進(jìn)方案包括全負(fù)荷時(shí)廢氣旁通和低壓級(jí)變幾何渦輪對(duì)匹配和性能進(jìn)行調(diào)節(jié)。

16兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的技術(shù)難點(diǎn)兩級(jí)增壓器系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)技術(shù)難點(diǎn)：兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的本質(zhì)是在低轉(zhuǎn)速時(shí)采用高壓壓氣機(jī)提高低速性能和響應(yīng)速度，而在高轉(zhuǎn)速時(shí)采用低壓壓氣機(jī)穩(wěn)定提升功率輸出，兩級(jí)間切換要實(shí)現(xiàn)平緩過渡?，F(xiàn)有解決方案：串聯(lián)式設(shè)計(jì)從單級(jí)運(yùn)轉(zhuǎn)到兩級(jí)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)過渡和兩級(jí)始終同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)17兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的技術(shù)難點(diǎn)兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的前景分析18兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀應(yīng)用前提：在單級(jí)壓比或效率不足以滿足需要時(shí)優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)大壓比，提高性能、能量密度、效率，降低油耗缺點(diǎn)：成本（制造成本升、高20%~30%），體積與重量、匹配現(xiàn)況：航空發(fā)動(dòng)機(jī)、車用內(nèi)燃機(jī)、船用發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)展望：軍用推廣到民用，航空推廣到車船用，相互促進(jìn)19兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)若要求發(fā)動(dòng)機(jī)能滿足高空10000m的功率恢復(fù)特性一級(jí)增壓已遠(yuǎn)達(dá)不到要求，二級(jí)增壓系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)恢復(fù)更高功率的保障。轎車發(fā)動(dòng)機(jī)在低速狀態(tài)下提供穩(wěn)定的扭矩、更好的加速性能；解決低轉(zhuǎn)速下高扭矩和高轉(zhuǎn)速下功率最大化；商業(yè)發(fā)電機(jī)例：J624發(fā)動(dòng)機(jī)是GE公司于2007年推出的世界上首臺(tái)用于商業(yè)發(fā)電的24缸發(fā)動(dòng)機(jī)；在功率輸出和效率方面有了很大的提升非常適合在濕熱環(huán)境下運(yùn)行，并可應(yīng)用于熱電聯(lián)產(chǎn)；發(fā)電效率達(dá)到46.5%，提高了1個(gè)百分點(diǎn)。20兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的技術(shù)難點(diǎn)兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的前景分析21兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的前景分析兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)憑借其良好的性能（特