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在重慶柴油發(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)組功率的最有效措施之一。而增加平均有效壓力通過(guò)增壓來(lái)提高進(jìn)氣壓力,增加燃燒的過(guò)量空氣因數(shù),同時(shí)增加重慶柴油發(fā)電機(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。
1、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(jí)和多級(jí),單級(jí)的壓比從1.1~3.5,而二級(jí)的壓比可達(dá)6.0以上。二級(jí)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(dòng)性能。
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(duì)氣溫與氣壓敏感;易發(fā)生增壓器低壓級(jí)漏油高壓級(jí)漏氣現(xiàn)象。
圖1 重慶柴油發(fā)電機(jī)中冷器芯示意圖 |
2、中冷器技術(shù)
中冷器是重慶發(fā)電機(jī)組增壓系統(tǒng)的一部分。當(dāng)空氣被高比例壓縮后會(huì)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(huì)使柴油發(fā)電機(jī)溫度過(guò)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(duì)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(huì)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(huì)影響外,柴油發(fā)電機(jī)容易導(dǎo)致燃燒溫度過(guò)高,造成爆震等故障,而且重慶發(fā)電機(jī)廢氣中的NO,的含量會(huì)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。
風(fēng)冷式利用外界空氣對(duì)通過(guò)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(duì)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是冷卻效率比水冷式中冷器低,一般需要較長(zhǎng)的連接管路,空氣通過(guò)阻力較大。風(fēng)冷式中冷器因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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 重慶發(fā)電機(jī)組增壓器示意圖 |
水冷式利用循環(huán)冷卻水對(duì)通過(guò)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(wú)需使用很長(zhǎng)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(duì)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,從而使重慶柴油發(fā)電機(jī)組的機(jī)械性能、潤(rùn)滑性能都會(huì)受到影響。為了保證增壓重慶柴油發(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(jiǎn)單地在重慶柴油發(fā)電機(jī)上裝一個(gè)增壓器就行了。由于這個(gè)改變過(guò)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)組上的應(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。