柴油发电机增压器的功用与性能讨论

单级废气涡轮增压柴油发电机采用小型化手段，随之产生了柴油发电机低速度范围内过高的额定功率与良好的性能之间的目标冲突。为了扩展稳定的特征曲线场范围，剖析了横截面可变的径向压气机，德国汉诺威莱布尼茨大学（der Leibniz UniversitätHannover）和布伦瑞克理工大学（der TechnischenUniversität Braunschweig）在内燃机联合会（FVV）探求计划框架中进行了试验探讨。

为了能胜任当前和未来的废气排放规范，现有的技术更趋向于实现柴油发电机小型化，即借助于废气涡轮增压器（德语缩写ATL）在保持容量水平不变的状况下减小排气量，而且开发小排气量柴油发电机是明显有利于减小成本的。因为柴油发电机的速度范围和质量流量范围都较大，必须加大废气涡轮增压器压气机的稳定运转范围，以此能提升低速度功率时的增压压力而又不会减少柴油发电机的较大容量。为了能加大和稳定压气机的运转范围，首先在废气涡轮增压器热气试验台上，按照所需要的程序循环（图3）对扩大特征曲线场潜力的策略进行试验探讨，以便紧接着能在柴油发电机试验台上验证极为有效的举措效果。

在废气涡轮增压器转速恒定不变的情况下，压气机的品质流量取决于较窄的横截面以及叶轮进出口横截面积之比（调谐），其较小质量流量是在品质流量较小的情形下因为压气机运转不稳定性所引起的。在品质流量较小时叶轮前缘的轴向转速分量将减少，使入射角增大，导致压气机叶轮中的流动分离，以此会导致压气机喘振。外部叶片顶部范围的流入和回流影响流动分离，并减轻压气机叶轮中的能量切换和压力建立流程。压气机出口处的流动角减少会使气体在扩压器中的流动时间加长，以此会使摩擦损失增大从而减轻动能。如果动能降低较多的话，流动就会产生分离并在扩压器中形成分离气泡。

为了稳定和扩大压气机的运转范围，对于压气机的应用目前已有相应进口导向方法，例如可变的、可开关的或固定的导向叶片。这些进口导向步骤可以是带有轮毂体、环形隔板或完全无轮毂体的结构型式，其中压气机流动的可变进口导向叶栅可形成预旋流，其通过调整转速状况可实现叶片前缘无入射角的流动。

另一个可用于扩大压气机特性曲线场且更为有效的对策是可变进口截面。减轻进口面积有助于提升小质量流量时的压气机流动稳定性，从而提升柴油发电机低速度时的最大功率（功率曲线的拐角功率）。作为附加措施，可借助于全面改变扩压器来提高流动转速和减轻压力，使得通过扩压器的流动时间更短，较终降低摩擦损失。

图5示范性地示出了进行部件试验的相关系统。进口喇叭口、进口隔板和进口导向叶栅的变型办法应该进行配置有环形隔板及并未配置有环形隔板的试验。在保持叶轮进口横截面不变的状况下，进口喇叭口办法与压气机壳体进口直径有关，进口直径增大会使特性曲线场范围向品质流量更小的方向移动。随着品质流量和速度的提升，由此会达到比较小的压比，特别是在偏高的品质流量和转速情形下压气机的效率又会随着进口直径的增大而降低。进口导向叶栅带和不带环形隔板对于所有的构成配置（不一样的进口导向叶栅角）都会使特点曲线场向品质流量较小的方向移动，但是这些构造配置的相互比较表明向质量流量较小方向的移动效果并不显着，因而可能发生的变化也不会呈现出显着的技术潜力，而且操作进口导向叶栅会发生附加的损失，致使压力减轻。

对进口隔板的预试验表明，因减少了进口面积而使喘振极限明显向质量流量更小的方向移动。由于提高了轴向速度而使流动趋于稳定，但是在过高的品质流量时进口面积的减少也会导致明显的压力降，而在偏低的转速下效率会随着进口面积的降低而提升。

基于对预试验的认识，在柴油发电机试验台上对不一样进口直径的可变进口隔板的技术潜力进行试验。试验柴油发电机采用了一台可变进排气定期的4缸1.4 L柴油发电机，其增压方案由一台废气放气阀涡轮增压器构造，并运用了扫气换气步骤，以便在额定功率达到110 kW的同时提高低速度范围内的功率（低端功率，英语缩写LET）。实验性试验时使用了柴油发电机所操作的可变几何截面涡轮（VTG）和经预试验的压气机。为了在较小的品质流量下利用扩大特点曲线场的举措充分发挥涡轮的工作能力，使用VTG涡轮是必不可少的。因减轻了压气机进口的流动横截面，量产柴油发电机的低速度最大功率并不通过扫气换气来实现。

图6示出了压气机进口横截面相对于基准策略降低到50% 或75% 时的情况，在柴油发电机试验台上测得的压气机特征曲线，功率-速度曲线。在用星号标志出的运行工况点上探测到压气机喘振，其表明对于75% 的手段喘振极限移向较小的品质流量，这种可得到的偏高的压气机压比能提高LET范围内的功率，在柴油发电机转速为1500 转/分钟时功率能提高约20 N·m而达到170 N·m。与基准对策相比，通过将压气机进口横截面减轻到50%，喘振极限会发生更明显的移动状况，采用这种办法无需采用扫气换气柴油发电机即可使转速为1500 转/分钟时的功率达到250 N·m，该数值相比基准措施提高了67%，在这种情况下压气机的较大压比并非受喘振极限所限制，而是由涡轮的作业能力或柴油发电机250 N·m的最大功率所限制的。

这种可变几何截面涡轮常用于柴油发电机，因此出于保护零部件的因由，在全负载时加浓混合气将废气温度限制在820 ℃。为了在柴油发电机运行时全面评估可变进口隔板，建立并验证了试验柴油发电机的1D模型。综合热气试验台和柴油发电机试验台上的测量结果可得到压气机特性曲线场柴油发电机厂家价格，并成为模拟计算的输入量，其中在柴油发电机试验台上测得的特征曲线场覆盖了压气机较小品质流量时的喘振极限，而在热气试验台上测得的特性曲线场则覆盖了压气机过高质量流量直至受到堵塞极限限制的作业范围。

图8示范性地示出了两种压气机进口横截面积策略的模拟特点曲线场及其运转工况点曲线，其中基准举措的压气机特征曲线场用绿色表示，其覆盖了约0.15 kg/s的质量流量范围。为了能在LET范围内建立起过高的压力，在压气机质量流量小于0.05 kg/s的状况下就切换到较小的压气机叶轮进出口横截面积之比，在图6中用蓝色表示。这种手段因为通过按需转换压气机进口横截面并放弃扫气换气从而提高了压气机效率，因而能供应降低CO2排放的潜力，并且还相应提升了性能。操作单级增压可达到的品质流量范围即可扩展到该数值，否则就必须使用两级增压了发电机组厂家，因此通过使用可变进口隔板就能提供通过增压机组才能达到的工作范围。操作单级增压策略替代两级增压能降低调节费用和成本，并供应了在外形尺寸方面的优点。

减少废气涡轮增压器压气机进口横截面能使喘振极限向小品质流量方向移动，以此就能提高柴油发电机低转速范围内的压气机压比，从而提高柴油发电机所能达到的功率。根据运行工况点切换压气机进口截面的措施能显着提升单级增压措施的性能大型康明斯发电机厂家，并且通过将压气机较佳效率区域不断向柴油发电机运行范围移动就能减少CO2排放。