6第三章 换气机构和增压系统(11)

压器的效率ηTk随着压比πk的增高会迅速下降，工作范围会变窄，性能恶化。现在采用三元流动理论来进行涡轮增压器的气动设计，在设计、制造过程中更深入地采用了计算机，使得设计越来越合理、制造越来越精确，增压器的空气动力性能不断改善。图3-2-1是受石油危机影响，ABB公司VTR增压器的发展情况。从图上可看出增压器的性能有很大的改善：1）增压器的最高效率已达到72%。2）具有更宽的工作范围。船舶营运部门广泛采用减速航行来节油，人们不仅重视船舶柴油机的高负荷性能，而且更加重视其低负荷性能了。这也就要求增压器有更宽的工作范围，尤其在部分负荷（低压比）时有较高的效率。3）具有更高的可用压比。这一阶段低速机在努力降低ge的同时，增压度仍有所提高，只是pe的提高不如pmax的快。

近年来石油的价格回落，航运界要求柴油机有高的综合经济性（包括高的可靠性、提高平均有效压力降低单位功率造价及保持低的燃油消耗率）、排气污染应降低至法规限定的范围内。这就要求增压器有更高的增压压比。当然，在该压比时也应有足够高的增压器效率，见图3-2-2 VTR-4D总效率曲线。针对低速机ABB公司推出了VTR-4D型增压器（由VTR-4P型增压器的压气机与VTR-4E型增压器的涡轮择优拼装而成，其压比达3.9，总效率为0.67）。使新型低速机的性能进一步提高，平均有效压力已达到1.9MPa。九十年代末ABB公司开始研制新一代高效率高压比、易维护更可靠的TPL/TPS型涡轮增压器，现已有配机装船。

二、废气涡轮增压技术

1．废气能量的组成

为说明废气能量的组成，我们画出四冲程等压涡轮

增压的理论示功图（图3-2-3）。其中：

3-a：进气过程，进气压力为pk。

a-c-z'-z-b：压缩、燃烧、膨胀过程。 b-5-4：排气过程，排气管中的压力为pT。 图3-2-2 VTR-4D总效率曲线

b点：排气阀打开时气缸中燃气的状态。

b-f-1-b：废气等熵膨胀到大气压p0时作出机械功的最大能力，即排气阀打开时气缸中废气具有的可用能（ ）。

o-a-3-2-o：压气机压缩进入柴油机气

缸的空气所需能量。（3-a长度为气缸工作

容积。）

i-g'-3-2-i：压气机压缩扫气空气所需

能量。（g'-3长度表示扫气空气体积。）

o-a-g'-i-o：压气机消耗的总能量。

e'-f'-i-g-e'：涡轮前废气的可用能。它

由以下四部分组成：

（1）e-f-1-5-e：废气到达涡轮前仍保

留的可用能。

（2）5-4-2-1-5：活塞以pT将Vs体积 的废气从气缸中推出所给予的可用能。

图3-2-3 四冲程等压涡轮增压柴油机的理论示功图