涡轮增压器不能像发动机一样配置冷却系统以改善其红热的工作状态

涡轮增压器的涡壳部分是不能强制冷却的,因为它是一个把高温废气的热能装换成叶片转子动能的部件,如果用冷却液把热量带走了,叶片高速运转的能量从哪儿来?

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废气涡轮增压器的工作原理

在排气过程中,仍有一定压力的高温废气由排气管经涡轮壳中的喷嘴环进入涡轮,由于喷嘴环是收缩的,废气在其中继续膨胀,压力和温度下降,而气流速度迅速上升,废气在喷嘴环中按一定方向高速喷出,推动涡轮高速转动。膨胀做功后的废气由轴向的出口排入排气管后段中。

在涡轮高速转动的同时,带动压气机的叶片以同样的高速旋转,经过滤清的空气由轴向被吸入压气机壳中,高速旋转的压气机叶轮将吸入的空气甩向叶轮外缘,使其压力和速度提高,被提高压力和速度的空气进入压气机壳中的扩压器,扩压器的形状是进口小、出口大,使压力进一步提高而速度下降,由于压气机的环形涡壳截面也是由小到大,空气由涡壳流出压气机时,压力继续提高。这些压力较高的空气经过发动机进气管进入汽缸。下图是涡轮增压器的结构,和润滑与冷却用的油道水道解剖图。

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由于压气机所消耗的功率完全由废气涡轮提供,废气涡轮消耗的功率则完全由高温废气提供。

所以涡轮侧不能让废气能量流失,而是要提高废气能量的转化效率,使涡轮响应加快,具有更充沛的能量驱动压气机。

但是涡轮转子的轴及轴承需要冷却,压缩空气要求温度提升越少越好。涡轮增压器就是这样一个有剧烈矛盾的综合体。

所有问题,都被工程师们解决了。

轴和轴承的冷却采用润滑油冷却和冷却液冷却两套冷却系统,只对轴进行局部冷却。

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压缩空气的温升也是不可避免的,在高压空气进入进气歧管之前,采用中冷器进行冷却,有风冷中冷器和水冷中冷器。当然,对于一些低增压的机器,也有不用中冷器的。下图是配置水冷中冷器的涡轮增压发动机。

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