柴油发电机增压器的种类和好处

柴油发电机的容量和转矩大小与进入燃烧室的空气和燃油多少有直接的关系，虽然自然吸气式柴油发电机没有类似于柴油机节气门的进气节流装置，但其充气效率依然受制于大气压的限制，充气效率依然低于100％，升容量指标并不显著。因此，以改进充气效率为方案，提升发电机动力为目的进气增压技术得以在柴油发电机上应用。

柴油发电机的增压装置就是采用一套增压器，对进入汽缸前的空气进行预压缩，使空气密增大，这样，空气进入气缸后，其密度、压强、质量均比在自然吸气因素下增大了。在汽缸容积一定的状况下，充气密度越大，新鲜空气的充入量越多；在满足燃油供给的条件下，混合气燃烧爆发推动活塞的力量会更大，因此柴油发电机能输出更大的容量和转矩。相比于同排气量的自然吸气柴油发电机，增压发电机在较高容量和较大转矩上能有20％～40％的提高量。同时，压缩终了时更高的混合气压强有利于提升燃烧效率，会导致更多的燃气做功转化为机械能，因此，增压发电机的机械效率普遍高于自然吸气式发电机。一台小排量的增压发电机经增压后，其功率和转矩可与一台较大排量的自然吸气式发电机相当。另外，发电机在采用了增压技术后，还能一定程度地提升燃油经济性和降低尾气排放。

进气增压系统较核心的部件是增压器。增压器用于对吸入的空气进行压缩，增压器可以采用曲轴通过传动系统机械驱动，也可采用排烟管的炽热废气进行驱动。因此，根据驱动力的不同柴油发电机的增压装置可分为机械增压系统、废气涡轮增压系统、复合增压装置和电动涡轮增压装置。

机械增压装置装配在发电机上并由传动带与发电机主轴相连接。发电机曲轴通过传动带驱动压气机的带轮，带轮通过轴将动力传动到压气机的上转子。在轴上布置有一个主动齿轮，与同齿数的从动齿轮啮合，从动齿轮通过轴连接到压气机下转子。因此，压气机的上、下转子等速反向旋转，转子上的叶片推动空气。空气从图4-18所示的1部分进入，随双转子旋转到2位置，再从3位置排出，实现了将空气增压并推到进气歧管里。机械增压系统的好处是压气机的速度和发电机速度同步，响应迅速，没有动力滞后的现象，动力输出非常流畅。但是因为受发电机驱动，速度不高，发电机功率提高效果没有废气涡轮增压明显。而且，当机械增压器工作时，消耗了部分发电机的动力，发电机燃料经济性会受到一些影响。

废气涡轮增压系统是目前在柴油发电机上运用较多的一类增压系统。该系统是由涡轮室和增压器组成的。废气涡轮增压装置与发电机的连接如图1所示。涡轮室的进气口承接的是从汽缸内排出的炽热废气，故排烟歧管相连，涡流室的排烟口接到发电机组排烟管上，工作后的废气从排气管排出；增压器的进气口与空气过滤器管道相连，吸入新鲜空气，出气口接在进气歧管上。若将废气涡轮增压系统平面布局，则如图2所示。

由图3可知，涡轮室内受废气冲击旋转的涡轮是主动件，通过一根轴刚性连接到增压器内的压气机叶轮，因此，叶轮是从动件，被涡轮带动旋转，与离心式水泵同样的机理，叶轮*也会产生低压区，吸入新鲜空气，再将空气沿半径方向高速甩出，从而挤压了空气密度，压缩了空气。由图4可见，涡轮增压装置利用发电机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。装置与发电机无任何机械联系，涡轮和叶轮的转速取决于废气的量和冲击转速。当发电机转速增快，废气排出转速与涡轮速度也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入汽缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量就可以增加发电机的输出容量。通常而言，加装废气涡轮增压器后的发电机容量及转矩会增大20％～30％。

废气涡轮增压装置是利用发电机废气的冲击能量工作的，这些废气的能量如果不加以利用也会被排放而白白浪费。废气涡轮增压装置很好地利用了这一部分能量，对发电机经济性能的改进有一定的帮助。柴油发电机使用了涡轮增压器后发电机升容量提高，油耗率减轻，排污减轻，指示容量和有效功率都提升了，也就是提升了机械效率，自然可以明显改善高负荷区运转的经济性。涡轮增压器不仅使功率范围增大，而且高负载的经济运行范围也扩大了。采用废气涡轮增压系统对经常满负荷高速运行的重型柴油发电机发电机组十分有利。涡轮增压器因为滞燃期短、压力升高率低，可以使燃烧噪声衰减。对于中、轻型载货柴油发电机发电机组及经常处于中等负载或部分负载运行的柴油发电机发电机组也是有利的。

由于受炽热废气的冲击，涡轮的作业温度达到600～800℃，且在废气的冲击下，涡轮较高速度可以达到100000转/分钟以上，要比机械增压系统的转子速度高许多。如此高的速度和温度对增压系统的材质、加工精度、润滑和冷却都提出了非常高的要求。普通的机械滚针或滚珠轴承不能承受如此高的速度，因此涡轮增压器普遍采用全浮动轴承，利用发电机润滑油的压力的支持，使连接涡轮和叶轮的中间轴旋转时“悬浮”在轴承孔内。与此同时，发电机润滑油给予良好的润滑，预防高速要素下的磨耗，如图5所示。为了给增压器降温，还导入发电机防锈水来进行冷却。

复合增压装置即在一台发电机上同时采用了废气涡轮增压和机械增压两种增压装置。机械增压有助于低转速时的扭力输出，但是高速度时功率输出有限；废气涡轮增压系统在高转速时拥有强大的功率输出，但低转速时增压效果不明显。若把两种增压技术结合在一起，取长补短，弥补各自的不足，就可以同时解除低速转矩和高速功率输出的问题，由此有了复合增压装置。该系统在大功率柴油发电机上运用比较多。在转速较低时，由机械增压供应大部分的增压压力，在1500转/分钟时，两个增压器同时供应增压压力。随着速度的提升，涡轮增压器能使发电机获得更大的容量，与此同时，机械增压器的增压压力逐渐减小。机械增压装置可以通过电磁离合器控制进行动力切断，在速度超过3500r／min时，由涡轮增压器供应所有的增压压力，此时机械增压器在电磁离合器的用途下完全与发电机分离，防止消耗发电机功率。采用了这一装置，其发电机输出功率大、燃油消耗率低、噪声小。与此同时，复合增压装置组成较为复杂，技术含量高，修理维保不容易，在目前要素下尚难以普及。

增压后的空气，因增压器叶片对其做功及受到发电机作业时热传递的影响，其内能增加。因此，气体温度会上升至60～80℃（图6所示）。升温后的空气体积膨胀，反过来又制约了充气效率，即充入容积一定的汽缸后，由于体积膨胀的原由，发烫的空气要比温度低的空气品质要少。从这点来说，高温膨胀的空气削弱了增压的效果。为了防止这一负面危害，对增压后的空气进行冷却，使其温度下降、体积收缩，对提高充气效率是非常有必要的。因此，增压柴油发电机在增压器之后，会设置一个热交换系统来冷却增压后的空气，此系统称为*冷却系统，简称中冷器。中冷器通常布置于发电机的前端，利用迎面的外界空气对流对增压后的空气进行冷却降温，如图4-27所示。温度下降后，增压空气的密度增大，抵消了体积膨胀，改良了充气效率。