渦輪增壓防喘振系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及渦輪增壓領(lǐng)域，尤其涉及一種渦輪增壓防喘振系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)燃機(jī)渦輪增壓器由渦輪機(jī)和壓氣機(jī)兩主要部件組成，渦輪機(jī)在高溫高壓的氣流沖擊下旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)壓氣機(jī)做功，將進(jìn)入壓氣機(jī)的氣體壓縮。被壓縮的氣體進(jìn)入下游做功。
[0003]喘振是渦輪增壓裝置常見的故障之一，是透平式壓縮機(jī)流量減少到一定程度時(shí)所發(fā)生的一種非正常工況下的振動(dòng)。進(jìn)入壓縮機(jī)的氣體流量較低時(shí)，會(huì)導(dǎo)致下游管道壓力大于壓氣機(jī)出口壓力，氣體被倒流回壓氣機(jī)內(nèi)，直到出口壓力高于下游管道壓力才結(jié)束喘振過程。
[0004]為避免或解決喘振現(xiàn)象，現(xiàn)有技術(shù)主要有以下解決手段:
[0005]1、通過調(diào)節(jié)渦輪增壓裝置中渦輪機(jī)的進(jìn)氣流量、壓縮機(jī)側(cè)進(jìn)氣流量、下游管道壓力等來防止喘振發(fā)生，但一定程度上增大了渦輪增壓器的喘振裕度，降低了渦輪增壓器的效率。
[0006]2、將部分壓氣機(jī)壓縮的氣體排空。即下游所需壓縮氣體流量變小時(shí)，進(jìn)入壓氣機(jī)的氣體并無相應(yīng)同比例變動(dòng)，進(jìn)入壓氣機(jī)的氣體流量大于下游所需流量，此可避免喘振的發(fā)生，但犧牲了一部分壓氣機(jī)功率。
[0007]但不管采用哪種方式，均是以犧牲渦輪增壓器效率為前提來防止喘振現(xiàn)象的發(fā)生。渦輪增壓器的進(jìn)氣端氣體能量未得到充分利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]鑒于【背景技術(shù)】中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種渦輪增壓防喘振系統(tǒng)，其能避免渦輪增壓裝置的喘振現(xiàn)象。
[0009]本發(fā)明的另一目的在于提供一種渦輪增壓防喘振系統(tǒng)，其能較大程度地利用渦輪增壓裝置的渦輪機(jī)的進(jìn)氣端的氣體的動(dòng)力能。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種渦輪增壓防喘振系統(tǒng)，其包括:渦輪增壓裝置，具有相互連通的渦輪機(jī)和壓氣機(jī)；第一進(jìn)氣管，一端連通內(nèi)燃機(jī)的排氣口 ；混流裝置，連通第一進(jìn)氣管的另一端且連通渦輪增壓裝置的渦輪機(jī)；第一出氣管，一端連通渦輪增壓裝置的壓氣機(jī)，另一端連通內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣口 ；第二出氣管，一端連通渦輪增壓裝置的壓氣機(jī)；熱交換裝置，與內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行熱交換；分流閥，具有進(jìn)口和出口，進(jìn)口連通于第二出氣管的另一端，出口連通于熱交換裝置；以及第二進(jìn)氣管，一端連通于熱交換裝置，另一端連通于混流裝置。其中，內(nèi)燃機(jī)的排氣口、第一進(jìn)氣管、渦輪增壓裝置的渦輪機(jī)、渦輪增壓裝置的壓氣機(jī)、第一出氣管、內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣口形成壓縮空氣供給路徑；渦輪增壓裝置的渦輪機(jī)、渦輪增壓裝置的壓氣機(jī)、第二出氣管、分流閥的進(jìn)口、分流閥的出口、熱交換裝置、第二進(jìn)氣管、混流裝置形成壓縮氣體分流路徑；當(dāng)內(nèi)燃機(jī)工作在常用工況時(shí)，分流閥的進(jìn)口與出口關(guān)閉，壓縮空氣供給路徑連通，內(nèi)燃機(jī)工作所產(chǎn)生的廢氣流經(jīng)內(nèi)燃機(jī)的排氣口以及第一進(jìn)氣管進(jìn)入渦輪增壓裝置，渦輪增壓裝置的渦輪機(jī)利用該廢氣的動(dòng)力能對(duì)進(jìn)入渦輪增壓裝置的壓氣機(jī)中的供給空氣進(jìn)行壓縮，渦輪機(jī)輸出動(dòng)力能消耗后的廢氣，壓氣機(jī)輸出壓縮空氣，壓氣機(jī)輸出的壓縮空氣流經(jīng)第一出氣管以及內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣口進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部，以供內(nèi)燃機(jī)使用；當(dāng)內(nèi)燃機(jī)工作使用所需要的壓縮空氣的量減少時(shí)，分流閥的進(jìn)口與出口連通，壓縮空氣供給路徑連通且壓縮氣體分流路徑連通，壓縮氣體分流路徑連通后，壓氣機(jī)輸出的壓縮空氣中的一部分流經(jīng)第一出氣管以及內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣口進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部而供內(nèi)燃機(jī)工作使用，由此內(nèi)燃機(jī)工作所產(chǎn)生的廢氣流經(jīng)內(nèi)燃機(jī)的排氣口以及第一進(jìn)氣管進(jìn)入混流裝置，而壓氣機(jī)輸出的壓縮空氣中的剩余部分流經(jīng)第二出氣管、分流閥的進(jìn)口、分流閥的出口進(jìn)入熱交換裝置，其中，壓縮空氣在熱交換裝置中吸收內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)所產(chǎn)生的熱，使壓縮空氣吸熱并升溫，之后經(jīng)由第二進(jìn)氣管進(jìn)入混流裝置，第二進(jìn)氣管中的升溫的壓縮空氣與第一進(jìn)氣管中的內(nèi)燃機(jī)的排氣口排出的廢氣在混流裝置中混合，形成的混合氣體一起進(jìn)入與混流裝置連通的渦輪增壓裝置，渦輪增壓裝置的渦輪機(jī)利用該混合氣體的動(dòng)力能對(duì)進(jìn)入渦輪增壓裝置的壓氣機(jī)中的供給空氣進(jìn)行壓縮，渦輪機(jī)輸出動(dòng)力能消耗后的混合氣體，壓氣機(jī)輸出壓縮空氣。
[0011]本發(fā)明的有益效果如下:
[0012]本發(fā)明通過設(shè)置壓縮氣體分流路徑，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)工作使用所需要的壓縮空氣的量減少時(shí)，分流閥的進(jìn)口與出口連通，使壓氣機(jī)輸出的壓縮空氣中的剩余部分通過壓縮氣體分流路徑依次經(jīng)過熱交換裝置、混流裝置返回到渦輪增壓裝置的渦輪機(jī)的進(jìn)氣端，然后逐步調(diào)整渦輪機(jī)的進(jìn)氣端的氣體的流量，以逐步使渦輪增壓裝置的壓氣機(jī)的出氣端的壓縮空氣的流量與第一出氣管中所需的壓縮空氣的流量匹配，這樣，使渦輪增壓裝置的壓氣機(jī)的出氣端的壓縮空氣的流量匹配處于延時(shí)狀態(tài)，避免了渦輪增壓裝置的壓氣機(jī)的出氣端的壓縮空氣的流量與第一出氣管中所需的壓縮空氣的流量的同步變化，從而避免了因?yàn)榈谝怀鰵夤苤兴璧膲嚎s空氣的流量減小而降低壓氣機(jī)的出氣端的壓縮空氣的流量而引起的喘振現(xiàn)象，同時(shí)，能夠較大程度地利用渦輪增壓裝置的渦輪機(jī)的進(jìn)氣端的氣體的動(dòng)力能。
【附圖說明】
[0013]圖1為根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓防喘振系統(tǒng)的示意圖；
[0014]圖2示出了現(xiàn)有的渦輪增壓系統(tǒng)與本發(fā)明的渦輪增壓防喘振系統(tǒng)當(dāng)內(nèi)燃機(jī)工作使用所需要的壓縮空氣的量減少時(shí)渦輪增壓裝置的壓氣機(jī)的進(jìn)氣端的供給空氣的流量隨時(shí)間的變化的示意對(duì)比曲線圖。
[0015]其中，附圖標(biāo)記說明如下:
[0016]10渦輪增壓裝置15熱交換裝置
[0017]101渦輪機(jī)16分流閥
[0018]1011 進(jìn)氣端161 進(jìn)口
[0019]102 壓氣機(jī)162 出口
[0020]1021進(jìn)氣端17第二進(jìn)氣管
[0021]1022出氣端18中冷器
[0022]11第一進(jìn)氣管19控制器
[0023]12混流裝置20內(nèi)燃機(jī)
[0024]13第一出氣管201排氣口
[0025]14第二出氣管202進(jìn)氣口
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面參照附圖來詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓防喘振系統(tǒng)。
[0027]參照?qǐng)D1，根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓防喘振系統(tǒng)包括:渦輪增壓裝置10，具有相互連通的渦輪機(jī)101和壓氣機(jī)102 ;第一進(jìn)氣管11，一端連通內(nèi)燃機(jī)20的排氣口 201 ;混流裝置12，連通第一進(jìn)氣管11的另一端且連通渦輪增壓裝置10的渦輪機(jī)101 ;第一出氣管13，一端連通渦輪增壓裝置10的壓氣機(jī)102，另一端連通內(nèi)燃機(jī)20的進(jìn)氣口 202 ;第二出氣管14，一端連通渦輪增壓裝置10的壓氣機(jī)102 ;熱交換裝置15，與內(nèi)燃機(jī)20進(jìn)行熱交換；分流閥16，具有進(jìn)口 161和出口 162，進(jìn)口 161連通于第二出氣管14的另一端，出口 162連通于熱交換裝置15 ;以及第二進(jìn)氣管17，一端連通于熱交換裝置15，另一端連通于混流裝置12。其中，內(nèi)燃機(jī)20的排氣口 201、第一進(jìn)氣管11、渦輪增壓裝置10的渦輪機(jī)101、渦輪增壓裝置10的壓氣機(jī)102、第一出氣管13、內(nèi)燃機(jī)20的進(jìn)氣口 202形成壓縮空氣供給路徑；渦輪增壓裝置10的渦輪機(jī)101、渦輪增壓裝置10的壓氣機(jī)102、第二出氣管14、分流閥16的進(jìn)口 161、分流閥16的出口 162、熱交換裝置15、第二進(jìn)氣管17、混流裝置12形成壓縮氣體分流路徑；當(dāng)內(nèi)燃機(jī)20工作在常用工況(即內(nèi)燃機(jī)20工作使用所需要的壓縮空氣的量無需減少)時(shí)，分流閥16的進(jìn)口 161與出口 162關(guān)閉，壓縮空氣供給路徑連通，內(nèi)燃機(jī)20工作所產(chǎn)生的廢氣流經(jīng)內(nèi)燃機(jī)20的排氣口 201以及第一進(jìn)氣管11進(jìn)入渦輪增壓裝置10，渦輪增壓裝置10的渦輪機(jī)101利用該廢氣的動(dòng)力能對(duì)進(jìn)入渦輪增壓裝置10的壓氣機(jī)102中的供給空氣進(jìn)行壓縮，渦輪機(jī)101輸出動(dòng)力能消耗后的廢氣，壓氣機(jī)102輸出壓縮空氣，壓氣機(jī)102輸出的壓縮空氣流經(jīng)第一出氣管13以及內(nèi)燃機(jī)20的進(jìn)氣口 202進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)20內(nèi)部，以供內(nèi)燃機(jī)20使用；當(dāng)內(nèi)燃機(jī)20工作使用所需要的壓縮空氣的量減少時(shí)(例如，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)20降負(fù)荷運(yùn)行時(shí))，分流閥16的進(jìn)口 161與出口 162連通，壓縮空氣供給路徑連通且壓縮氣體分流路徑連通，壓縮氣體分流路徑連通后，壓氣機(jī)102輸出的壓縮空氣中的一部分流經(jīng)第一出氣管13以及內(nèi)燃機(jī)20的進(jìn)氣口 202進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)20內(nèi)部而供內(nèi)燃機(jī)20工作使用，由此內(nèi)燃機(jī)20工作所產(chǎn)生的廢氣流經(jīng)內(nèi)燃機(jī)20的排氣口 201以及第一進(jìn)氣管11進(jìn)入混流裝置12，而壓氣機(jī)102輸出的壓縮空氣中的剩余部分流經(jīng)第二出氣管14、分流閥16的進(jìn)口 161、分流閥16的出口 162進(jìn)入熱交換裝置15，其中，壓縮空氣在熱交換裝置15中吸收內(nèi)燃機(jī)20工作時(shí)所產(chǎn)生的熱，使壓縮空氣吸熱并升溫，之后經(jīng)由第二進(jìn)氣管17進(jìn)入混流裝置12，第二進(jìn)氣管17中的升溫的壓縮空氣與第一進(jìn)氣管11中的內(nèi)燃機(jī)20的排氣口201排出的廢氣在混流裝置12中混合，形成的混合氣體一起進(jìn)入與混流裝置12連通的渦輪增壓裝置10，渦輪增壓裝置10的渦輪機(jī)101利用該混合氣體的動(dòng)力能對(duì)進(jìn)入渦輪增壓裝置10的壓氣機(jī)102中的供給空氣進(jìn)行壓縮，渦輪機(jī)101輸出動(dòng)力能消耗后的混合氣體，壓氣機(jī)102輸出壓縮空氣。在此需說明的是，當(dāng)壓縮氣體分流路徑連通后，壓氣機(jī)102輸出的壓縮空氣中的剩余部分雖具有一定溫度和壓力，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足渦輪增壓裝置10的渦輪機(jī)101的進(jìn)氣端1011所需的氣體的參數(shù)，因此，需要先后經(jīng)過熱交換裝置15進(jìn)行升溫，然后進(jìn)入混流裝置12與第一進(jìn)氣管11中的內(nèi)燃機(jī)20的排氣口 201排出的廢氣在混流裝置12中混合，形成的混合氣體可以滿足渦輪增壓裝置10的渦輪機(jī)101的進(jìn)氣端1011所需的氣體參數(shù)。
[0028]當(dāng)內(nèi)燃機(jī)20工作使用所需要的壓縮空氣的量減少時(shí)，第一出氣管13所需的壓縮空氣的氣體流量減少，為了匹配第一出氣管13中壓縮空氣的氣體流量，進(jìn)入渦輪增壓裝置10的壓氣機(jī)102的進(jìn)氣端1021的供給空氣的流量減小，然而，供給空氣的流量減小過大時(shí)，渦輪增壓裝置10的壓氣機(jī)102的供給空氣的壓縮量減小，渦輪增壓裝置10的壓氣機(jī)102的出氣端1022的壓縮空氣的流量減小，如此，就會(huì)在渦輪增壓裝置10的壓氣機(jī)102的出氣端1022發(fā)生喘振現(xiàn)象。
[0029]本發(fā)明通過設(shè)置壓縮氣體分流路徑，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)20工作使用所需要的壓縮空氣的量減少時(shí)，分流閥16的進(jìn)口 161與出口 162連通，使壓氣機(jī)102輸出的壓縮空氣中的剩余部分通過壓縮氣體分流路徑