涡轮增压器比自然吸气柴油发电机好在哪里？

　　：搭载涡轮增压柴油发电机组给人的印象是比搭载自然吸气柴发机组强很多。操作涡轮增压器的柴油发电机的最大输出功率可以增加约40%甚至更多。此外，选取增压技术后，柴油发电机可以提升燃油经济性，减少废气排放，这是涡轮增压柴油发电机最重要的长处。涡轮增压柴油发电机的增压系统并不复杂，由涡轮室和增压器组成。涡轮室的进气口与柴油发电机排烟歧管相连，排气口与排烟管相连；增压器的进气口连接空气滤清管，出气口连接进气歧管；涡轮和叶轮分别装配在涡轮室和增压器中，并同轴刚性连接。本文机构陈述涡轮增压柴油发电机的工作原理、性能特点、关键技术部件及其运用保养要求，为柴发机组的增压技术购买与操作提供技术参考。

　　涡轮增压器是一种利用排烟能量而非消耗柴油发电机动力来推动空气泵或压气机的装置，由空气泵将增多的空气压入气缸。柴油和柴油发电机上均可采用涡轮增压器。图1所示为涡轮增压柴油发电机中空气和排烟的典型简图。高速排烟从排气门出来，穿过涡轮驱动的泵，推动排烟涡轮快速转动，而排气涡轮又带动进气压气机快速转动。随着压气机涡轮的转动，它吸入大量新鲜空气，进气被加压并压入进气门。进气歧管中的升压步骤被称为增压，可在进气歧管中产生偏高的压力，压力值因服务中心和机型而异，一般在0.1～0.3 MPa（增压压力表压）范围内。

　　如果增加了相应数量的燃油，就会使功率大幅升高。图2给出了涡轮增压柴油发电机和自然吸气柴油发电机之间的对比曲线，转矩和容量在整个转速范围内均得到提高。例如，在5000 转/分钟处，自然吸气柴油发电机发生约80 hp的容量；而在此转速下广东康明斯发电机，涡轮增压柴油发电机可产生约140 hp的容量。功率提升的原由在于：增压使进气密度增加，允许喷入更多的燃油进行燃烧，从而在相同排量下获得更大的输出功率。实践证明，在增压压力为0.15～0.25 MPa时，容量可提高30%～50%。

　　增压技术使进气量增加，燃烧更充分，燃油消耗率一般可减轻3%～8%。同时，因为燃烧更完全，排烟中的碳氢化合物和一氧化碳含量减少，配合中冷技术后可显着减小NOx排放，满足更严格的环保标准。

　　（1）部件强化：涡轮增压柴油发电机内部需要有一些变化，包括强化活塞、使用不一样的活塞环，以及确保轴承能够承受更大的负荷。但涡轮增压和非涡轮增压柴油发电机都选用相同的压缩比和排放物及电子控制装置。增压发电机的活塞通常选取钢顶铝裙构造或加厚活塞顶部，以提升耐热性和机械强度；活塞环材料也需具备更好的抗发烫氧化性能。

　　（2）废气能量阐述：柴油发电机排出的废气具有一定的温度和压力，其所含的热量约占燃油燃烧放出热量的30%～37%。因此探讨废气的能量及其有效利用是增压技术中的重要问题。在理论上所能做的功为面积b-1-f-b，即排气开始时废气中的可用能。在换气流程中获得的能量为面积4-g-i-1-4。这部分能量对四冲程柴油发电机包括强制排烟步骤中的活塞推出功和燃烧室扫气阶段进入排气管的扫气空气所具有的能量两部分；而二冲程柴油发电机这部分能量为扫气期间扫气空气所做的功。根据在废气涡轮中能量的利用情形，一般把废气的能量分成两部分：一部分是废气由压力膨胀到膨胀能，称为脉冲能（脉动的速度能，在排气管中以压力波的形式产生）；另一部分是废气由压力膨胀到的膨胀能比，称为定压能（亦称势能）。废气能量是脉冲动能和定压能之和，能量在总能量中所占的百分数随增压压力的不同而不一样。

　　操作涡轮增压器后，进气管道有所改变。排烟通过排气歧管并进入涡轮增压器的排烟涡轮，从排烟涡轮开始，排烟通过排气装置被送到外界大气中。对于柴油机，空气穿过空气过滤器被吸入进气歧管，压缩空气通过管道被送到节气门体装置，空气和燃油在此按正确比例混合。操作了涡轮增压器后，进气管路与典型的非增压柴油发电机有所不一样。柴油发电机上进排气管路的设计使涡轮增压器能够放置在柴油发电机一侧，如图3所示。增压柴油发电机的进气管路需承受正压（增压压力），因此管路连接处的卡箍强度和密封性要点高于自然吸气机型。

　　与涡轮增压柴油发电机有关的一个问题被称为延迟或涡轮迟滞（Turbo Lag）。延长是指涡轮增压器提升功率所需要的时间，即从使用者要求额外容量到实际功率出现之间的延长，这是由于涡轮转速升高和产生所需功率需要一定的时间。发电机组上的涡轮增压器怠速作业转速为10000 转/分钟，在10000～15000 转/分钟范围内运转时增压最大、效率最高。涡轮增压器升高到这个最佳效率转速需要一定时间。对于发电机组而言，由于详细作业在恒定速度工况，涡轮迟滞的影响相对较小；但在突加负载时仍需考虑增压器的响应时间。

　　废气旁通阀与涡轮增压器连通，用于在涡轮增压器增压偏高时旁通排烟。增压步骤压力过大会引起过分爆燃或柴油发电机故障。废气旁通阀使排烟绕过排气涡轮，此时推动压气机涡轮的动力减少，涡轮增压器的功能降低，如图4所示。废气旁通阀关闭时，排气穿过排气涡轮，柴油发电机处于涡轮增压状态；废气旁通阀打开时，排烟绕过排烟涡轮。废气旁通阀为常闭式，打开时旁通排烟，预防过量增压。当执行器上施加真空时，废气旁通阀打开，执行器由废气旁通阀控制阀控制，该阀由PCM控制脉动启闭。在正常工作因素下，控制电磁阀通电，排烟通过排气涡轮。在急加载时，增压压力可能升高，其值被歧管绝对压力（MAP）传感器感测到。PCM在增压值高于15 psi时脉动开启废气旁通阀控制阀，歧管压力减轻；若出现增压过大的情形，PCM还将减小供油量。图5展示了装在涡轮增压器上的废气旁通阀控制阀的控制机理。

　　中冷器是一个热交换器，用于交换空气间的热量，主用在涡轮增压柴油发电机上，装配在涡轮增压器和燃烧室之间。图6展示了一个中冷器的实例。当进气或压缩空气被外界空气冷却时，其体积变小、密度增大，允许更多的空气进入进气道。中冷器将空气冷却后，空气密度加大，在特定增压压力下，更多的空气和燃油分子被压入燃烧室，柴油发电机出现更多的容量。在工作流程中，空气被涡轮增压器增压时温度随之升高；当空气被送入中冷器后，外界新鲜空气将进气温度减轻。增压空气经中冷器后温度一般可减轻25～60 ℃，理想状况下出口温度可降至50 ℃左右。讨论参数表明，增压空气温度每降低10 ℃，发电机功率可提升3%～5%。

　　排气机构中的热量会使柴油发电机和排烟机构恶化。随着柴油发电机容量的提高，排烟温度一般高于1200 ℉。当柴油发电机配备涡轮增压器时，排烟温度通常略微减轻，如图7所示。没有涡轮增压器的柴油发电机排烟温度在1125～1250 ℉之间，而典型的涡轮增压柴油发电机排烟温度低至980～1110 ℉。更低的排气温度最终延长了排烟门和排气装置的寿命。涡轮增压器吸收部分排气能量转化为压气机驱动功率，使排烟温度下降，同时降低涡轮前温度对热端部件的热负荷。

　　涡轮增压技术，特别是废气涡轮增压，已成为现代柴发机组提升性能的核心方案。它利用发电机排出的过热高压废气驱动涡轮，带动同轴的压气机压缩新鲜空气，从而提高进入汽缸的空气密度和压力。核心价值在于“变废为宝”，销售了占燃油热能35%～40%的废气能量来提高发电机性能。

　　● 脉冲式能充分利用废气的脉冲能量，动态响应好，对加载性能和转矩要求高的机组常选择；

　　在更高压比的增压机构中（如 πk1.8），通常会配合操作增压中冷技术。压缩后的发烫空气先经过中冷器冷却，温度可降低约150 ℃。冷却后空气密度进一步增大，可使容量再提升3%～5%，并显着减少发电机热负载和NOx排放。

　　涡轮增压技术也带来了新的挑战。因为增压器作业温度极高（废气温度可达500～650 ℃），转子转速可达每分钟十几万转，对润滑和冷却要点极为苛刻。同时，容量提升也致使发电机的机械负载和热负载大幅增加，需对关键部件进行强化。为确保可靠运行，平时操作和保养至关重要：

　　（1）可靠润滑：必须使用高品质机油（一般要求CH-4或CI-4以上级别），并按期检修更替，确保机油清洁。增压器轴承在高温高速下作业，若机油压力不足或油质恶化，极易造成轴承烧毁。建议每运转250～500小时更替机油和过滤器。

　　（2）启动与停机的怠速处理：启动后怠速运转一段时间（通常3～5分钟），让机油充分润滑轴承；长时间高负载运转后，同样怠速运转3～5分钟再熄火，让转子和轴承得到充分冷却，防范因突然停机导致轴承区机油结焦。

　　（3）进气清洗：按期清洗空气滤清器，避免灰尘杂质故障高速旋转的压气机叶轮青岛康明斯发电机。压气机叶轮边缘线转速可超过音速，任何微小颗粒都会造成叶轮侵蚀和效率下降。

　　（4）规范更替使用：新装或更换增压器前，必须在进油口加注机油进行“预润滑”，防范启动瞬态缺油损坏轴承。安装时应确保回油管畅通，防范因回油不畅引起增压器渗油。

　　涡轮增压技术通过销售废气能量，为柴油发电机组带来了显着的容量提高（约30%～50%）、油耗减少（3%～8%）和排放改善。增压器利用排烟能量驱动压气机提升进气密度，配合中冷器进一步降低进气温度，使燃烧更充分。虽然高要求的工作环境带来了润滑、冷却和维保上的挑战，但这些难点通过规范的使用和维保完全可以高效应对。废气旁通阀控制增压压力，预防过增压故障发电机；中冷器有效降低进气温度，提升功率并减少热负载高压发电机。这项技术已成为现代高性能柴油发电机组，尤其是功率大于50 kW机型的标准配置，其核心地位在未来也将持续巩固。用户在使用增压柴油发电机组时，应重点关注润滑油的质量与替换周期、起动与停机的怠速冷却方式、空气滤清器的清洗维护以及增压器的规范安装与预润滑使用，以确保增压装置的长期可靠运行。