柴油发电机涡轮增压器的构造类型和工作原理

增压器（压气机）由柴油发电机直接驱动的增压步骤称为机械增压系统。它由柴油发电机的曲轴通过齿轮、皮带或链条等传动系统带动增压器旋转。增压器一般采用离心式压气机或罗茨压气机。空气经压缩提高其压力后，再送入汽缸。由于机械增压装置压气机所消耗的容量是由曲轴提供的，当增压压力偏高时，所耗的驱动容量也会很大，使整机的机械效率下降。因此，机械增压装置一般只适合于增压压力不超过160~170kPa的低增压小容量柴油发电机。废气涡轮增压是利用柴油发电机排出的废气能量来驱动增压器，将空气压缩后再送入汽缸的一种增压方法。柴油发电机采用废气涡轮增压后，可提升输出容量30％~100％以上，同时还可降低单位功率的质量，缩小外形尺寸，节省原材料，减少燃油消耗率，增大柴油发电机功率，提升载荷能力以及降低排烟对大气的污染等优势，因而得到广泛应用。尤其在高原地区，因气压低、空气稀薄，导致输出动力下降，一般当海拔高度每升高1000m，功率将下降8％~10％。若装设涡轮增压器后，可以恢复原输出容量，其经济效果尤为显著。

径流式涡轮增压器的组成详细是由涡壳、喷嘴环、涡轮和转子轴等构造。径流式涡轮增压器作业时，柴油发电机排出的废气进入增压器的涡轮壳后，沿增压器转子轴的轴线垂直平面（即径向）流动。这是由于当气流通过喷嘴时，部分压能和热能转换为动能，由此获得高速气流。由喷嘴环出来的高速气流按一定方向流入叶轮，在叶轮中被迫沿着弯曲通道改变流动方向，在离心力的作用下，气流质点投向叶片凹面，压力增加而相对转速减轻；叶片凸面上则相对转速提升而压力减少，因此，功用在叶片凹凸而上的气流合力（即压力差）在涡轮轴上形成推动叶片旋转的力矩，因而从叶轮流出的废气经由涡轮中心沿轴排出。中型柴油发电机大多采用径流式涡轮增压器。

轴流式涡轮增压器工作时，柴油发电机排出的废气进入增压器的涡轮壳之后，气流沿着增压器的转子轴的轴线方向流动，故称轴流式。大型柴油发电机大多采用这种形式的增压器。

涡轮增压器是用来提高发电机功率和降低排放的重要部件，其本身不是一种动力源，它利用发电机排烟后的剩余能量来作业，向发电机提供更多的压缩空气，使之达到较佳运行性能。涡轮增压器装配在发电机的排气管上，发电机气缸解决的废气推动涡轮叶轮转动。再带动压气机叶轮将经空滤器滤清的空气加压后送入气缸。因为进入气缸的空气增多，于是允许喷入更多的燃油或使燃油燃烧更充分，从而使发电机产生更大的功率和减轻排放、减少污染。另外，涡轮增压器还可以使发电机在高原作业时获得容量补偿。

涡轮增压技术就是采用专门的压气机将气体在进入气缸前预领先行压缩，提升进入汽缸的气体密度，减少气体的体积，这样，在单位体积里，气体的品质就大大增加了，这样就可以再有限的气缸容积内喷入更多的燃油进行燃烧，从而达到提高发电机容量的目的，涡轮增压的工作原理涡轮增压技术就是采用专门的压气机将气体在进入气缸前预领先行压缩，提升进入气缸的气体密度，减轻气体的体积，这样，在单位体积里，气体的品质就大大增加了，这样就可以再有限的气缸容积内喷入更多的燃油进行燃烧，从而达到提升发电机容量的目的的，涡轮增压的工作机理。

涡轮增压器是一种强制引导系统。 它对流入发电机的空气进行压缩（有关普通发电机中气流的讲解，请参考柴油发电机工作机理）。 压缩空气可以使发电机能够将更多的空气压到气缸里，而更多空气就意味着能向气缸内注入更多的燃料。 因此，每个气缸的燃烧冲程就能产生更多动力。 涡轮增压发电机发生的动力要比相同普通发电机大得多。 这样就可显著提高发电机的动力净重比。为了获得这种性能上的提升，涡轮增压器使用发电机排出的废气带动涡轮旋转，而涡轮则带动气泵旋转。 涡轮在涡轮机中的较高速度为每分钟150，000转——这相当于大多数柴油发电机速度的30倍。 同时因为与排烟管相连，涡轮的温度通常非常高。

将柴油发电机排烟管接到增压器的涡轮壳上，柴油发电机排出的具有500~650℃发热和一定压力的废气经涡轮壳进入喷嘴环，喷嘴环的通道面积由大逐渐变小，因而可以做到虽然废气的压力和温度在下降，但其流速在不断提升，高速的废气流，按一定的方向冲击涡轮，使涡轮高速旋转。废气的压力、温度和速度越高，涡轮的转速就越快。通过涡轮的废气最后排入大气。增加发电机所能燃烧的燃料和空气是提升发电机动力较可靠的步骤之一。 增加燃料和空气的策略之一是增加汽缸数或增大汽缸容积。 有时这些手段并不可行。这时使用涡轮将是增加动力更简便、有效的举措，尤其在选取后自行改装时更是如此。

涡轮增压器使发电机能将更多的燃料和空气注入气缸，从而使发电机能够燃烧更多的燃料和空气。 涡轮增压器一般能够产生41-55千帕的气压。 由于在海平面大气压力为1012.8千帕，因此发电机中注入的空气会增加50%。 从而发电机内部动力可增加50%。 但上述流程并不能完全实现，实际动力可能增加30-40%。在使用涡轮增加发电机动力步骤中，有一个因由会导致涡轮效率低下，那就是需要动力动涡轮旋转。 将涡轮装在排气管内会增加排烟管内的空气阻力。 这意味着，发电机在排烟冲程时，不得不克服更高的负压。 这会稍微减小发电机在燃烧时发生的动力。

涡轮增压器在空气较为稀薄的高海拔地区很有用。 在高海拔地区，一般普通发电机的动力会减轻，因为在活塞的每个冲程中，发电机都只能获得少量的空气。 涡轮增压发电机可能同样会减轻动力，但减少量会少很多，因为稀薄的空气会更容易被涡轮增压器抽入发电机。

老式发电机组为了适应汽缸内增加的空气，会自动增加燃料。 使用燃料直喷技术的现代发电机组一定程度上也会在作相同的调节。 燃料喷射系统通过装在排烟管内的氧气含量感应器来判断空燃比是否准确，因此加装涡轮后，系统会自动增加燃料。在采用燃料直喷技术的发电机组中，如果涡轮增压器过多地增加空气压缩率，装置可能不能供应足够的燃料（要么是控制器的软件步骤不允许，要么是燃料泵和喷射器无法供应如此多的燃料）。 在这种状况下，为了较大程度地利用涡轮增压器，必须对发电机组进行其他改良。