涡轮叶片的形状和原理论文

在相同的单位时间里，能够把更多的空气及燃油的混合气强制挤入汽缸进行压缩燃爆动作，便能在相同的转速下产生较自然进气发动机更大的动力输出。一般而言，引擎在配合这样的一个“强制进气”的动作后，起码都能提升30%-40% 的额外动力。获得完美的燃烧效率以及让动力得以大幅提升，就是涡轮增压系统所能提供给车辆最大的价值所在。

压气机的功用是对气流做功，以提高气流的压力。一般燃气轮机的压气机通常有轴流式和离心式两种。轴流式压缩机会有许多的叶片，形状类似螺旋桨叶片，但是分为“静子”（stator）与“转子”（rotor）两种。转子就像螺旋桨一般地旋转，在旋转的过程中将对气流加功，增大气流总压P*和总温T*，这时气流的压力和温度就会提高。静子的功用是将因为转子的作用而产生旋转的气流导引回轴向，以正确的角度进入下一组转子，减小气流绝对速度C1。通常是一组转子和一组静子交互配置，而一组转子和静子就称为一级。离心式压缩机则是利用叶轮旋转时产生的离心力将气流向外推向机匣，而产生加压的效果。一级的离心式压缩机就能有数级轴流式压缩机的压缩比，对于较小型的燃气轮机来就是不错的选择，但是由于气流是向外辐射，必须以大幅弯曲的通道折回内部，故能量的耗损也较大，效率低。增压比是压气机的主要性能指标，指的是气流总压在加压后与加压前的比，通常增压比较高的燃气轮机，效率也较高，但是气流在压缩过程中温度会上升，考虑到涡轮所能承受的温度有一定的限度，压缩比太高反而不好。理想的压缩过程应该是等熵绝能过程，但是实际上压缩后的气流的温度和熵都会大于理想值，压力则低于理想值，而压缩机的效率则定义为。其中ηc代表压缩机效率，h1代表气流进入压缩机之前的焓，h2i代表理想状况下气流离开压缩机时的焓，h2a代表实际状况下气流离开压缩机时的焓。依据热力学定律，压缩机效率不可能大于1。燃烧室燃烧室由外壳（套）、火焰筒、喷（油）嘴、涡流器、点火装置等组成。由压气机扩散段出来的高压空气分成两股：一股（约占1/4～2/5）进入火焰筒前部，与喷嘴喷出来的燃油混合形成油气混合气，经点火装置点火后燃烧。另一股（占3/4～3/5）从火焰筒与外套间流过，对火焰筒壁面进行冷却，然后进入火焰筒与高温燃气掺混，使燃气温度降低，达到涡轮所要求的温度。通常要求燃烧室具有燃烧稳定、燃烧效率高、点火范围宽、流动阻力小以及结构简单、尺寸小、安全可靠和寿命长等特性。燃烧室按气流在燃烧室中流动的方向分为三种：①直流式：气流在燃烧室中沿轴向流动。多数发动机采用这种燃烧室。②折流式：气流由压气机流出后，折成两路流入火焰筒。一般与甩油盘配合使用。③回流式：压气机出口的空气由燃烧室的后端流入火焰筒头部。燃烧的燃气则向前形成回流。后两种形式气流流动损失大，但能缩短发动机的长度，一般用于采用离心式压气机的发动机中。燃烧室按结构形式又分为管形燃烧室、环形燃烧室和环管形燃烧室。管形燃烧室中的每个管形火焰筒有单独的外套，组成一个单管燃烧室。一台发动机可以有若干个单管燃烧室，沿周向装在发动机上，其中几个燃烧室装有点火装置。各燃烧室之间通过联焰管来传焰和均压。管形燃烧室易调试，强度与刚性好、装拆与维护方便，多用于早期的燃气涡轮发动机以及空气流量很小的发动机上。环形燃烧室中的火焰筒为一整体的环形腔。同心地装在环形的壳体内。这种燃烧室空间利用率高，迎风面积、重量、压力损失、火焰筒表面积和长度都小，所需的冷却空气量少，出口流场沿周向分布均匀，广泛用于各种新型发动机中。环管形燃烧室有若干个管形火焰筒沿圆周均匀地装在一个共同的环形壳体内。各火焰筒间装有联焰管。它的结构介于管形燃烧室与环形燃烧室之间。50～60年代的发动机多采用这种结构。 涡轮 电脑模拟燃气轮机通常使用轴流式涡轮，构造上与轴流式压缩机相似，同样是一组定子与一组转子合称为一级。涡轮叶片与螺旋桨及飞机机翼相似，气流流过时产生作用力，对转子叶片作功而使其转动，而能将气流的能量转换成机械能输出，因此气流在通过涡轮后，温度与压力都会下降。与压缩机不同的是，涡轮的目的是将气流的能量转换为机械能，因此叶片的形状与压缩机会稍有不同，重视的是气流通过时能产生的作用力，与飞机机翼希望升力大而阻力小的要求类似。涡轮叶片直接受到高温高压气流的冲击，为了提高燃烧温度以提升燃气轮机的效率，涡轮叶片必须使用耐高温、在高温下仍保有高强度及寿命的耐热材料制成。叶片结构上也常使用一些特殊设计，例如常见的作法是将叶片设计为中空，然后将冷空气或冷却液导入内部，在叶片内部流动时可以产生冷却效果，还有在表面设计许多小孔喷出冷空气，随着空气流动而覆盖整个叶片，阻隔以避免高温空气直接冲击叶片，以达到保护的效果。与压缩机相同，理想的涡轮应该是等熵过程，但是实际上通过涡轮后气流的温度和熵都会大于理想值，涡轮的效率定义为：其中ηt代表涡轮效率，h3代表气流进入涡轮之前的焓，h4i代表理想状况下气流离开涡轮时的焓，h4a代表实际状况下气流离开涡轮时的焓。依据热力学定律，涡轮效率不可能大于1。

汽 车 维 修 技 师 专 业 技 术 论文标题: 涡轮增压器故障原因分析及使用维护关键字：涡轮增压、使用维护、故障分析工作单位：宁波凯迪汽车销售有限公司作 者： 何一建日 期： 二零一一年三月十八日目录前言摘要关键字一、引言二、涡轮增压的日常应用三、涡轮增压的原理与类型四、涡轮增压的使用与维护五、涡轮增压的常见故障及原因分析六、涡轮增压维修实例七、结束语八、致谢前言我国进入WTO以来，大量的进口汽车涌入国门，国外先进的维修技术、维修工艺、维修观念、管理模式等，对我国汽车维修企业的发展与改革起到了很好的借鉴作用，使得国内汽车制造维修技术上了一个新台阶。我们身处在汽车维修行业如何应对日新月异的汽车维修技术，使自己不落后于时代，我个人认为只有不断的学习充电，借鉴成功的经验，树立质量第一，用户至上的服务意识，才能使自己真正的与时俱进。涡轮增压器故障原因分析及使用维护摘 要：装有涡轮增压的车辆已经越来越多了，也越来越多的被人们所知悉，他的好坏决定着现代汽车动力性，本文主要浅谈凯迪拉克SLS车型 涡轮增压的使用维护及简单故障原因分析关键字：涡轮增压、使用维护、故障分析一、引言：随着国民经济的迅猛发展，我国汽车产量逐年增加，汽车保有量越来越多，2011年已达7400万辆，车型也越来越复杂。尤其是高科技的飞速发展，一些新技术、新材料在汽车上得到广泛应用，而涡轮增压在汽车上的应用则赋予汽车更加强大的动力性，且涡轮增压发动机的耗油量也并不比不增压的发动机耗油量高多少。在汽车使用中，增压器难免会有问题，而这将直接影响发动机的动力性，分析研究增压器故障，现象，探索和研究增压器的结构原因具有重大的现实意义。本文重点通过增压器的结构原理及一些日常维护，正确认识增压器故障，更好的使用和维护增压器。二、涡轮增压的日常应用：涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量，从而增加发动机的功率和扭矩，让车子更有劲。涡轮增压的英文名字为Turbo，一般来说，如果我们在轿车尾部看到Turbo或者T，即表明该车采用的发动机是涡轮增压发动机了。相信大家都在路上看过不少这样的车型，譬如奥迪A6的，宝来赛威等等三、涡轮增压的原理与类型分类（1）废气涡轮增压系统：这就是我们平时最常见的涡轮增压装置了，其优点是增压器与发动机无任何机械联系，因此基本不会损耗发动机原有的功率。它是利用发动机工作所产生的高温高压废气推动涡轮高速运转，从而带动连到一根轴上的泵轮，泵轮将空气加压输送到进气歧管，增加了发动机进气效率，可以提供更多的燃油完全燃烧，从而提高了发动机的功率，降低了燃油的消耗，同时由于燃烧条件的改善，减少了废气中有害物质的排放，增压后发动机的功率可提高20%～40%左右。（2）机械增压系统：这个装置安装在发动机上并由皮带与发动机曲轴相连接，从发动机输出轴获得动力来驱动增压器的转子旋转，从而将空气增压吹到进气岐道里。其优点是涡轮转速和发动机相同，因此没有滞后现象，动力输出非常流畅。但是由于装在发动机转动轴里面，因此还是消耗了部分动力，增压出来的效果并不高。（3）复合增压系统：即废气涡轮增压和机械增压并用，机械增压有助于低转速时的扭力输出，但是高转速时功率输出有限；而废气涡轮增压在高转速时拥有强大的功率输出，但低转速时则力不从心。发动机的设计师们于是就设想把机械增压和涡轮增压结合在一起，从而解决两种技术各自的不足，同时解决低速扭矩和高速功率输出的问题。这种装置在大功率柴油机上采用比较多，汽油机上采用双增压系统（复合增压系统）的车型还比较少，大众的 TSI发动机（这款发动机兼顾了低速扭力输出和高速功率输出。在低转速时，由机械增压提供大部分的增压压力，在1 500rpm时，两个增压器同时提供增压压力。随着转速的提高，涡轮增压器能使发动机获得更大的功率，与此同时，机械增压器的增压压力逐渐降低。机械增压通过电磁离合器控制，它与水泵集合在一起。在转速超过3500rpm时，由涡轮增压器提供所有的增压压力，此时机械增压器在电磁离合器的作用下完全与发动机分离，防止消耗发动机功率）采用了了这一系统。其发动机输出功率大、燃油消耗率低、噪声小，只是结构太复杂，技术含量高，维修保养不容易，因此很难普及（4）气波增压系统：利用高压废气的脉冲气波迫使空气压缩。这种系统增压性能好、加速性好但是整个装置比较笨重，不太适合安装在体积较小的轿车里面，这里就不多做介绍了。原理众所周知发动机是靠燃料在汽缸内燃烧作功来产生功率的，由于输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制，因此发动机所产生的功率也会受到限制，如果发动机的运行性能已处于最佳状态，想再增加输出功率，只能通过压缩更多的空气进入汽缸内来增加燃料量，从而提高燃烧作功能力。因此在目前的技术条件下，涡轮增压器是惟一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。我们平常所说的涡轮增压装置其实就是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加发动机的进气量，一般来说，涡轮增压器是一种利用内燃机作功所产生的废气驱动空气压缩机，从而令机器效率提升的装置。利用排出废气的热量及流量，涡轮增压器能提升内燃机的马力输出。如下图所示：首先是涡轮室的进气口与发动机排气歧管相连，排气口则接在排气管上，然后增压器的进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在进气歧管上，最后涡轮和泵轮分别装在涡轮室和增压器内，二者同轴刚性联接。这样一个整体的涡轮增压装置就做好。涡轮增压都是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的泵轮，泵轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入汽缸，当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，泵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，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。本文着重介绍凯迪拉克赛威 双涡流增压器的工作原理，如下图所示：可以使四缸发动机的1、4缸使用一条单独排气通道，而2、3缸使用另一条单独的排气通道，两条通道在涡轮处会和，共同作用到涡轮上，以避免出现各缸之间的排气压力干扰，提高发动机低速时的涡轮增压回应，减少涡轮迟滞的出现。排气旁通阀控制是指通过改变排气旁通阀开度，来控制涡轮增压器涡轮转速，然后控制进气增压的压力变化。排气旁通阀关闭，发动机废气全部作用到涡轮上，涡轮高速运转，以实现进气压力的增加。排气旁通阀打开，发动机废气部分通过涡轮，部分通过排气旁通阀泄放掉，涡轮速度下降，泵轮速度随之下降，进气压力稳定不再增加或减少，以防止增压压力过高损坏发动机。在车辆正常高速行驶时，进气旁通阀关闭，进气被涡轮增压器增压进入进气歧管，进气歧管保持高压。车辆突然减速，进气旁通阀打开，进气歧管内高压空气通过进气旁通阀形成内部循环，减少涡轮增压器阻力，使得涡轮增压器泵轮维持高速运转，并减小因进气阻力形成的噪音。重新加速后，因泵轮维持高速运转，避免出现重新加速的迟滞现象。四、涡轮增压的使用与维护凯迪拉克赛威车的涡轮增压器，是利用发动机排出的废气驱动涡轮，它再怎么先进也还是一套机械装置，由于它工作的环境经常处于高速、高温下工作，增压器废气涡轮端的温度在600度以上，增压器的转速也非常高，因此为了保证增压器的正常工作，对它的正确使用和维护十分重要。主要我们要遵循以下的方法：汽车在起动时，高速空转或突然加速会导致涡轮增压器的轴承损坏，因此不能急踩加速踏板，应先怠速运转三分钟，这是为了使机油温度升高，流动性能变好，从而使涡轮增压器得到充分润滑，然后才能提高发动机转速，起步行驶，这点在冬天显得尤为重要，至少需要热车5分钟以上。发动机长时间高速运转后，不能立即熄火。原因是发动机工作时，有一部分机油供给涡轮增压器转子轴承润滑和用于冷却的，正在运行的发动机突然熄火后，机油压力迅速下降为零，机油润滑会中断，涡轮增压器内部的热量也无法被机油带走，这时增压器涡轮部分的高温会传到轴承中间，轴承支承壳内的热量不能迅速带走，而同时增压器转子仍在惯性作用下高速旋转，这样就会造成涡轮增压器转轴与轴套之间“咬死”而损坏轴承和轴。此外发动机突然熄火后，此时排气歧管的温度很高，其热量就会被吸收到涡轮增压器壳体上，将停留在增压器内部的机油熬成积炭。当这种积炭越积越多时就会阻塞进油口，导致轴套缺油，加速涡轮转轴与轴套之间的磨损。因此发动机熄火前应怠速运转三分钟左右，使涡轮增压器转子转速下降，同时也降低了排气歧管的温度。此外值得注意的就是涡轮增压发动机同样也不适宜长时间怠速运转，一般应该保持在10分钟之内。选择机油的时候一定要注意，由于涡轮增压器的作用，使进入燃烧室的空气质量与体积有大幅度的提高，发动机结构更紧凑、更合理，较高的压缩比，使发动机的工作强度更高。机械加工精度也更高，装配技术要求更严格。所有这些都决定了涡轮增压发动机的高温、高转速、大功率、大扭矩、低排放的工作特点。同时也就决定了发动机的内部零部件要承受较高的温度及更大的撞击、挤压和剪切力的工作条件，所以在选用涡轮增压轿车车用机油时，就要考虑到它的特殊性，所使用的机油必须抗磨性好，耐高温，建立润滑油膜块，油膜强度高和稳定性好，所以机油最好选用全合成机油、半合成机油等高质量润滑油或者凯迪拉克原厂专用机油发动机机油和滤清器必须保持清洁，防止杂质进入，因为涡轮增压器的转轴与轴套之间配合间隙很小，如果机油润滑能力下降，就会造成涡轮增压器的过早报废。需要按时清洁空气滤清器（另外注意：在空气滤清器或空气滤清器壳体已被拆下时，不要起动发动机），防止灰尘等杂质进入高速旋转的压气叶轮，造成转速不稳或轴套和密封件加剧磨损。需要经常检查涡轮增压器的密封环是否密封。因为如果密封环没有密封住，那么废气会通过密封环进入发动机润滑系统，将机油变脏，并使曲轴箱压力迅速升高，此外发动机低速运转时机油也会通过密封环从排气管排出或进入燃烧室燃烧，从而造成机油的过度消耗产生“烧机油”的情况。涡轮增压器要经常检查有没有异响或者不寻常的震动，润滑油管和接头有没有渗漏。涡轮增压器转子轴承精密度很高，维修及安装时的工作环境要求很严格，因此当增压器出现故障或损坏时应到指定的维修站进行维修，而不是到普通的修理店。五、涡轮增压的常见故障及原因分析涡轮增压器(见图)利用发动机排出的废气驱动发动机主动叶轮，与主动叶轮同轴的从动叶轮也以同样转速转动。怠速时，叶轮转速约为12000r／min，当加速踏板踩到底时，叶轮转速约为135000r／min,，因从动叶轮在发动机进气端，故加大了进气压力和进气量，避免发动机在较高转速下进气迟滞；能大幅度提高发动机功率和转矩，且最大转矩峰值呈平直线状。故障原因（1）增压器突然停止运转。其原因多为增压器轴承损坏、转子组烧坏，外界物将涡轮、泵轮叶片打坏而卡死等。（2）增压器涡轮或泵轮端“排油”。当增压器转子轴磨损严重，转子轴密封环失去作用，或操作不当造成润滑条件恶劣致使密封环磨损、拉伤而失效时，涡轮端或泵轮端会出现“排油”故障。涡轮端“排油”，会使排气管、消声器产生大量油污和积炭，增大排气阻力，降低增压器的转速，使发动机动力下降；泵轮端“排油”，会使发动机进气管道存有大量机油，机油消耗加大，进气阻力增大，发动机动力便下降。（3）增压器振动剧烈且有噪声。其主要原因是由于转子轴严重磨损，使轴承间隙加大产生振动，涡轮与泵轮损坏或沾有油泥使转子动平衡被破坏而产生噪声和振动。若噪声明显表现出是金属摩擦，则是泵轮或涡轮叶片与壳体碰擦。（4）增压器气喘。因进气系统堵塞，如空气滤清器堵塞、进气道油灰沉积等原因，造成发动机增压压力下降且产生较大波动，在增压器泵轮端发出如气喘的异响，伴随发动机工作不稳，动力下降，排气管冒黑烟。（5）增压器增压力下降。进气管道堵塞、轴承与轴磨损、涡轮或泵轮叶片变形或损坏、与壳体摩擦等均会造成增压压力下降。故障检修(1)外观检查观察涡轮与泵轮以外排、进气联接法兰和接头有无裂纹、漏气等现象，特别要观察增压器“排油”现象是否严重。这点在压气机至进气管之间的橡胶管接头上最为明显。若该接头处仅表现为轻微地渗油，仍属正常现象。若此地漏油严重，表明增压器已不能再使用。此外发动机停机后，用听诊器可以听到增压器转子依靠惯性转动的声音，声音若持续1min以上的时间，表明增压器性能良好。(2)压气机泵轮部分检修拆卸压气机与进气管道的连接，观察压气机叶轮和泵壳的摩擦情况、漏油情况以及叶片的损坏情况。若发现叶轮与泵壳有摩擦，而泵壳摩擦部位附着物较坚固，表明泵轮内有损坏；如果发现是外来物损伤了泵轮，或者泵轮轴漏油现象严重，均应对增压器进行维修。(3)旋转组件检修若检查涡轮与泵轮没有明显损坏，用手迅速转动增压器转子，应该旋转自如，无明显的研磨噪声和阻滞现象，否则表明轴已烧损。用千分尺检查转子轴轴向间隙以及涡轮端和泵轮端的径向间隙，其值不得超过标准范围。分解拆装旋转组件时，必须做好压气机叶轮、转子轴及锁紧螺母的相对位置记号。更换压气机叶轮要做动平衡试验。安装涡轮端和泵轮端两密封环时，开口互成180o，相对中间壳进油口成90o。压气机叶轮锁紧螺母要按规定扭矩拧紧。(4)涡轮机涡轮部分检修从涡轮机出气口将排气管道拆除，检查涡轮叶片以及壳体摩擦情况、漏油情况和叶片损坏情况。若发现叶片与壳体有摩擦，而壳体上的附着物坚硬而牢固，可能是涡轮内有损坏，此时必须拆卸修理。若发现积油严重，则应观察该油是从排气系统带来的，还是从涡轮中心排出的，若积油来自轴心且较严重，表明涡轮轴的密封环失效，应对增压器拆检维修。若积油来自排气系统，而叶轮上积油较多，就将涡轮拆卸清洗六、涡轮增压维修实例故障：发动机机油消耗高车型：赛威 故障现象：客户反应说该车烧机油，拔出油尺一看已经到最底刻度线了，由于该车已经行驶了不到4000公里了，可以经行首次保养了，于是建议客户首保后行驶1000公里再到我站检查。行驶1000公里后到我站检查发现确实少了近350毫升机油。检查分析：根据该车的具体结构分析，导致发动机机油消耗高的原因有5个：①气门油封漏油。②活塞与气缸筒密封不严。③曲轴箱强制通风PCV阀故障。④涡轮增压器油封漏油。⑤发动机油底壳衬垫、油封等处泄漏。图1所示：涡轮增压器未漏油该车行驶里程很短，基本全新，外观没有漏油现象，说明所减少的机油是进入气缸内消耗的。经检查排气管无明显蓝烟冒出的现象，然后拆开涡轮增压中冷器的连接管，发现中冷器内壁很干净，根据以往经验，如果涡轮增压器（图1）油封漏油，在中冷器内会积存大量机油，所以该发动机的涡轮增压器油封没有损坏。说明消耗机油的大部分在发动机内被加热而变成了积炭，进而怀疑气门油封泄漏。经拆下4只喷油器用内窥镜观察进气门，发现1缸进气门的背面有很多积炭，由此判断是1缸进气门油封损坏。故障排除：由于该车行驶里程很短，不大可能存在其它损坏，我们决定只更换16只气门油封，并采用了不拆气缸盖换气门油封的方法。于是拆下气门室罩和1－4缸火花塞，将曲轴转动到第1缸压缩行程上止点，拆下进排气凸轮轴，向第1缸内充入压缩空气，更换了第1缸进排气门油封，其它3缸依此类推。更换了全部进排气门油封后，再将车辆交付用户并电话跟踪回访，用户反映该车在2次换机油保养之间未缺机油。七、结束语本文介绍了涡轮增压器故障，现象，探索和研究了增压器的结构原因，通过增压器的结构原理及一些日常维护，正确认识增压器故障原因、解决办法，维修方式，以及如何正确使用、维护汽车涡轮增压器，尽量避免增压器的故障发生，延长使用寿命。对于未来，随着汽车对动力性的需求量逐渐增大，涡轮增压的使用也会越来月频繁，不仅是在货车领域，在小汽车领域的的发展也将成为主流，而正确认识和使用涡轮增压器也将是我们每个人都应该象英语与开车一样被我们所接受。八、致谢衷心感谢宁波交通技工学校和职业技能鉴定中心老师专家能够对本人精心指导，使本人对汽车维修能有一个全新的认识，在此表示诚恳感谢！由于本人水平有限，写作能力不强，如果有不够全面和深入的问题，请老师批评指正。参考文献：《2011凯迪拉克SLS 维修手册》《汽车维修与保养》2007年第一期 主编：黄为《汽车维修技师》2003年3月第一版 主编：丁鸣朝