简单回顾
1、增压的作用是什么？
提高进气密度。
2、增压系统的气体流动过程如何？
空气滤清器 -压气机 -中冷器 -发动机 -排气管 -涡轮
3、增压发动机有何特点？
动力性好，经济性好，排放低，机械负荷、热负荷大
4、涡轮增压器的转速范围如何？
几万到十几万转每分，最高可达二十几万转
5、车用柴油机的增压率如何？
几乎是 100%
1、涡轮增压器的安装关系第二章 涡轮增压器的基本结构空滤器压气机中冷器发动机气缸进气总管 排气总管涡轮消声器第一节 废气涡轮增压系统的组成
1、涡轮增压器
涡轮：利用废气做功，
对废气的要求：
压力、温度和流量对涡轮要求：
充分利用废气能量，结构强度与热强度，
压气机：对气体做功，
对压缩空气的要求：
压力、温度和流量对压气机要求：
耗功少、可靠
涡轮与压气机组成转子，同轴连接对转子要求：
连接可靠，动平衡精度高
中间体：支撑转子，刚度要求第二章 涡轮增压器的基本结构第一节 废气涡轮增压系统的组成
2、进排气系统排气管：高效传输废气能量，损失小进气管：高效输送均匀布气，压降小
3、中冷器作用：降低温度，增加密度空 -空中冷器水 -空中冷器
4、增压系统的布置第二章 涡轮增压器的基本结构第二节 转子的结构特点
1、功用
涡轮实现热能向机械功的转换
压气机叶轮实现机械能向气体压力能的转换
轴实现功的传递。
2、工作条件
高速：一般十几万转 /分，轴的切线速度可达 70
米 /秒，轮缘的切线速度可达 500米 /秒
高温：涡轮端：柴油机 600-750℃,汽油机
900---1000℃
腐蚀和污染：机械腐蚀和化学腐蚀第二章 涡轮增压器的基本结构
3、要求
耐高温：采用高镍合金，耐热合金
润滑可靠：减磨、散热，采用压力润滑，浮动轴承增加滑油流量
平衡性好：采用对称结构，轴上零件尽可能少
传递扭矩：有一定的强度，消除应力集中
转动惯量小：减小重量，合理分布质量，采用轻质材料第二章 涡轮增压器的基本结构
4、结构特点
涡轮叶轮星型轮盘 — 有利于减小转动惯量轴向弯曲 — 有利于提高叶片自振频率曲线型叶片横截面 --有利于提高叶片自振频率与轴之间采用摩擦焊接精密铸造而成
压气机叶轮前倾、后弯叶片 ---提高效率、扩大流量范围直叶片 ---目前较少采用与轴之间采用过渡或过盈配合 ---提高定位精度第二章 涡轮增压器的基本结构
轮轴及轴上小件止推片 ---轴向定位隔套 ---与止推轴承一起确定轴向串动量密封及档油装置加工精度高，平行度和垂直度要求高 ---保证合适的间隙和动平衡性
压气机端紧固螺母具有自锁结构，断面与螺纹轴线的垂直度要求高第二章 涡轮增压器的基本结构第三节 轴承与密封
1、径向轴承
工作条件：高速旋转（线速度 60m/s以上）、载荷轻、
润滑充分
结构特点：浮动轴承 — 车用涡轮增压器发展的标志性成果如图，结构如套筒。加工有油道，内外均有油膜，工作时随转子轴以一定转速旋转
优点：两对摩擦副，且线速度降低，摩擦损失减小；
两层油膜，有利于通过更多滑油，利于冷却两层油膜，有利于吸收转子振动第二章 涡轮增压器的基本结构
2、止推轴承
工作条件：承受轴向力、方向不断变化、相对摩擦的线速度更高
结构特点：带有油楔和油孔的平板、固定在轴承体上、转子上安装有止推片，如图,止推间隙为 0.1— 0.2mm.。
3、润滑
典型的润滑油路：发动机润滑油、油道
油压,3— 5bar
第二章 涡轮增压器的基本结构
4、密封环
作用：在旋转件与固定件之间起密封作用，阻止滑油泄漏到压气机和涡轮中，同时阻止空气和燃烧废气进入轴承体。
工作条件：高速旋转件的密封，涡轮端高温，
润滑条件差
结构特点：类似于活塞环，有开口的弹性环，
自由状态开口达呈椭圆形，安装状态呈正圆形，
开口间隙 0.08— 0.12mm。安装在转子轴的环槽内，侧间隙为 0.1— 0.2mm。一般要求密封环的侧间隙小于止推间隙。
第二章 涡轮增压器的基本结构第四节 平衡与振动
1、平衡
必要性：转子轴为柔性轴易变形，转子为高速旋转件，不平衡会导致叶轮擦壳、轴承磨损加剧直至整个增压器损坏。要求平衡精度高 — 1.0g-
mm以下。
动平衡与静平衡静平衡：转子在任何角度位置都能保持静止 — 其质心始终在轴线上，静平衡不一定动平衡动平衡：旋转起来以后没有力矩产生 — 其惯性力的合力为零、和力矩为零动平衡一定静平衡第二章 涡轮增压器的基本结构
平衡方法单件 — 组合平衡法,压气机叶轮和涡轮转子轴分别进行动平衡，组合后进行平衡调节，不可去重，调节后打刻线，可拆装，
适用于较大轮径的增压器整体平衡法,单件平衡以后，转子安装在增压器上以后与轴承体一起进行平衡，去除不平衡量，并不再拆卸。其优点在于避免了由于贰次拆装而造成的不平衡，适用于较小轮径和较小轴径的情况第二章 涡轮增压器的基本结构
保证平衡的关键单件平衡的精度转子轴上小件的加工精度，特别是对称性和端面平行度锁紧螺母的加工精度，特别是压合面与螺纹中心的垂直度第二章 涡轮增压器的基本结构
2、轴系振动
临界转速：高速旋转轴在某转速下会突然失稳，产强烈振动，继续增加转速会恢复平稳运转，称这一失稳转速为临界转速，
失稳的原因：失稳是由于共振引起的：转子轴有其固有的一系列自振频率（ 1阶,2阶 -----），转子不可能做到绝对平衡，运转中产生与转子转动频率相同的激振力，当激振力的频率与转子的自振频率相同时就发生共振。
刚性轴：转子的转速工作范围小于其一阶临界转速，
轴较粗，适于大型增压器
柔性轴：转子的转速工作范围大于其一阶临界转速，
小于其 2阶临界转速，轴较细，适于小型增压器第二章 涡轮增压器的基本结构
3、叶片振动
叶片自振频率：固有振型与固有频率，如钟
叶片承受周期性的激振力：发动机脉冲排气，
涡轮叶轮进口气流不均匀等都是激振源
叶片振动的危害：使叶片断裂、失去平衡、损坏整台增压器
避免叶片振动的措施：提高叶片自振频率，控制激振力。
提高叶片自振频率：优化叶片截面设计，优化叶轮结构设计，减低叶片自振频率的 分散度,
合理选择叶片数和喷嘴环叶片数。
第二章 涡轮增压器的基本结构思考题
1、涡轮增压器的组成
2、涡轮的功用、工作条件和要求
3、对转子的要求
4、浮动轴承的结构特点与优点
5、什么是动平衡状态
6、单件 --组合平衡与整体平衡
7、临界转速与固有频率
8、叶片自振频率分散度大小如何？
第二章 涡轮增压器的基本结构
1、增压的作用是什么？
提高进气密度。
2、增压系统的气体流动过程如何？
空气滤清器 -压气机 -中冷器 -发动机 -排气管 -涡轮
3、增压发动机有何特点？
动力性好，经济性好，排放低，机械负荷、热负荷大
4、涡轮增压器的转速范围如何？
几万到十几万转每分，最高可达二十几万转
5、车用柴油机的增压率如何？
几乎是 100%
1、涡轮增压器的安装关系第二章 涡轮增压器的基本结构空滤器压气机中冷器发动机气缸进气总管 排气总管涡轮消声器第一节 废气涡轮增压系统的组成
1、涡轮增压器
涡轮：利用废气做功，
对废气的要求：
压力、温度和流量对涡轮要求：
充分利用废气能量，结构强度与热强度，
压气机：对气体做功，
对压缩空气的要求：
压力、温度和流量对压气机要求：
耗功少、可靠
涡轮与压气机组成转子，同轴连接对转子要求：
连接可靠，动平衡精度高
中间体：支撑转子，刚度要求第二章 涡轮增压器的基本结构第一节 废气涡轮增压系统的组成
2、进排气系统排气管：高效传输废气能量，损失小进气管：高效输送均匀布气，压降小
3、中冷器作用：降低温度，增加密度空 -空中冷器水 -空中冷器
4、增压系统的布置第二章 涡轮增压器的基本结构第二节 转子的结构特点
1、功用
涡轮实现热能向机械功的转换
压气机叶轮实现机械能向气体压力能的转换
轴实现功的传递。
2、工作条件
高速：一般十几万转 /分，轴的切线速度可达 70
米 /秒，轮缘的切线速度可达 500米 /秒
高温：涡轮端：柴油机 600-750℃,汽油机
900---1000℃
腐蚀和污染：机械腐蚀和化学腐蚀第二章 涡轮增压器的基本结构
3、要求
耐高温：采用高镍合金，耐热合金
润滑可靠：减磨、散热，采用压力润滑，浮动轴承增加滑油流量
平衡性好：采用对称结构，轴上零件尽可能少
传递扭矩：有一定的强度，消除应力集中
转动惯量小：减小重量，合理分布质量，采用轻质材料第二章 涡轮增压器的基本结构
4、结构特点
涡轮叶轮星型轮盘 — 有利于减小转动惯量轴向弯曲 — 有利于提高叶片自振频率曲线型叶片横截面 --有利于提高叶片自振频率与轴之间采用摩擦焊接精密铸造而成
压气机叶轮前倾、后弯叶片 ---提高效率、扩大流量范围直叶片 ---目前较少采用与轴之间采用过渡或过盈配合 ---提高定位精度第二章 涡轮增压器的基本结构
轮轴及轴上小件止推片 ---轴向定位隔套 ---与止推轴承一起确定轴向串动量密封及档油装置加工精度高，平行度和垂直度要求高 ---保证合适的间隙和动平衡性
压气机端紧固螺母具有自锁结构，断面与螺纹轴线的垂直度要求高第二章 涡轮增压器的基本结构第三节 轴承与密封
1、径向轴承
工作条件：高速旋转（线速度 60m/s以上）、载荷轻、
润滑充分
结构特点：浮动轴承 — 车用涡轮增压器发展的标志性成果如图，结构如套筒。加工有油道，内外均有油膜，工作时随转子轴以一定转速旋转
优点：两对摩擦副，且线速度降低，摩擦损失减小；
两层油膜，有利于通过更多滑油，利于冷却两层油膜，有利于吸收转子振动第二章 涡轮增压器的基本结构
2、止推轴承
工作条件：承受轴向力、方向不断变化、相对摩擦的线速度更高
结构特点：带有油楔和油孔的平板、固定在轴承体上、转子上安装有止推片，如图,止推间隙为 0.1— 0.2mm.。
3、润滑
典型的润滑油路：发动机润滑油、油道
油压,3— 5bar
第二章 涡轮增压器的基本结构
4、密封环
作用：在旋转件与固定件之间起密封作用，阻止滑油泄漏到压气机和涡轮中，同时阻止空气和燃烧废气进入轴承体。
工作条件：高速旋转件的密封，涡轮端高温，
润滑条件差
结构特点：类似于活塞环，有开口的弹性环，
自由状态开口达呈椭圆形，安装状态呈正圆形，
开口间隙 0.08— 0.12mm。安装在转子轴的环槽内，侧间隙为 0.1— 0.2mm。一般要求密封环的侧间隙小于止推间隙。
第二章 涡轮增压器的基本结构第四节 平衡与振动
1、平衡
必要性：转子轴为柔性轴易变形，转子为高速旋转件，不平衡会导致叶轮擦壳、轴承磨损加剧直至整个增压器损坏。要求平衡精度高 — 1.0g-
mm以下。
动平衡与静平衡静平衡：转子在任何角度位置都能保持静止 — 其质心始终在轴线上，静平衡不一定动平衡动平衡：旋转起来以后没有力矩产生 — 其惯性力的合力为零、和力矩为零动平衡一定静平衡第二章 涡轮增压器的基本结构
平衡方法单件 — 组合平衡法,压气机叶轮和涡轮转子轴分别进行动平衡，组合后进行平衡调节，不可去重，调节后打刻线，可拆装，
适用于较大轮径的增压器整体平衡法,单件平衡以后，转子安装在增压器上以后与轴承体一起进行平衡，去除不平衡量，并不再拆卸。其优点在于避免了由于贰次拆装而造成的不平衡，适用于较小轮径和较小轴径的情况第二章 涡轮增压器的基本结构
保证平衡的关键单件平衡的精度转子轴上小件的加工精度，特别是对称性和端面平行度锁紧螺母的加工精度，特别是压合面与螺纹中心的垂直度第二章 涡轮增压器的基本结构
2、轴系振动
临界转速：高速旋转轴在某转速下会突然失稳，产强烈振动，继续增加转速会恢复平稳运转，称这一失稳转速为临界转速，
失稳的原因：失稳是由于共振引起的：转子轴有其固有的一系列自振频率（ 1阶,2阶 -----），转子不可能做到绝对平衡，运转中产生与转子转动频率相同的激振力，当激振力的频率与转子的自振频率相同时就发生共振。
刚性轴：转子的转速工作范围小于其一阶临界转速，
轴较粗，适于大型增压器
柔性轴：转子的转速工作范围大于其一阶临界转速，
小于其 2阶临界转速，轴较细，适于小型增压器第二章 涡轮增压器的基本结构
3、叶片振动
叶片自振频率：固有振型与固有频率，如钟
叶片承受周期性的激振力：发动机脉冲排气，
涡轮叶轮进口气流不均匀等都是激振源
叶片振动的危害：使叶片断裂、失去平衡、损坏整台增压器
避免叶片振动的措施：提高叶片自振频率，控制激振力。
提高叶片自振频率：优化叶片截面设计，优化叶轮结构设计，减低叶片自振频率的 分散度,
合理选择叶片数和喷嘴环叶片数。
第二章 涡轮增压器的基本结构思考题
1、涡轮增压器的组成
2、涡轮的功用、工作条件和要求
3、对转子的要求
4、浮动轴承的结构特点与优点
5、什么是动平衡状态
6、单件 --组合平衡与整体平衡
7、临界转速与固有频率
8、叶片自振频率分散度大小如何？
第二章 涡轮增压器的基本结构
