涡轮增压器喘振:什么是压气机喘振、如何发生
压气机喘振,是涡轮增压器在仍在拼命旋转、而发动机却突然不再进气时出现的不稳定状态。用下面的按钮看进它内部: 废气驱动涡轮、节气门骤关、流量跌到喘振线以下,气流便脉动式倒灌回压气机。
压气机喘振,是涡轮增压器在仍在拼命旋转、而发动机却突然不再进气时出现的不稳定状态。用下面的按钮看进它内部: 废气驱动涡轮、节气门骤关、流量跌到喘振线以下,气流便脉动式倒灌回压气机。
压气机喘振,是涡轮增压器被推出稳定工作范围时出现的状态。压气机仍在努力建立增压,但流经它的空气流量已经太低。于是它无法维持压力,气流一阵阵反向,增压来回脉动——这就是喘振。
左侧,新鲜空气经进气管被吸入压气机叶轮。右侧,来自发动机的高温废气从涡轮进气进入、推动涡轮叶轮,再经连接轴带动压气机。当节气门骤关,流量跌到喘振线以下,喘振回流便把气流反向冲进压气机,而增压表指针不再稳定、开始剧烈抖动。
喘振会损失增压、发出刺耳的扑动噪声、并让涡轮抖动,每一次倒灌都在猛击轴与轴承。它是涡轮增压发动机上的典型失效工况,也是现实系统要加装泄压阀在收油时放掉增压的原因。
发动机排出的废气温度高、流速快,从涡轮进气口进入,掠过涡轮叶轮把它带动旋转,把原本浪费掉的排气能量变成转动。
涡轮与压气机固定在同一根轴上,所以涡轮一转,压气机就随之旋转。它经进气管吸入新鲜空气并加以压缩,在送往发动机的路上提高压力。稳定负荷下,流量与增压是匹配的。
猛地收油会立刻关闭节气门。发动机不再需要压气机仍在送来的空气,于是流经压气机的流量瞬间崩塌——其速度远比仍在高速旋转的涡轮能减速的速度快得多。
每台压气机都有一条低流量界限,称为喘振线。线的右侧压气机稳定;一旦越到左侧,流量相对于它产生的压力太小,就无法维持稳定的增压。猛收油门正好把工作点推过了这条线。
高压气流无处可去,便从压气机出口反向冲回叶轮。这会让压力暂时释放,压气机随之恢复,接着又再次憋压——于是流量与压力一阵阵脉动,而不是平稳保持。
由于压力是在振荡而非稳定,喘振时增压表指针来回剧烈摆动。反向流动还会发出刺耳的扑动声——喘振正是因此得名。
为避免喘振,涡轮发动机通常在节气门关闭时把增压泄放或回流,通过泄压阀或内循环分流阀完成。这样空气继续流动、压力不会倒灌,压气机便留在稳定区间。
喘振是压气机在被要求输出超过其流量所能支撑的压力时发生的不稳定失速。流经压气机的气流会一阵阵反向,出口压力来回脉动,而不是保持稳定。
在涡轮仍在高速旋转时,发动机进气流量突然下降。猛收油门正是如此:压气机仍在拼命送气,发动机却不再吸入,于是流量跌到喘振线以下。
不是。迟滞是加速时涡轮建压之前的延迟;喘振则相反,发生在进气流量骤降时,压气机无法维持增压稳定、气流反向倒灌。
在压气机特性图上,喘振线标出稳定工作的低流量边界。线右侧压气机稳定;越到左侧,说明相对其产生的压力流量太小,气流便变得不稳定。
设计上让压气机保持在稳定区间,并加装一个在节气门关闭时泄放增压的装置,例如泄压阀或内循环分流阀,使空气继续流动、压力不会倒灌。
每一次倒灌都猛击压气机以及连接涡轮的轴。反复喘振会不断冲击轴承与止推面,所以避免喘振不仅是为了噪声与增压损失,也是为了减少涡轮的磨损。