排气和进气系统由哪些部件组成

摘要：进气机构的功用是保证柴油发电机的各气缸在工作时得到充足的新鲜空气和排出燃烧室内燃烧后形成的废气。进排气装置具体由空气滤清器、进气管、排烟管、消声器、气缸盖进气道及气缸盖排气道等组成。另外为了提升柴油发电机的输出功率，增压柴油发电机装有增压器，高级增压装置中还装有中冷器等。柴油发电机进、排烟装置的结构。本文主要引荐防爆型柴发机组的进气和排烟装置构成及功能。

      防爆型柴油发电机进气机构由进气管、进气阻火栅栏，空气关断阀及空气滤芯等组成。

      进气阻火栅栏构造为叠片式，由多块1.2mm厚，51mm宽的不锈钢板叠加在一起制成的一组栅栏，栅栏片与片的间隙≤0.5mm专为熄灭火焰之用。是为了防止柴油发电机汽缸内可能返回的火焰直接通向大气、火焰经它熄灭，不至引燃作业环境的易燃气。为了保证柴油发电机有足够的进气量，应经常清理栅栏的表面和间隙间的杂质。清理时应保证栅栏间隙不被破坏。空气关断阀是为了安全而设置的，在柴油发电机出现“飞车”现状时，用作紧急停机用。在空气关断阀关闭状态下进气被完全切断，在5～10秒内，柴油发电机即可停止运转。在正常工作现象停机时，要操作停机开关，严禁操作空气关断阀停机。

      空气过滤器的功能是滤除掉空气中的杂，以保证清洗的空气进入气缸内。否则会导致汽缸套和活塞组零件早期损伤，缩短柴油发电机的使用受命，空气滤清器一般又分为干式过滤器和湿式滤清器。

      它不需要加注机油，即可将空气中的杂质滤除，其原理是通过改变空气流动方向或使空气穿过具有微孔的过滤器，以达到净化空气的目的。干式空气过滤器的滤清器通常有金属网状滤芯和纸质过滤器两种。这两种过滤器一般操作150h后，需要排除过滤器中的杂质。金属网状漶芯取出后应放在柴油中清洗，并用压缩空气吹干。纸质滤芯取出后，一般用手或木棒轻轻敲击其端面，使其吸附在过滤器上的灰尘和杂质脱落。

      湿式滤清器壳的底部放置了一定量的机油，其日的是利用机油的黏性吸附进入气缸中空气的灰尘和杂质。目前，进口和国产柴油发电机较多采用的是湿式空气滤芯。湿式空气滤清器的构成。湿式空气过滤器滤芯所吸附灰尘和杂质较多时，一般可将滤清器放置在柴油中清洗并用压缩空气吹干。替换机油后，再把吹干的滤芯装入空气滤清器。

      进气管是指汽缸盖进气道之前的进气管道，通常是用铸铁或铝合金铸造，外观示意图如图1所示。进气管的用途就是按照柴油发电机的作业次序，分别供给各缸充足的新鲜空气（如图2所示），因此进气管长度应尽量相等。进气管和排烟管分别安装在汽缸盖的两侧，如果在一侧安装，会使排烟管的过热传给进气管，造成进入汽缸内的空气密度减少，危害进气量。同时，为了减少空气的流通阻力，进气管内壁通常要做的比较平整和光滑。

      废气涡轮增压器结构形式繁多。废气涡轮增压器是由废气涡轮和压气机两部分构成的。在废气涡轮增压器中一般都采用离心式压气机，故可依据所采用的涡轮机规格把废气涡轮增压器分为两大类：轴流式涡轮增压器和径流式涡轮增压器。目前，大、中型柴油发电机均采用轴流式涡轮增压器，径流式涡轮增压器仅用于中小型柴油发电机。

      以在柴油发电机中用得较多的VTR型增压器为例讲解废气涡轮增压器的结构。VTR型增压器有0、1、4、4A四种系列产品，可以满足50kW～2200kW柴油发电机的匹配要求。它由右侧的单级轴流式废气涡轮和左侧的单级离心式压气机构造。废气涡轮的叶轮和压气机的叶轮装在同一根轴上构造废气涡轮增压器的转子，由两端的轴承支承。

      废气涡轮由涡轮进气箱、喷嘴环、工作叶轮、隔热墙、燃气箱等组成。进、排烟箱内腔用水冷却。进气箱与排气箱之间用螺钉紧固。进气箱右部布置着轴承箱。排烟箱下部装有增压器支架。柴油发电机排出的废气由进气箱下部引入涡轮，由排气箱上部排出。隔热墙70用绝热材料制成，预防废气对压气机叶轮和空气加热。

      柴油发电机排出的废气经进气箱送至喷嘴环。喷嘴环由喷嘴内环、外环和喷嘴叶片组成。喷嘴叶片形成的通道从进口到出口呈收缩状，其功用是将柴油发电机排出的废气的压力能部分转变为动能，并使气流具有作业叶片所需要的方向。工作轮由轮盘和作业叶片构造，工作叶片轴向装配在轮盘边缘的槽口中。作业叶片叶根有机树形和球形两种。叶身为叶片的工作部分，其形状由气体流动情况决定。它沿着高度逐渐扭转。这是因为废气通过喷嘴进入叶轮时，气流的数据如压力和转速（大小和方向）等均沿叶片的高度而变化。为了减小气流流过叶片时的能量损失，要求叶片的形状与气流数据沿叶片的变化相适应，以提升涡轮效率。高速流动的气流进入工作轮的叶片通道，其中一部分能量转变为机械功，最后经排气箱排往大气。

      增压器的压气机详细由进气消音器、进气箱、压气机叶轮、扩压器、排气箱等构造。空气从消音器滤网处进入。消音器80中的空气滤网、导流环对空气起滤清、导流、吸音（导流环由吸音材料制成）用途。进气箱由内、外进气壳共同结构进气通道，对吸入的空气起导流定向用途。进气箱的左部分规划着轴承箱。作业叶轮是压气机的详细部件。它是由前弯的导风轮和半开式作业轮结构的。导风轮的扭曲方向和角度应适应气流进入叶轮的相对流动方向，使气流平顺地从轴向转到径向，以减轻进气流动损失；在作业轮上沿径向规划着直叶片，各叶片间形成气流通道。两部分分别装在转轴上。有叶扩压器28用焊钉固定在排气箱上，其叶片间的气流通道呈扩张形。它将把压缩空气的动能变成压力能，以提高空气的排出压力。叶片环通常比圆环形平板圈窄一些，无叶片的圆环段同样起扩压作用，通常称之为无叶扩压器。一个工作轮与相邻的扩压器结构一个级。压气机排烟箱的主体是一个蜗壳状的管道，其流通截面由小到大。它一方面收集从叶片扩压器流出的空气，一方面继续起着扩压功能。空气从蜗壳排出后经空气冷却器进入柴油发电机的扫气箱。

      压气机叶轮和涡轮机叶轮装在同一根轴的两端，构成增压器的转子。转子轴的两端由轴承和支承。这种支承为外支承式，它具有转子稳定性好，轴承受过热气体危害较小，便于密封，有利于增加轴承寿命等长处。但也存在着使涡轮增压器结构复杂，毛重、尺寸增大，清洗涡轮增压器困难等问题。

      在压气机端，因为叶轮出口的空气漏至叶轮右侧，其压力大于叶轮左侧的空气压力；在涡轮端，涡轮右侧的压力也大于涡轮左侧，因此在转子上作用着一个自右向左的轴向推力。必须在压气机端设一个支持止推轴承，承受转子的径向和轴向负荷，并起着转子轴向定位的用途。涡轮端的轴承是一个支持轴承，只承受转子的径向负荷，并允许出现一定的轴向位移以保证转子的热膨胀。

      轴承是滚动轴承，它的摩擦损失小，加载性能好；在其它增压器中，也有采用滑动轴承的。采用滑动轴承的构成大概，造价低廉，使用年限较长。轴承封闭在轴承箱中，一般采用三种润滑程序：一是靠装在转轴上的甩油盘进行飞溅润滑；二是由涡轮增压器的专门油泵润滑；三是由柴油发电机的润滑装置供给滑油润滑。图中采用的是第二种程序。

      为了避免燃气、空气和滑油漏泄，在轴承箱的内侧装有油封，在叶轮两侧装有气封。气封处由扩压器经通道X引入增压空气提升气封效果。在转子右端的油气封之间通过通道、左端油气封之间通过钻孔与大气相通。

      防爆型柴油发电机排烟装置由水夹层排气管、水夹层弯管、水夹层波纹管、废气排除箱和排烟阻火栅栏以及补水箱等结构。

      排气机构一般有单排气机构和双排烟装置两种类型，单排烟装置应用于直列式柴油发电机和部分 V型柴油发电机，双排气机构用于V型柴油发电机。

      直列式柴油发电机在排烟行程期间，气缸中的废气经排气门进入排气歧管，再由排气歧管进入排气管、三元催化器和消声器，最后由排烟尾管排到大气中。V型柴油发电机有两个排烟歧管，在大多数装配V型柴油发电机的发电机组上仍采用单排气装置，即通过一个叉形管将两个排烟歧管连接到一个排气管上。

      有些12V型柴油发电机采用两个单排气装置，即每个排气歧管各自连接一个排烟管、消声器和排气尾管，这种布置形式称为双排烟机构。双排烟系统减小了排烟机构内的压力，使柴油发电机排烟更为顺畅。

（1） 水夹层排气管、水夹层弯管和水夹层波纹管，水夹层中的水作为防锈水与柴油发电机冷却机构联通封闭循环冷却，保证排烟管表面温度不超150℃。各部件之间在连接处通过橡胶软管将各水夹层联通，使水夹层形成了一个通畅的循环水路。水夹层波纹管位于柴油发电机和废气处理箱之间，主要起减振的功用。

（2） 废气排查箱内有排气阻火栅栏、水浴箱和膨胀箱。用以解除由排气管进入的废气。详细用作熄灭废气中的火焰、进一步冷却和洗涤废气，清除炭烟及溶解废气中的部分有害物质。经过排气阻火栅栏熄灭火焰和水浴解除后的废气经膨胀箱、排气尾管通向大气。

（3） 排气阻火栅栏结构为叠片式，由多块1.2mm厚，51mm宽的不锈钢板叠加在一起制成的一组栅栏，栅栏片与片的间隙≤0.5mm专为熄灭火焰之用。要及时清理栅栏的表面和间隙间的杂质和积炭，以保证排气的畅通。排烟阻火栅栏，要做到每天一清理，清理时打开维修门，松动顶紧轮，抽出栅栏，清理两表面上的积炭和杂质，然后将栅栏装回顶紧，关闭修理门并锁住。检修清理时应保证栅栏间隙不被破坏。

（4） 废气排查箱中的水量控制，废气解决箱中的水量约50升，与补水箱连通。废气消除箱中水量的大小由进水浮球阀和水位报警浮球控制，进水浮球阀控制较高水位和在水量不足时由补水箱向废气解决箱中补水。水位报警浮球在水位降至较低控制水位且补水箱无法正常向废气处置箱中补水时，启动自动保护系统报警并在1分钟内使柴油发电机自动停机。因此，每次工作前必须将补水箱加满水，在作业中要随时观察补水箱的水位，及时加水保证防爆柴油发电机作业正常。

（5） 气密封衬垫，在进、排烟的管路中，各连接法兰处都夹有密封衬垫，衬垫均采用特制的铜皮包封石棉板制成，具有良好的弹性、拆装时若发现有故障或失去弹性应予更换，对各处的密封面不许有任何碰伤和划痕。

      消声器主要是减小废气排出时的噪声。消声器一般用钢板冲压并经焊接而成，与排气管连接示意图如图3所示。在装配时，消声器带有斜面的出口要朝下，以避免雨水或异物进入。

      排气门刚打开时，排气压力和温度非常高，具有一定的能量，同时，因为排气的间歇性，排气管内产生排气压力脉动。如果让废气直接排入大气，必然产生强烈的、频谱比较复杂的噪声，让排气通过消声器，可以逐渐减轻排气压力和衰减排气脉动，从而减少排气噪音。

      排气管的功用是按照柴油发电机各缸的工作次序，分别把燃烧室燃烧后形成的废气从燃烧室中排出。排烟管通常采用铸铁铸造。为了减轻排气阻力，排气管内壁要做的直径较大且平整和光滑。同时，排气外管的弯曲度要做的尽可能小，否则会危害柴油发电机的输出功率。其中，排气管垫用途是密封排烟管与发电机的连接，组成如图4所示。排烟管垫是安装在排烟管与缸盖排气口之间，用来防范燃烧后的发烫气体从连接处泄漏的一种弹性密封垫片。

      柴油发电机进、排气系统向气缸提供清洗的充足的新鲜空气，排除作功后的废气。增压柴油发电机还有进一步利用排出汽缸的燃气能量，使进入汽缸的空气预先增压和冷却，，从而增加汽缸的进气密度，达到提高柴油发电机动力性能和经济性的目的。因此，柴油发电机进排气装置良好性会直接危害柴油发电机的动力性、经济性及排放性能。