一、概述
廢氣渦輪增壓氣體機性能的好壞，不僅要看氣體機及增壓器自身的性能，還取決于兩者間的匹配是否合理。即使壓氣機和渦輪的設(shè)計點效率都很高，但壓氣機或渦輪的運行點不在它們的率區(qū)，則增壓器在實際運行中的效率還是不可能高。因此，增壓氣體機要獲得良好的性能指標，關(guān)鍵在于解決好增壓器與所體機的匹配問題。雖然當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已使我們有可能根據(jù)發(fā)動機的設(shè)計參數(shù)，應(yīng)用電子計算機進行理論計算，選取比較合適的增壓匹配方案，但是還是有必要通過試驗驗證所選方案是否合理，有必要通過試驗調(diào)整和修改增壓器的某些結(jié)構(gòu)參數(shù)，以使發(fā)動機在各種工況下的耗氣特性曲線處于壓氣機特性曲線的區(qū)，且偏離喘振線。在8300ZLD增壓型氣體機的研制過程中，通過大量的匹配調(diào)整試驗，較好地確定了GH210 增壓器與發(fā)動機匹配的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，使8300ZLD增壓型氣體機達到了較好的性能指標。
二、氣體機和增壓器主要技術(shù)參數(shù)
8300ZLD增壓型氣體機和GH210增壓器的主要技術(shù)參數(shù)見表1：
表1 發(fā)動機及增壓器的主要技術(shù)參數(shù)
在整體布置上，渦輪增壓器位于飛輪上方，壓氣機出口通過彎管與中冷器連接，再串連著阻燃閥和節(jié)流蝶閥。發(fā)動機排氣管與增壓器渦輪箱通過一個膨脹節(jié)連接，不需要過渡彎管，保證了氣流的順暢。這樣不僅結(jié)構(gòu)簡單，也有利于提高增壓效率。
三、匹配點參數(shù)的估算
天然氣機與增壓器匹配的算法很多，zui終目的是計算出村標定點處增壓的壓力和空氣流量參數(shù)。用來選型增壓器并大致確定渦輪機和壓氣機的規(guī)格。本試驗中，按照有關(guān)文獻介紹的計算方法，根據(jù)8300ZLD氣體機的技術(shù)參數(shù)，對一些參與運算的參數(shù)作出經(jīng)驗估計，求出要求數(shù)值。經(jīng)過計算，獲得的增壓器流量為1.711kg/s，增壓壓力1.754bar，壓比1.818。據(jù)此選型增壓器為GH210，并確定了壓氣機和渦輪機方案。對渦輪機和壓氣機進行組合，形成三個GH210整機試驗方案。見表2 GH210試驗整機方案。
表2 GH210試驗整機方案
四、增壓匹配試驗
由于8300ZLD型氣體機主要用作發(fā)電機組的動力，因此增壓匹配試驗均按負荷特性進行性能的相對比較，比較的重點是缸溫和氣耗指標。
(一)方案一的試驗
方案一的壓氣機進口當(dāng)量面積為148cm2，并配置圓弧形葉片擴壓器。渦輪機當(dāng)量流通面積為61.2cm2。
試驗結(jié)果是：發(fā)動機功率拉到了標定點，但標定點處的閥后溫度和渦前溫度都是較高，前者>650℃，后者>700℃。過高的熱負荷對于發(fā)動機及增壓器是不能承受的，必然降低發(fā)動機的可靠性。燃氣熱耗率也高達到11.8MJ/kwh，可見氣耗偏高，超過了設(shè)計目標。
(二)方案二的試驗
針對方案一溫度高的問題，采取的措施是：維持壓氣機不變，將渦輪機的當(dāng)量流通面積減小約15%，即由原來61.2cm2減小至50.6cm2。按照增壓匹配的理論和經(jīng)驗來講，減小渦輪機的當(dāng)量流通面積，將提高增壓器轉(zhuǎn)速并提升增壓壓力，進而降低缸溫和渦前溫度。這是因為增加了過量空氣和掃氣量，且提高了掃氣壓力比。但過分減小渦輪流通面積，將會使渦前壓力升高過多，渦輪過早阻塞。這些理論在柴油機試驗中得到了多次驗證，但在大缸徑的氣體機上試驗的并不多。方案二試驗結(jié)果表明，較小通流面積的渦輪機提升了壓氣機后壓力，當(dāng)然中冷后的壓力也增加了，在標定點處增加了12kpa。缸溫、渦前溫和氣耗率均略有下降。但是，方案二的溫度和氣耗指標仍較高。
(三)方案三的試驗
方案三的壓氣機葉輪進口當(dāng)量面積做了放大處理，由上面方案的148cm2，增加到158cm2。為拓寬大流量范圍，配置了無葉擴壓器。在理論上，這樣的壓氣機更適合氣體機所要求的大流量低壓比的特點。渦輪機恢復(fù)了方案一的狀態(tài)。這是因為主案二的效果不比方案一好很多，從前兩方案的分析可見，壓氣機是造成前兩方案不理想的主要原因。方案三的試驗數(shù)據(jù)見表3：
表3 方案三的負荷特性試驗數(shù)據(jù)
對表3中數(shù)據(jù)整理成圖，并同時與前兩方案進行對比。見圖1 三個方案的性能對比
圖1(a) 中冷后壓力對比 圖1(b) 閥座后溫度對比
圖1(c) 渦前溫度對比 圖1(d) 氣耗率對比
圖3 三個方案性能對比
從圖1可明顯看出，方案三較前兩個方案的匹配效果好。盡管增壓壓力沒有方案二的壓力高，但閥座后溫度、渦前溫度和氣耗都大幅下降。渦前溫度約等于660℃左右，降幅達5.42%；氣耗下降了17.9%?；緦崿F(xiàn)了匹配目標。
