CN103422976A - 适用于焦炉煤气内燃机用燃机涡轮增压器 - Google Patents

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问增杰
尚玉林
赵国明
王子成
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Abstract

一种适用于焦炉煤气内燃机用燃机涡轮增压器，由轴流式涡轮和离心式压气机构成，二者共轴；涡轮直径Φ248mm,压气机叶轮直径Φ258mm;推力轴承工作面外径Φ72mm，内孔径Φ29mm，燃机涡轮增压器工作转速32400转/分,压比3.25，流量2.2公斤秒，涡轮进口允许最高温度690℃，涡轮增压器燃气进壳材料为中铝球墨铸铁；涡轮出气壳材料为耐蚀合金铸铁；涡轮叶片材料为耐蚀高温合金，表面喷丸，有铝化物涂层；喷嘴环材料为耐蚀耐热钢；用于匹配16V240型焦炉(尾)煤气内燃机，达到标定功率2000kW。满足该焦炉煤气内燃机性能和耐高温耐腐蚀要求，可以长期稳定联合运行。

Description

适用于焦炉煤气内燃机用燃机涡轮增压器
技术领域
本发明属于发电用内燃机用涡轮增压器，特别涉及一种适用于焦炉煤气内燃机用燃机涡轮增压器。
背景技术
使用大功率内燃机发电机组进行焦炉（尾）煤气发电方案是目前比较成熟的焦炉（尾）煤气综合利用途径之一，具有一次投资小、建站周期短、功率范围根据气源而定和搬迁方便的特点，非常适合于分散的中小焦化厂，有利于环境保护，变废为宝，减少废气排空燃烧造成的废气污染和大气温升。
焦炉（尾）煤气内燃机发电机组以焦炉（尾）煤气为燃料，采用工控机控制焦炉（尾）煤气进气，根据焦炉（尾）煤气浓度变化自动调整混合气空燃比，具有有效的防爆措施，为了有效提高焦炉（尾）煤气内燃机发电机组输出功率，采用进气增压中冷技术，新鲜空气经过涡轮增压器增压，再经中冷器冷却后进入气缸，提高了空气充量，与自然充气相比，输出功率提高30%以上。因此开发适合于焦炉（尾）煤气内燃机的涡轮增压器对于机组提高输出功率和稳定可靠运行是非常必要的。
由于焦炉（尾）煤气内含有氢气和二氧化硫，并且有100度的高温，柴油机内燃机用燃机涡轮增压器不适用。因此要适用于焦炉（尾）煤气对内燃机用燃机涡轮增压器提出更高的质量性能技术指标的要求
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于焦炉煤气内燃机用燃机涡轮增压器，满足适用于含有氢气和二氧化硫，650摄氏度下高温的焦炉(尾)煤气的内燃机用燃机涡轮增压器要求，满足达到耐温高和耐酸蚀的要求。
本发明内容：
一种适用于焦炉煤气内燃机用燃机涡轮增压器，其特征在于：由轴流式涡轮和离心式压气机构成，二者共轴；涡轮与主轴采用摩擦焊联接，离心式压气机与主轴采用锥度过盈配合；三油楔浮动轴承支撑，压力润滑，多油楔推力轴承承受涡轮和叶轮轴向推力；
压气机部分由离心式压气机叶轮和罩壳、扩压器及蜗壳构成；
压气机叶轮由导风轮和叶轮组成，二者热装在轴套上，叶轮直径Φ258mm;
导风轮采用了长短叶片，叶轮叶片为后弯式；
涡轮部分由燃气进气壳、喷嘴环和涡轮组成，涡轮直径Φ248mm,
燃气进气壳为无水冷结构，材料为中铝球墨铸铁；
喷嘴环为整体精密铸造，材料为耐蚀耐热钢；
涡轮由轮盘和45片叶片组成，叶片与轮盘采用榫齿榫槽联接，锁紧片控制轴向移动，拉筋丝穿过叶片中部的孔通过摩擦控制叶片共振；
涡轮叶片材料为耐蚀高温合金，表面喷丸，有铝化物涂层；
推力轴承推力面外径Φ72mm，内孔径Φ29mm；
支撑体和涡轮出气壳及蜗壳构成增压器主要结构件，支撑体为安装轴承座和推力轴承的基础件，材料为合金铸铁，涡轮出气壳为燃烧后高温焦炉（尾）煤气的排放出口，长期受高温腐蚀气体的冲刷，材料为耐蚀合金铸铁，蜗壳与扩压器构成扩压通道，高速空气流通过扩压器进入蜗壳，通流面积逐步扩大，气流逐步减速，压力增大；
涡轮增压器的进排气、润滑油、冷却水连接口与焦炉(尾)煤气内燃机及外界连接管路平顺对接。
本发明的有益效果：
本发明适用于焦炉（尾）煤气内燃机，用于匹配16V240型焦炉(尾)煤气内燃机，达到标定功率2000kW；满足该焦炉煤气内燃机性能和耐高温耐腐蚀要求，具有耐腐蚀，耐高温及防爆性能，可以长期稳定联合运行。
附图说明
图1为ZN250RJ型适用于焦炉煤气内燃机用涡轮增压器结构示意图
图中：1轴流式废气涡轮、2离心式压气机、3焦炉（尾）煤气高温燃气进口、4燃气进壳、5涡轮出气壳、6涡轮叶片、7喷嘴环、8冷却水接口、9推力轴承、10润滑油进口、11焦炉（尾）煤气废气出口、12空气进口、13空气出口、14润滑油出口。
具体实施方式
一种适用于焦炉煤气内燃机用燃机涡轮增压器，由轴流式废气涡轮和离心式压气机构成，二者共轴由外部供油的内置浮动轴承和推力轴承支撑在20000～50000rpm间高速旋转，涡轮由内燃机排出的高温燃气经进气壳进入喷嘴环膨胀产生高速气流推动涡轮高速旋转，驱动压气机叶轮高速旋转，新鲜空气经消音器进入叶轮高速旋转获得高速度经叶片式扩压器扩压汇入蜗壳形成高压空气进入内燃机进气道，形成新鲜空气充量和扫气，提高新鲜空气充量，增加焦炉煤气充量，与非增压方式相比提高内燃机输出功率30%以上。
本发明适用于焦炉煤气内燃机，燃机涡轮增压器由轴流式废气涡轮和离心式压气机构成，二者共轴；涡轮与主轴采用摩擦焊联接，离心式压气机与主轴采用锥度过盈配合；三油楔浮动轴承支撑，压力润滑，多油楔推力轴承承受涡轮和叶轮轴向推力；
压气机部分由离心式压气机叶轮和罩壳、扩压器及蜗壳构成；
压气机叶轮由导风轮和叶轮组成，二者热装在轴套上，叶轮直径Φ258mm;
导风轮采用了长短叶片，叶轮叶片为后弯式；
涡轮部分由燃气进气壳、喷嘴环和涡轮组成，涡轮直径Φ248mm,
燃气进气壳为无水冷结构，材料为中铝球墨铸铁；
喷嘴环为整体精密铸造，材料为耐蚀耐热钢；
涡轮由轮盘和45片叶片组成，叶片与轮盘采用榫齿榫槽联接，锁紧片控制轴向移动，拉筋丝穿过叶片中部的孔通过摩擦控制叶片共振；
涡轮叶片材料为耐蚀高温合金，表面喷丸，有铝化物涂层；
推力轴承推力面外径Φ72mm，内孔径Φ29mm；
支撑体和涡轮出气壳及蜗壳构成增压器主要结构件，支撑体为安装轴承座和推力轴承的基础件，材料为合金铸铁，涡轮出气壳为燃烧后高温废气的排放出口，长期受高温腐蚀气体的冲刷，材料为耐蚀合金铸铁，蜗壳与扩压器构成扩压通道，高速空气流通过扩压器进入蜗壳，通流面积逐步扩大，气流逐步减速，压力增大；
涡轮增压器的进排气、润滑油、冷却水连接口与焦炉(尾)煤气内燃机及外界连接管路平顺对接。
ZN250RJ型燃机涡轮增压器满足16V240型焦炉(尾)煤气内燃机匹配要求，标定功率2000kW，满足该型焦炉(尾)煤气内燃机运用检修周期要求。
焦炉(尾)煤气为气态，热值低于柴油，16V240型焦炉(尾)煤气内燃机涡轮废气流量比压气机空气流量大20～30%，因此与柴油机用ZN250型涡轮增压器相比，ZN250RJ型燃机涡轮增压器压气机叶轮轮径减小20%，推力轴承的承载能力增大30%。
焦炉(尾)煤气含有氢气和二氧化硫，燃机废气排温近650摄氏度，燃机排温高、富氢及酸蚀问题严重影响增压器寿命；ZN250RJ型燃机涡轮增压器燃进壳、涡轮叶片和涡轮出气壳，采用了特殊耐高温材料并进行了表面特殊处理。
ZN250RJ型燃机涡轮增压器进排气、润滑油、冷却水连接口可以与焦炉(尾)煤气内燃机及外界连接管路平顺对接。
如图1所示，ZN250RJ型燃机涡轮增压器以ZN250型柴油机用涡轮增压器为基础，按照16V240型焦炉煤气内燃机的安装联接和配套要求，对燃机增压器的涡轮、压气机和轴承及气油水联接进行了重新设计，并借用了N250型柴油机用涡轮增压器成熟的部件，完成了燃机增压器整机开发。
具体研发设计内容如下：
1.根据焦炉煤气内燃机流量要求，设计开发了燃机增压器压气机叶轮和扩压器，使压气机的压比和流量特性与燃机流量特性匹配在压气机高效区。与柴油机用ZN250型涡轮增压器相比，ZN250RJ型燃机涡轮增压器压气机叶轮轮径减小20%。
2.根据焦炉煤气内燃机流量要求，设计开发了燃机增压器涡轮和喷嘴环，使燃机增压器的涡轮流量特性与燃机流量特性匹配在燃机增压器涡轮高效运行区内。
3.根据燃机增压器结构涡轮与压气机叶轮轮径比增大轴向推力大的特点，要求轴承有更大的承载能力，开发了新结构推力轴承，推力轴承的承载能力增大30%，满足了使用要求。
4.燃机增压器中心高与该型焦炉煤气内燃机要求一致，确保燃机增压器的安装与焦炉煤气内燃机相关零部件不发生干涉。
5.ZN250RJ-1型燃机涡轮增压器燃进壳、喷嘴环、涡轮叶片和涡轮出气壳，为满足燃机排温高和耐酸蚀要求，采用了特殊耐高温材料或进行了表面特殊处理。
6.设计了新结构涡轮进气壳，合理设计其外形和涡轮进口，保证该型焦炉煤气内燃机排气总管与燃机增压器涡轮平顺连接。
7.设计了冷却水联接、润滑油联接，使增压器润滑油、冷却水与该型焦炉煤气内燃机实现对接。

Claims (1)

1.一种适用于焦炉煤气内燃机用燃机涡轮增压器，其特征在于：由轴流式涡轮和离心式压气机构成，二者共轴；涡轮与主轴采用摩擦焊联接，离心式压气机与主轴采用锥度过盈配合；三油楔浮动轴承支撑，压力润滑，多油楔推力轴承承受涡轮和叶轮轴向推力；
压气机部分由离心式压气机叶轮和罩壳、扩压器及蜗壳构成；
压气机叶轮由导风轮和叶轮组成，二者热装在轴套上，叶轮直径Φ258mm;
导风轮采用了长短叶片，叶轮叶片为后弯式；
涡轮部分由燃气进气壳、喷嘴环和涡轮组成，涡轮直径Φ248mm,
燃气进气壳为无水冷结构，材料为中铝球墨铸铁；
喷嘴环为整体精密铸造，材料为耐蚀耐热钢；
涡轮由轮盘和45片叶片组成，叶片与轮盘采用榫齿榫槽联接，锁紧片控制轴向移动，拉筋丝穿过叶片中部的孔通过摩擦控制叶片共振；
涡轮叶片材料为耐蚀高温合金，表面喷丸，有铝化物涂层；
推力轴承推力面外径Φ72mm，内孔径Φ29mm；
支撑体和涡轮出气壳及蜗壳构成增压器主要结构件，支撑体材料为合金铸铁，涡轮出气壳材料为耐蚀合金铸铁，蜗壳与扩压器构成扩压通道，高速空气流通过扩压器进入蜗壳，通流面积逐步扩大，气流逐步减速，压力增大；
涡轮增压器的进排气、润滑油、冷却水连接口与焦炉煤气内燃机及外界连接管路平顺对接。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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