CN107642399A - 柴油机废气余热发电风扇增压防喘振系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供柴油机废气余热发电风扇增压防喘振系统，包括柴油机、涡轮、压气机、中冷器、增压风扇、蓄电池、温差发电模块，压气机通过进气总管连通柴油机进气歧管，涡轮通过排气总管连通柴油机排气歧管，涡轮出口后方的排气总管外壁铺设可降低废气温度并抑制红外特征的温差发电模块，温差发电模块连接蓄电池并为蓄电池充电，蓄电池通过控制器连接增压风扇，增压风扇设置在压气机进口之前的进气总管上，压气机出口之后的进气总管上设置中冷器，控制器连接柴油机并采集柴油机的工况信号。本发明将温差发电模块和压气机进口增压风扇结合起来，不仅回收了能源，而且有效地改善防喘振性能和提高增压度和柴油机的效率和功率。

Description

柴油机废气余热发电风扇增压防喘振系统

技术领域

本发明涉及的是一种余热回收利用控制装置，具体地说是柴油机余热回收利用控制装置。

背景技术

增压柴油机在基本柴油机的基础上引入了增压器，利用排出的废气能量驱动增压器工作，从而提高进气密度。进气密度的提高能使得柴油机的进气量增加，燃烧更充分，效率更高，喷油量更多，功率更大。可以说进气密度的大小关系到柴油机的效率和功率。但是低负荷时，涡轮做功能力不足，压气机容易出现喘振，因此在低负荷时如何防喘振是一个大家关心的问题。从涡轮出口排出的废气，压力很低接近于背压，但是温度还较高，红外特征明显，如何尽可能利用这部分能量，降低红外特征，也是大家关心的问题。

为了防止压气机在低负荷时喘振，研究学者提出了很多有用的方法，比如，相继增压，高工况放气，两级增压，进气喷气，可变进口导叶等等，但是这些方法成本高昂，控制方法复杂，而且对增压系统和压气机的改造程度较大，成本较高，适应范围较小。

为了降低红外特征，研究学者提出了很多解决方案，主要的有往涡轮后的废气中喷水和引入冷空气与废气混合这两种方式来降低排出废气的温度。但是这两种方式虽然降低了排出废气的温度，但是需要额外提供冷却水和冷却空气，特别是冷却空气由增压器提供，使得柴油机进气能量不足，柴油机性能恶化。更重要的是这两种方法浪费了排出废气的能量。由于排出废气的压力很低，因此不适合用流体机械来回收排出废气的能量，对于高温所富含的能量，有的研究人员提出用斯特林发动机来回收排出的废气能量，但是其体积庞大，而且机械部分复杂庞大，降低了系统的可靠性。

寻找合适的回收排出废气能量并有效降低废气红外特征的系统显得尤为重要。温差发电片是一种多晶硅利用温差发电，不需要与流体直接接触，是一种新型的发电器材。具有体积小，直接输出电能，不需要中间转化，可以看出温差发电是一种特别适合排出废气能量回收的一种方式。采用温差发电片不仅可以利用温差发电，降低废气温度，而且利用温差发电片的隔热作用，取代排气管上的隔热材料，减少隔热材料的使用，降低成本。

发明内容

本发明的目的在于提供不仅回收了能源，而且有效地改善防喘振性能和提高增压度和柴油机效率和功率的柴油机废气余热发电风扇增压防喘振系统。

本发明的目的是这样实现的：

本发明柴油机废气余热发电风扇增压防喘振系统，其特征是：包括柴油机、涡轮、压气机、中冷器、增压风扇、蓄电池、温差发电模块，压气机通过进气总管连通柴油机进气歧管，涡轮通过排气总管连通柴油机排气歧管，涡轮出口后方的排气总管外壁铺设可降低废气温度并抑制红外特征的温差发电模块，温差发电模块连接蓄电池并为蓄电池充电，蓄电池通过控制器连接增压风扇，增压风扇设置在压气机进口之前的进气总管上，压气机出口之后的进气总管上设置中冷器，控制器连接柴油机并采集柴油机的工况信号。

本发明的优势在于：本发明将温差发电模块和压气机进口增压风扇结合起来，不仅回收了能源，而且有效地改善防喘振性能和提高增压度和柴油机的效率和功率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，柴油机1本体连接着排气管2和进气管8。进气管8上依次布置着增压器12中的压气机，中冷器9和增压风扇10；排气管2上安装有增压器12中的涡轮，涡轮后的排气管包覆有温差发电模块4。温差发电模块4通过发电线3将产生的电能输入到蓄电池5中，蓄电池5通过供电线7向增压风扇10供电，在供电线7中安装了控制器6，根据柴油机信号线11和压气机信号线13传输来的柴油机信号和压气机信号来调整输给增压风扇的电流电压。

本发明的控制过程如下所示：当柴油机工作高温的废气通过涡轮后的排气管8时，铺设在排气管外壁的温差发电模块4利用环境和高温废气的温度差进行发电，发出的电能通过发电线输入到蓄电池5中，控制器6根据柴油机信号线11和压气机信号线13传输的柴油机工作信号和压气机信号，计算出增压风扇的功率和转速，从而调整蓄电池5的输出电流电压，调整好的电流电压通过供电线7将功率传递到压气机进口处的增压风扇10。柴油机进气被增压风扇10增压和预旋后，改善压气机的防喘振性能和压气机的增压能力，经过压气机增压和中冷器冷却后，进气进入柴油机完成循环。

当柴油机工作时，排出的废气首先通过增压器12中涡轮做功，做功完毕的废气经过包覆有温差发电模块4的排气管时，温差发电模块4利用废气与环境的温度差产生电能，流经温差发电模块后，废气的温度得到了降低，红外特征得到抑制。发出的电能经过发电线3输入到蓄电池5中，此时柴油机的工作信号，例如转速、功率、进气压力等等，压气机的信号，压比，出口温度、，流量和喘振裕度等通过柴油机信号线11和压气机信号线13传输到控制器6中，控制器6首先读取压气机的喘振裕度，如果喘振裕度低于阈值，则计算进口预旋速度，若大于阈值则考虑根据柴油机的信号确定合适的增压风扇增压度，根据预旋速度和增压度确定蓄电池5通过供电线7传输给增压风扇10增压风扇的功率和电流电压。一般情况来说，在柴油机工况时，压气机增压能力不强，增压风扇9需要较高的增压能力；而在高工况时，压气机增压能力能满足需要，增压风扇9只需要较低的增压能力。经过增压风扇10预增压预旋后的进气进入压气机,再次被增压然后经过中冷器9冷却后流入柴油机1，压缩、燃烧、膨胀、排气，再次通过排气管2流入涡轮。

Claims (1)

1.柴油机废气余热发电风扇增压防喘振系统，其特征是：包括柴油机、涡轮、压气机、中冷器、增压风扇、蓄电池、温差发电模块，压气机通过进气总管连通柴油机进气歧管，涡轮通过排气总管连通柴油机排气歧管，涡轮出口后方的排气总管外壁铺设可降低废气温度并抑制红外特征的温差发电模块，温差发电模块连接蓄电池并为蓄电池充电，蓄电池通过控制器连接增压风扇，增压风扇设置在压气机进口之前的进气总管上，压气机出口之后的进气总管上设置中冷器，控制器连接柴油机并采集柴油机的工况信号。