计算流体动力学在涡轮增压器设计中的应用：—以NAPIER297型增压器为研究实例（上）

不断提高涡轮增压器的性能是历史性的要求，今天的发动机制造商需要压比为5或大于5而且总效率大于70％的涡轮增压器，本文探讨了如何使用计算流体动力学开发新型涡轮增压器NAPIER297，描述了影响增压器性能的各个方面及各方面典型的效率损失，同时不明了各咱不同的计算流体动力学（CFD）软件包如何用来分析增压器设计中的一些重要的空气动力学元件（包括压气机叶轮、轴流涡轮叶栅和涡轮壳）。文中说明了NAPIER297型增压器如何设计才能满足发动机制造商的不同要求，具体是，是固定式发动机、怎样实现高压器在高压比时具有最高效率，对具有螺旋浆特性的发动机，怎样实现增压器在低压比时具有最高效率。     

高流量高压比新系列涡轮增压器

ABB公司开发了一种新的TPS．.—F33系列涡轮增压器，可以满足目前和未来功率范围为500—3500kW的小型中速柴油机和大型高速柴油机及气体燃料发动机的要求。其开发的目标是：提高高效率工况下的压比和流量，提高可靠性、寿命及可维修性。TPS.．—F33系列涡轮增压器与TPS．．D／E系列涡轮增压器的外形尺寸相同，包括4种涡轮增压器型号。这些增压器具有较高的功率密度，因而可以大大提高发动机的功率。本报告曾在200l年国际内燃机会议(CIMAC)上获奖。文中介绍了新系列涡轮增压器的结构、性能，新压气机叶轮开发的过程，新系列涡轮增压器的试验结果以及与柴油机和气体燃料发动机的匹配情况。     

CN公司开发出新的涡轮增压器性能模拟软件

今天正在生产或正在运用的许多柴油机都装有涡轮增压器，而且其他类型发动机（无论是天然气发动机，还是汽油发动机或生物柴油发动机）也都装有涡轮增压器。每个发动机制造商和涡轮增压器制造商均有自己的试验和检验其产品的方法。随着人们对效率的要求越来越高和对性能的研究越来越细致，在发动机设计中性能模拟显得更为重要。     

乘用车用小型涡轮增压器的开发

发动机要实现小型化与高功率化，需要采用涡轮增压器等有效装置。近年来，汽油机在应用直接喷射技术的同时，也开始重视涡轮增压器的应用，而柴油机配装可变截面涡轮增压器的实例则更多。日本IHI公司正在开发乘用车用的小型涡轮增压器，并将涡轮增压器的小型化，以及改进结构部件的质量和外形尺寸列为开发目标。通过应用一系列新技术和新工艺，开发出的涡轮增压器相比其他机型，可减轻质量22％，同时，发动机起动15S后的催化器入口温度上升了40℃。     

新一代大型涡轮增压器

提高效率和能力始终是用于柴油机的大型涡轮增压器所追求的目标。涡轮增压器的高效率可以降低发动机的热负荷和提高热效率。同样地,涡轮增压器能力的增大可以使涡轮增压器的尺寸达到最小化,而这对于降低发动机的成本和节省空间是有利的。另一方面,涡轮增压器的设计者有时又不情愿改变设计,因为新的设计很可能就是产生技术问题的原因,而传统设计的可靠性已经被许多运用经验所证明。然而,三菱重工业有限公司还是作出决定,对其MET型涡轮增压器进行必要的设计修改,即改变涡轮叶片、涡轮进气壳与出气壳以提高涡轮增压器效率和涡轮能力。对已被理想的运用经验所证明的目前的设计的机械强度进行了核实并与新设计进行了对比。上述新部件的计算分析和试验结果表明,它们的性能要比目前的设计高得多。另外,为了降低进气消声器处的噪声水平和压力降,根据分析结果亦对消声器的设计进行了修改。新设计的优点已由涡轮增压器台架试验所证实。尽管上述设计修改不是很大,但对于改进性能却是有效的,并且对设计相容性或者对已得到证明的涡轮增压器的可靠性只有最小程度的影响。整篇文章勾划出下一代三菱涡轮增压器的概貌。     

中速柴油机涡轮增压器最近的发展

随着中速柴油机的持续发展，对涡轮增压器的要求也在不断提高。涡轮增压器的设计师面临着需要提高压比，提高效率和扩大使用重油的挑战。本文介绍了对涡轮增压器的要求和提供介廉，可靠涡轮增压所需的设计特点。着重介绍了为满足这些要求的增压器系列中的一个最近产品－纳产尔４５７型增压器。     

乘用车柴油机用可变两级涡轮增压器的开发

为了满足以欧洲为首的逐年收紧的排放法规要求,配装可变截面涡轮增压器以替代传统涡轮增压器的车辆越来越多。最近,为了提高乘用车柴油机的低速扭矩,并同时加大输出功率,提高发动机瞬态响应性能的要求也越来越高。介绍一种三菱重工公司独立开发的可变两级涡轮增压器,其性能和耐久性优异,已开始被用于乘用车柴油机。     

MANB＆W新一代涡轮增压器

为了进一步提高二冲和四冲程柴油停机的比功率，要求采用能以４．５和更高压比可靠工作的涡轮增压器，近年来，ＭＡＮＢ＆Ｗ柴油机公司开发了一种能完全满足这一要求的新一代涡轮增压器，文中介绍了新开发的采用轴流式涡轮的ＮＡ系列涡轮增压器和采用径流式涡轮的ＮＲ系列涡轮增压器的主结构特点和一些试验结果。     

俄罗斯内燃机车柴油机用涡轮增压器

俄罗斯内燃机车用柴油机基本上采用具有轴流式涡轮的涡轮增压器。这些涡轮增压器基本上可分成三种形式。文内对这三种涡轮增压器的结构、性能参数及其优缺点作了介绍，并附有ＴＫ系列涡轮增压器Д４９型和１０Д１００型柴油机用的涡轮增压器、２ＴＨＡ型二级涡轮增压器组成和机械驱动容积式气机的结构图。     

TPL—一种新的可满足现代柴油机需要的涡轮增压器系列

ＡＢＢ涡轮增压器系统有限公司开发出一种可满足当前和今后几代功率在１０００ｋＷ以上的低、中、高速发动机需要的ＴＰＬ新型涡轮增压器系列。该系列涡轮增压器的压比、效率、通泫能力上均得到提高，且这种结构紧凑的新型涡轮增压器优先考虑了用户对可靠性好、寿命长、大修期长和检修方便的要求，已有３００台ＴＰＬ系列涡轮增压器装机使用，发动机的运用经验证实了在试验室内获得的热力学性能测量结果。     

现代涡轮增压器的结构特点

介绍了以ABB公司TPL为代表的压比达5、总效率达70％的现状涡轮增压器的结构特点，阐述了当代涡轮增压器的压气机和涡轮通流元件以及轴承密封的设计计算项目和要求，必要的试验和测试对提高涡轮增压器可靠性和寿命的重要性。     

满足现代柴油机和气体燃料发动机的要求：TPL．．-C新一代涡轮增压器

今天,现代四冲程柴油机和气体燃料发动机的发展动力主要来自环境方面和增加输出功率的目标。发动机制造商和终端用户的要求成为开发TPL..-C新一代涡轮增压器的动力。以经过充分验证的TPL..-A和TPL..-B系列涡轮增压器为基础,进一步发展了TPL涡轮增压器的概念以便满足明天的中速四冲程柴油机和气体燃料发动机的要求。市场和排放法规要求在很大程度上影响了TPL..-C新一代涡轮增压器的开发。现代涡轮增压系统和苛刻的排放法规要求更高的效率、更高的压比和增加体积流量。此外,各种保证高水平的机械可靠性和良好的维修方便性的措施在设计一种新涡轮增压器时同样必须被考虑到。因此,最近的部件开发被引入新的涡轮增压器系列中。采用新的TPL..-C压气机级和涡轮级,用户可以得益于增大的涡轮增压器单位尺寸体积流量、宽广范围的体积流量、增加的增压压力和改善的效率。于是,TPL..-C涡轮增压器部件的特性将不仅有助于达到发动机的环境相容性要求,而且新的涡轮增压器系列亦将可以满足更高发动机功率输出和功率密度的需要。本文着重描述了发动机制造商及终端用户的要求对TPL..-C涡轮增压器设计的影响。除了性能特点外,主要的关键之点还有诸如耐久性、可靠性、就单位尺寸热力学潜力而言的紧凑性以及维修方便性。机械问题的的讨论包括涡轮增压器的高自然频率和封闭安全性。TPL..-C涡轮增压器已经过全面试验,但在其成功地投放市场之前仍必须经历一个苛刻和综合性的内部鉴定过程。     

单级顺序增压涡轮增压器——超低排放柴油机的增压新理念

涡轮增压柴油机以超低排放达到了较高的平均有效压力水平。传统涡轮增压器的涡轮与压气机的匹配要达到期望的性能和响应特性变得越来越困难。为了满足排放法规的要求,采用超高水平的废气再循环控制氮氧化物排放,采用柴油颗粒过滤器控制碳烟和颗粒排放。这些技术使涡轮修正流量减少到压气机修正流量的一半,从而使压气机与涡轮的匹配恶化。介绍一种通过改变压气机作功一转速关系来显著改善涡轮性能的新设计理念。通过使用双面压气机叶轮,使压气机的1个叶轮停止工作,从而改善压气机的流量范围。由于压气机的流量范围得到改善,叶轮后弯曲率得以减小,进而改善了高压比能力。与球轴承相结合,该理念会使单级涡轮增压器的涡轮效率改善几十个百分点,压力高、流量范围大、尺寸小的压气机能提供传统结构的涡轮增压器所无法达到的性能水平。     

废气涡轮增压器的失效分析

介绍了废气涡轮增压器的基本结构及功能,重点论述了涡轮增压器失效的主要原因和工作原理,涡轮增压器的润滑、冷却,以及正确使用与保养涡轮增压器。     

涡轮增压系统优化与发动机开发的整合

车辆动力系统在提高功率、降低燃油耗和排放方面提出了越来越高的要求，使得整机在优化过程中外协件的集成化程度也越来越高。因此，废气涡轮增压器在未来动力系统方案中对降低二氧化碳排放起着重要的作用。原因是，一者能量转换机技术复杂；二者涡轮增压器对提高行驶性能和降低燃油耗具有巨大的影响力，而后者特别能迎合发动机缩缸强化的发展趋势。FEV公司与亚琛工业大学内燃机研究所进行了合作研究，介绍了一种在动力系统研发过程中通过不同工具和方法组合来研发和优化涡轮增压器的方法。     

康明斯涡轮增压技术有限公司推出一款配小型发动机的新型增压器

康明斯涡轮增压技术有限公司是一家著名的涡轮增压器制造商。2010年9月，在德国汉诺威IAA车展上推出了一款配2～5L柴油机的新系列增压器。康明斯涡轮增乐技术有限公司隶属康明斯集团，     

未来的涡轮增压器

发动机制造商所承受的要求降低发动机单位功率价格、提高整机总效率的压力自然而然地影响了涡轮增压器制造商。为降低成本，发动机制造商正在提高发动机的平均有效压力和活塞平均速度，因而促使涡轮增压器压比和效率也需提高。功－热联合循环装置（以下简称ＣＨＰ装置）给发动机和增压器制造商提出了一个更进一步的问题，那就是发动机／增压器系统效率的提高导致废气温度降低，因此废热利用度得更加困难。本文论述了涡轮增压器制造商     

涡轮增压器设计系统软件

Concepts NREC公司推出一种旨在填补柴油机和涡轮增压器之间的工程设计空白的新软件产品——TurboMatch。该软件为设计涡轮增压器以及分析涡轮增压器的压气机、涡轮和其他组件与柴油机之间复杂的相互作用提供整套方案。     

涡轮增压柴油机米勒循环分析及优化

米勒循环是降低柴油机NOx排放的有效措施.现建立涡轮增压柴油机米勒循环热力学分析模型.研究了几何压缩比、有效压缩比、空燃比、涡轮增压器效率等对发动机性能的影响规律.考虑到实际发动机的爆发压力和NOx排放限制,对发动机的性能进行了优化设计.研究结果表明,只有进行参数优化匹配且涡轮增压器效率较高时,采用米勒循环才能提高热效...     

俄罗斯地铁车辆制造公司提供PA2型内燃动车

瑞士ABB涡轮增压器公司宣布，目前它正在向开发新一代柴油机和气体燃料发动机的制造商提供其全新的A100涡轮增压器。A100涡轮增压器的设计目标是，能为开发首要目标放在发动机减排上以满足最新的环保法规要求的单级、高效、高压涡轮增压作出重大贡献。