向心涡轮叶轮顶切的数值研究

针对一种广泛应用的普通涡轮,采用数值方法对叶轮项切后的涡轮进行了模拟,并对叶轮顶切后的涡轮性能及内部流场进行了详细的分析研究,了解了顶切方法对该涡轮效率和流量的影响,找到了造成顶切后涡轮的效率和流量发生变化的内在因素,为向心涡轮叶轮顶切方法的建立和实现与排量相近的发动机的匹配提供了依据.     

双面叶轮离心压气机内部流动特性研究

针对双面叶轮离心压气机的叶轮内部流动特性进行了研究,通过台架试验对单、双面离心压气机进行了对比分析,验证了 CFD 仿真模型的正确性。并在此基础上详细探讨了双面叶轮出口处流动的掺混特性以及机匣处理对双面离心压气机内部流动结构的影响。结果表明：双面离心压气机较单面压气机流量范围有了较大的提升,双面叶轮压气机扩压器内流动呈现极大的不对称性,从而导致了叶轮出口处的掺混效应。机匣处理装置可以使双面离心压气机处在良好的并行工作状态,对改善压气机性能有很重要的作用。     

柴油机涡轮增压器叶轮优化设计

以某废气涡轮增压柴油机为研究对象,以提高发动机性能为目标,使用CFD方法对其涡轮增压器的叶轮进行优化设计。通过分析叶轮内部流场,将叶轮叶片的叶型进行了改进设计,叶轮内部流场得到了优化。通过CFD计算得到了优化后的压气机MAP图,并将优化设计后的增压器安装到柴油机上进行了试验研究。结果表明,根据CFD计算结果对压气机叶轮结构进行优化设计具有可行性,优化设计的压气机能够在全转速范围内降低发动机燃油消耗率。     

车用小型涡轮增压器叶顶间隙可磨耗涂层控制技术研究

采用Numeca数值分析软件建立了车用小型涡轮增压器压气机端流场网格模型,并研究了不同叶顶间隙对压气机性能的影响,分析得出叶顶间隙对压气机性能影响较大,每增加0.1 mm间隙后压比降低约3%,效率则降低约2%。研制了压气机叶轮叶顶间隙可磨耗涂层,减小了叶顶间隙,研究发现:压气机试验峰值效率提升了近1.5%,各转速下压比也得到了不同程度的提升,涂层在增压器高转速运转较长时间后磨耗均匀,叶轮与涂层刮擦后完好无损。研制了涡轮机叶顶间隙耐高温可磨耗涂层,经发动机匹配试验对比发现,中低速扭矩提升了2%左右,燃油消耗率在1 883 r/min下降低了3.5%。对蜗壳涂层开展了200 h可靠性考核验证,发现涂层磨耗均匀无掉块,涡轮叶片与高温涂层刮擦后无损伤,验证了可磨耗涂层技术在车用小型涡轮增压器领域应用的可行性。     

可变截面涡轮增压器离心式压气机的研制

为了控制军用可变截面涡轮增压器的喘振和满足其空气流量的要求,现已研制成一种离心式压气机的可变几何形状扩压器。此外还研制和试验了以下二种压气机叶轮:径向叶轮和后弯叶轮。 性能试验结果表明,可变几何形状压气机在所要求的大多数工况下,达到了流量和效率的指标。由工作曲线图可以看出,后弯叶轮比径向叶轮好。在空气流量大的工况下(在发动机额定转速时)后弯叶轮的压气机效率已高达80％;只是在空气流量非常小的工况下(发动机在最低工作转速时)由于叶轮开始失速,引起效率下降。因此可以确认:可变几何形状压气机适用于效率高和流量范围宽的涡轮增压器。     

小型压气机叶轮五轴铣加工策略及设计考虑

以小型车用J45涡轮增压器压气机叶轮为研究对象,采用五轴铣数控加工技术,研究复杂叶片型面的加工方法,完成对加工过程中的刀路轨迹等加工参数的规划,编制加工程序,加工出的叶轮实物表明所采用的加工方法简单高效,满足使用精度要求。进一步针对加工仿真及实物加工过程中出现的问题和难点,结合压气机叶轮几何设计,在满足气动性能要求前提下通过调整设计参数来改善加工质量,为考虑加工因素的压气机叶轮多学科优化策略提供了依据。     

离心式压气机可控负速度设计——等临界角速度设计的建议

本文根据离心式压气机工作时,叶轮流道中气体微团的流动的相对速度在垂直于叶轮转轴的径向平面上投影的二元分析,并利用流道中叶片压力面上出现负速度时的叶轮转速与投影在该平面上的气流平均速度、叶轮主要的几何参数的关系式,分析了国内外一些离心式压气机在设计工况下叶轮出口段流道中存在负速度的情况与实验所测得的压气机性能的关系之后,提出离心式压气机叶轮流道出口段可控负速度设计—沿叶轮半径等临界角速度设计的建议。本设计方法可作为详细计算三元流场之前,初估叶轮的几何参数(Z、β_Γ、R_K、b等)之用,这样可以减少验算三元流场的计算方案,节省电算费用。对没有条件进行电算的地区或单位,可以用本方法近似地验算叶轮出口段流场,供选取设计方案时参考。     

高原环境下增压器压气机叶轮轮毂疲劳可靠性研究

针对涡轮增压器压气机叶轮在高原地区工作时潜在的轮毂疲劳失效模式,研究了高原环境下涡轮增压器转速的变化规律以及压气机叶轮轮毂疲劳失效危险部位的应力。在此基础上,建立了增压器压气机叶轮的轮毂疲劳可靠度计算模型,分析了增压器压气机叶轮轮毂疲劳可靠度随不同海拔高度的变化规律。研究表明,当发动机在高海拔地区工作时,涡轮增压器压气机叶轮发生轮毂疲劳失效的风险在增大,随着海拔高度的增加,压气机叶轮轮毂的疲劳可靠性在降低。     

涡轮增压器轴向力稳态数值模拟及优化

采用Numeca数值分析软件建立了某增压器涡轮机及压气机端流场网格模型,并计算出发动机不同转速下涡轮增压器的涡轮端及压气机端的稳态轴向力分布,分析得出由涡轮端指向压气机端方向的轴向力值较大,而由压气机端指向涡轮端方向的轴向力值较小。对压气机叶轮流场进行了分析,发现压气机叶轮背部间隙内的静压分布与轴向力大小紧密相关;研究了叶轮叶顶间隙对轴向力的影响,发现叶轮轴向间隙对轴向力的影响比径向间隙大,但效率损失亦较大。在保证涡轮机效率不降低的原则下,对涡轮箱流道截面进行了改进,轴向力在发动机高转速下降低约8N。     

涡轮增压器压气机气动性能优化及试验研究

针对某采用EGR技术国六排放发动机低速性能不足的问题,对压气机叶轮从叶轮平均子午型线和叶片载荷分布两个方面进行了气动性能优化,并采用NUMECA三维流体仿真软件进行了仿真分析对比,结果显示优化后压气机压比及效率均得到提高,其中峰值效率提升了3个百分点。通过对压气机流场分析发现:新叶轮沿流向方向静压增长非常均匀,降低了流动损失,且在叶顶间隙区域损失减少。流体经叶轮出口流出后掺混损失较低,使得流体在扩压器中扩散损失降低。对新压气机进行了压气机台架特性测试,验证了优化设计方案的可行性。考虑到发动机注重低速性能及EGR需求,将原增压器涡轮箱流道A/R减小8%后,与新压气机匹配并在发动机台架上进行试验,结果显示发动机低速扭矩比客户要求值最大提升1.3%,低速油耗最大降低1.7%,中低转速下压差均略优于目标压差值,发动机性能和EGR水平整体满足了主机厂客户的要求。     

叶轮出口结构形式对压气机性能及轴向载荷影响分析

采用Numeca数值分析软件分析了3种不同出口结构形式的压气机叶轮性能,等出口大径情况下径流叶轮压比最高,斜流叶轮压比最低,效率方面则是半斜流叶轮最高。通过压气机流场分析发现,各转速小流量下,径流叶轮在叶轮出口轮缘一侧产生大范围的回流,斜流叶轮则在轮毂一侧产生较大范围的回流,而半斜流叶轮兼有径流叶轮和斜流叶轮设计特点,轮毂和轮缘两侧的流场均得到明显改善。在堵塞流量附近工况点,半斜流叶轮和斜流叶轮出口相对马赫数较径流叶轮略小,利于堵塞流量的增加。通过轴向载荷分析发现,由于斜流叶轮和半斜流叶轮相比等直径的径流叶轮压比较低,导致由压气机轮背指向压气机进口的轴向力减小,使得整个增压器转轴有向涡端运动的趋势,由此容易导致止推轴承压端磨损严重;与此同时,转轴移动也会使得叶轮与压气机蜗壳的轴向间隙增大,导致半斜流叶轮与斜流叶轮效率降低。     

车用增压器离心压气机改型设计

为缩短研制周期,提高设计成功率,降低研制风险,基于当代工具预测设计方法,开展了某车用增压器跨音速离心压气机设计和试验验证。研究结果表明:压比3为亚音和跨音速临界压比,高于此临界压比,叶轮进入跨音速流动,流量范围急剧变窄;压比大于4,流量范围不高于20%,需采用机匣处理等流量拓宽装置以获得宽广压气机特性;采用机匣处理装置后,跨音速流量范围可拓宽15%左右;采用两区模型性能预测技术和控制载荷叶片造型技术可获得高压比宽流量范围的高性能压气机。     

离心压气机叶轮出口气体流动演变规律数值仿真研究

采用全三维仿真计算方法,针对离心压气机叶轮出口位置,进行了气体流动演变规律研究。研究结果表明:相同转速下,随着流量的减小,叶轮出口绝对气流角增加,且增加的范围主要集中在叶轮流道中心以下区域,叶顶区域变化不明显;相同转速下,叶轮出口总压比呈逐渐增加趋势;相同转速下,流量的减小使得叶轮顶部的效率损失减小而主流区的效率损失增加,压气机的最终效率取决于间隙流和主流流动损失的耦合作用。     

增压器压气机叶轮在高原环境下的失效分析与改进

针对高原环境下增压器超速引起的压气机叶片断裂的问题,介绍了故障定位、故障分析、故障再现以及改进等处理全过程。从增压器工作载荷谱入手,分析了叶轮的应力分布、叶片模态变化,确定了叶片不同部位的失效模式。从降低转速、提高叶片固有频率和提高出口处叶片的抗疲劳强度三方面优化了压气机叶轮,通过故障再现的对比性试验、性能对比试验等验证,结果表明,改进后的增压器最高许用转速提高10%,满足了发动机变海拔的使用要求。