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。     

涡轮增压器进气旁通再循环系统的研究

通过对增压器压气机进气旁通再循环系统不同环槽结构、环槽位置的设置,验证其对压气机性能的影响程度,从而优化压气机进气旁通再循环系统的结构参数,为拓宽增压器压气机的适用流量范围提供依据。     

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。     

具有前缘前掠叶片的跨音速离心压气机流场的数值研究

采用商业叶片造型软件Concepts NREC压气机设计出具有不同前缘前掠角(α为10°﹑15°﹑20°)叶片的3种方案的涡轮增压跨音速离心压气机,并进行数值模拟和对比分析,研究叶片前缘前掠对压气机流场特性的影响。结果表明:与无掠方案相比,主叶片前缘前掠在提高压气机流通能力及失速裕度方面有一定的优势,其中15°方案的流通能力最强,20°方案的失速裕度最大;随着前缘掠角由0°增加到20°,在堵塞工况下压气机内部激波强度减弱7.2%,在最高效率工况下减弱3.4%,同时,叶轮通道下游低能流团范围及强度均有一定改善;在3种掠叶片方案中,10°掠角方案的压气机内部流动情况最好,其整体效率较普通压气机提高0.72%,压比提高0.62%。     

压气机叶轮失效转速预测方法研究

增压器工作转速极高,在工作时会出现转速急剧上升的情况,若叶轮破裂,将对增压器造成灾难性后果.在产品研发前期,利用数值模拟方法获得压气机叶轮的最高失效转速有着重要的意义.开展叶轮材料2A70拉伸试验,建立材料弹塑性本构模型,为叶轮仿真模拟提供材料边界.通过压气机叶轮的超转速破坏试验和压气机叶轮的仿真模拟研究,提出基于M ises应力、主塑性应变和等效塑性应变能3种叶轮失效转速预测方法,并对3种方法进行分析比较.研究结果表明:M ises应力预测失效转速的方法精度最高,相对试验偏差为4.2％;等效塑性应变能和主塑性应变预测失效转速的方法偏差相对较大,相对试验偏差分别为6.9％ 和8.8％;3种预测方法最大失效转速均偏大.     

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。     

基于ANSYS Workbench的叶轮有限元分析

利用ANSYS Workbench软件对某增压器压气机叶轮进行静强度计算及模态计算，分析叶轮应力大小、分布情况以及各阶模态频率，针对计算结果中出现的应力超过屈服极限的情况对叶轮进行结构改型优化。结果表明优化后的叶轮应力减小，满足叶轮强度要求且结构有效避开共振频率。     

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。     

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。     

某离心叶轮叶片改型设计研究

该文以某高压比离心叶轮为研究对象,以改善叶轮流动特性和提升叶轮的气动性能为目标对其叶片进行改型设计。文章基于ANSYS BladeGen,采用四阶Bezier曲线对叶轮叶顶弧线以及叶根弧线进行参数改变,通过流场数值模拟分析得到最终设计叶型。数值模拟结果表明,新设计叶型离心叶轮相较于原叶轮压比提高了0.87%,效率提升了5.69%,达到了本次改型设计的目标。     

车用跨声速离心压气机高原适应性改进设计

针对某增压器原机高原适应性不足的问题,开展了一维初始目标设计和详细的三维流动仿真分析,对车用跨声速离心压气机进行了高原适应性改进设计.通过降低叶片后弯角、增加叶片数进而增加叶轮做功能力来提升压比.通过叶片细节设计,包括分流叶片前掠和出口曲线掠型进一步优化压气机性能,最终通过了试验验证,在原机的基础上成功优化设计了高压比离心压气机,满足了发动机的使用需求.     

倾斜叶片前缘对涡轮强迫振动的影响研究

针对车用增压器径流涡轮在运行过程中容易出现高周疲劳失效的问题，使用流固耦合法对比分析不同叶轮前缘倾角的涡轮内部流场和强迫振动。结果表明，叶片前缘倾斜与导叶尾缘形成一定夹角可以减轻转-静子干涉效应。前缘倾斜叶轮在靠近叶片压力面的通道涡比前缘垂直模型的更强，导致涡轮的效率下降。叶片垂直设计在整个叶高范围同时与导叶的尾迹发生切割，增加了气动激励的大小，而叶片前缘倾斜可以减轻尾迹干涉的程度。另外，倾斜叶片前缘设计的吸力面侧压力比垂直叶片前缘的更小，导叶的势场对垂直前缘叶轮叶片的干涉作用更为强烈。综合考虑倾角对效率和最大动应力的影响，得到了合理的倾角设计，叶轮在一阶、二阶谐波压力下最大动应力均有较大程度降低。     

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。     

无叶扩压器收缩角对车用离心压气机性能影响的数值研究

对采用不同收缩角无叶扩压器的同一离心压气机进行了数值模拟,并就收缩角对压气机性能影响进行了详尽分析,并结合流场分析得出了这些影响所对应的流动机理,为进一步提升该压气机性能及为以后离心压气机无叶扩压器的设计提供参考。     

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。     

离心压气机叶轮顶切的数值研究

通过数值模拟方法研究了叶轮顶切程度对压气机性能影响的规律,并进行了相应的流动机理分析。研究表明,叶轮顶切后虽然压气机整体性能略有降低,但可以使性能曲线整体向小流量方向偏移,是一种不需重新设计就可以满足小排量发动机增压匹配要求的简单有效的方法,为采用叶轮顶切方法实现压气机产品系列化提供了依据。     

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。     

离心压气机叶轮多场载荷与应力分析

建立了流固耦合计算模型,研究了离心压气机叶轮的离心载荷、热载荷、气动载荷及相应的应力.针对有蜗壳的整周离心压气机模型,采用单向稳态流固耦合的方法,分析了气动载荷、热载荷和相应的应力在周向上的不均匀性,讨论了柱坐标系下叶轮各部位主要的应力分量以及应力形成机理,定量分析了各场应力的占比,最后对比了多工况下各场应力比例关系.结果表明:气动载荷及应力在周向上的不均匀性较大,压力面正对蜗舌的叶片气动应力较大,且沿逆旋转方向叶片的气动应力不断减小;不同载荷作用下,叶轮各部位的主要应力分量有所不同;不同工况下,各场应力占比基本一致,离心应力均占据主导地位,其次为热应力,气动载荷的影响最小.     

不平衡激励对涡轮增压器转子动力学特性影响的模拟分析

针对涡轮增压器转子存在不平衡激励的问题，采用试验和仿真相结合的手段，在考虑稳态浮环轴承传热影响的条件下探究了其对转子动力学特性的影响。结果发现：当不平衡位于压气机叶轮前缘时转子振动相对稳定；转子振动的最大偏移量受次同步振动的影响较为明显；与形成180°相位差的异相位不平衡相比，同相位不平衡下的涡轮增压器转子运转相对更稳定。     

发动机废气涡轮增压知识问答（二）

6．废气涡轮增压器的结构如何？ 图12-7所示为径流式涡轮增压器的结构图。废气涡轮增压器由压气机、涡轮及中间壳体组成。压气机部分由压气机叶轮2、压气机壳3和扩压器4等组成单级离心式压气机：涡轮机部分由涡轮壳12、涡轮和叶轮15、喷嘴环18和涡轮端盖板17等组成单级径流式涡轮机。压气机叶轮2与涡轮机叶轮15装在同一根轴上构成转子组．并支承中间支承体两端的浮动轴承21上。中间支承体左端装有压气机壳3．右端装有涡轮壳12。