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。     

涡轮增压器主要部件结构特性及改进研究

机车柴油机用废气涡轮增压器浮动轴承烧灼、转子积碳固死及喷嘴环热裂、叶片变形等是影响增压器可靠运用的多发故障。通过对浮动轴承浮动套实际转速测量及轴承内外间隙调整试验,指出了浮动轴承烧损的主要原因是浮动套内间隙的增大,提出了以滑动轴承代替浮动轴承的设计方案;通过增压器油封密封机理分析及不同油封对回油腔压力变化影响的试验对比分析,设计了涨圈加反螺纹组合式油封,筛选出了最佳组合方式;喷嘴环用材料力学性能及喷嘴环结构热疲劳力学试验结果表明,采用以2Cr13为材质、不带外环的插嵌式喷嘴环结构,既可消除喷嘴环热裂故障,其插嵌式单片精铸叶片又可保证静叶型线准确及叶片表面光洁度。改进后的部件结构有效提高了增压器整机使用的可靠性。     

新一代ST27系列高压比径流式涡轮增压器

大中型柴油机（尤其是使用重油的发动机）未来发展的最大挑战将是满足更加严格的环保要求,涡轮增压系统通过提高压比和效率可为这种发展提供最有力的保障。KBB公司的HPR系列涡轮增压器自问世以来,一直是市场上的佼佼者。KBB公司将以其新的ST27系列径流式涡轮增压器继续应对这种挑战。在HPR系列成功的基础上,新的ST27系列涡轮增压器将压比提升到5．5,仍维持很高的总效率。为满足发动机新的需求,ST27系列在HPR系列基础上扩展了两种规格,因而可适用于功率范围为300～4800kW的气体燃料、柴油和重油发动机。然而,ST3-ST6型增压器的外形尺寸与HPR3000--HPR6000型增压器的保持相同。ST2型增压器设计用于较小的体积流量,而S1_7型增压器则针对较大的体积流量设计。ST27系列增压器已经投放市场,其整个系列将于2010年年底前推出。本文将介绍ST27系列涡轮增压器主要部件的开发,诸如轴承和压气机设计,包括为采用新的空冷系统而进行的旋转叶轮的温度测量。在涡轮增压器试验台和发动机试验台上成功地进行了广泛的性能鉴定试验。本文将详细介绍径流式涡轮叶轮的开发过程。高转速和高温,尤其是叶片振动,使得涡轮叶轮成为涡轮增压器中最关键的一个部件。然而,用于开发的时间又很短。有效而又快速的设计和评价工具可最大限度地减少样机制作和试验的工作量,在设计过程中了解可能发生的最大振动应力是非常重要的。因此,通过一种简单的激振模型提供了一种对径流式涡轮叶片振动应力进行估算的方法。在设计过程中,叶片之间的几何差异引起的失谐效应导致了进一步的不确定性。本文介绍这种由几何因素造成的叶片失谐形成的效应以及由此引起的对峰值振动应力影响进行的模拟与分析,并给出相应的叶片振动的测量结果。     

Napier 7系列涡轮增压器的持续开发

为适应市场需求,Napier公司在上个世纪90年代末研制了NA297和NA357型涡轮增压器产品。这些产品在海运和发电应用领域确立了稳固的地位。开发工作的一个基本组成部分是一个受控的验证程序,Wrtsil柴油机公司对此给予了特别支持。该程序包括,在交付现场试验之前,先在Napier试验台上对涡轮增压器进行全面试验,然后在试验室内进行与发动机的配机试验。验证程序特别规定要在苛刻条件下(诸如:超负荷和负荷循环)测试涡轮增压器的性能和适应能力。进一步的现场验证还使公司能对更长期的效果(例如烧重油)作出评价。指定用于验证的样机仍处于监测之中,其验证结果被用于产品改进和强化新的开发工作。NA297和NA357型增压器的成功经验和通过验证程序的执行而产生的自信促进了Wrtsil公司和Napier公司之间在新的7系列产品方面的交流。新的NA397和NA307型增压器就是这种合作的结果。这些增压器的开发建立在早先产品的成功基础上,同时也吸收了在验证过程中得到的经验。NA397型涡轮增压器采用新的空气动力学叶轮和涡轮结构,并有许多其它新的或改进的结构特点。分析能力的提高有助于优化设计,最大限度地减小了叶轮的应力。采用了新的涡轮端密封系统,从而允许使用更高的油压,并且对因烧重油时润滑油污染造成的磨损加速问题更具适应能力。这种封密已被装置试验、试验台试验和现场运用所认可,从而确认其可信度。亦对增压器的涡轮出气壳进行了结构改进,采用新的转速传感器、模件式隔热装置并改变加工工艺以改进质量和控制成本。NA397型涡轮增压器在顺利通过第一阶段——试验室试验和装机试验后,于2003年夏季开始进行现场试验验证。在此期间,增压器以超负荷长时间运行并完成了500次快速全负荷循环。增压器还经受了热停机考验而未发生轴承损坏,并进行了全面的振动考查。NA307型涡轮增压器正处于设计阶段,它采用NA397型增压器中所用的新的Napier“PM”涡轮,并正在签订配套工具合同。首台样机将于2004年春季制成,届时,它将按NA397型增压器的程序完成初期鉴定。通过早期提供理论上的振动分析数据,将进一步加强合作,以保证安装特性得到优化。这一理论随后将由实际试验结果进行验证。这些新的涡轮增压器显示了制造商与用户之间的技术合作是有益的。双方共同开发涡轮增压器能更好地满足发动机的要求,并能保证提交给现场使用的产品首先经过全面验证。这种合作将继续,以研制出可靠的产品设备。     

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。     

DF型提速机车废气涡轮增压器故障分析与对策

针对DF4D、DF11型机车装用的VTC254-13、ZN310-LSA型废气涡轮增压器喘振破壳、转子轴承烧损，导致增压器失效的问题，作了详尽的分析，并给出了解决这些问题的对策。     

双金属复合止推轴承离心熔铸工艺的研究

以HXN5B机车双金属止推轴承为研究对象,通过合理优化化学成分、钢坯模具等设计,对其采用离心熔铸一次成型工艺制作毛坯,并进行化学成分和组织性能检测。实际结果表明,双金属止推轴承止推面处径向和轴向的化学成分基本无偏差,钢背与合金层出现了Fe与Cu和Sn原子的互扩散,界面结合良好,金相组织达到2级以上标准,碾平试验中合金层表面有裂纹但未出现合金层与钢背分离现象,双金属层间实现了良好的冶金结合,获得了性能优良的合格铸件。     

16V280ZLD柴油发电机组曲轴止推轴承烧损故障分析

通过对16V280ZLD柴油发电机组曲轴止推轴承烧损故障主要原因的调研和分析,阐述了预防该型柴油发电机组柴油机曲轴止推轴承烧损采取的有效措施。     

内燃机车采用混流式涡轮增压器的优越性

阐述了混流式涡轮增压器的特征，并从国外混流式涡轮增压器流式涡轮增压器的对比试验结果，进一步说明了混流式涡轮增压器的先进动力性能和经济性能。建议我国铁路内燃机车采用混流式涡轮增压器。     

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。