涡轮增压器压气机的气动噪声源特性研究

基于雷诺平均纳维-斯托克斯方程与Realizableκ-ε双方程湍流模型,利用CFD软件建立了某大型涡轮增压器离心式压气机内部气体的可压缩流动仿真模型。分析了不同工况下压气机内部气流的速度、压力等流动特性,利用宽带噪声模型对压气机进行了气动噪声源数值研究。结果表明,叶轮区域是压气机的主要气动噪声源;压气机内扰动强度和叶轮转速是气动噪声声功率的主要影响因素;宽带噪声与湍流强度的分布趋势一致。研究结果对分析压气机的气动噪声源产生机理及其控制具有参考价值。     

高功率柴油机用的可变截面涡轮增压器

高功率涡轮增压柴油机需要一个装有高压比、宽流量、不喘振的高效率压气机的有效进气系统,同样,也需要有可变截面喷咀的高效率涡轮,以便在发动机低转速和小空气流量运转时,涡轮保持高转速。 为了满足上述要求,美国陆军坦克机动车辆研究发展局制订了一项研制涡轮增压器的规划,其中规定涡轮增压器采用后弯叶轮的离心式压气机和径流式涡轮。为了控制喘振,压气机采用楔形可转动叶片扩压器;为了控制涡轮进气面积,径流式涡轮采用可转动喷咀叶片。 涡轮增压器经过几次反复设计和台架试验后,又同发动机一起进行了广泛的试验。通过试验证实,采用这种涡轮增压器能使柴油机性能得到相当大的改善。     

涡轮增压器气动轴向力的数值计算北大核心

应用计算流体动力学软件,以涡轮增压器自循环全工况性能试验为依据,计算了压气机级和涡轮级所承受的轴向力,并进一步对比了叶轮背盘有无篦齿的轴向力,分析了篦齿对轴向力的影响。研究表明:对于增压器自循环试验而言,大部分工况下涡轮增压器轴向力方向是由涡轮端指向压气机端,在低转速区某些工况,轴向力方向会反向;影响叶轮及涡轮表面压力大小及分布的因素,会对轴向力产生一定影响;由于齿腔对流体的动能有一定的耗散作用,影响了轮背壁面高速旋转所引起的气流速度和压力的径向分布,交错篦齿结构能够抵消部分蜗舌和压气机壳几何周向非均匀性对流动的影响,使轮背压力分布更为均匀。     

废气涡轮增压器的检修要领

汽车装备废气涡轮增压器的目的,是为了利用发动机排气气流的动能,推动涡轮和压气机高速旋转,对进气进行压缩,以便在加速和高负荷工况增加汽缸的进气量,提升发动机的输出功率。废气涡轮增压器实质上是一台气体压缩机,增压器将发动机的排气系统与进气系统联系在一起（图1）,     

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.     

涡轮增压器压气机泄压阀泄气噪声优化

为优化某自动挡车型在急加速急收油门工况下涡轮增压器压气机泄气噪声问题,对泄压阀工作原理进行研究,并通过NVH测试设备采集问题工况下的噪声数据并进行分析,确认噪声为压气机泄压阀泄压过程中高压气体快速通过放气旁通流道时产生的气流声。然后,制定了缩短泄压阀行程及节气门缓关标定的优化方案,并制作样件和更新标定程序,搭载整车进行验证。结果显示:缩短泄压阀行程及节气门缓关标定的优化方案能有效改善压气机泄气噪声的问题。     

车辆起燃工况发动机增压器同步噪声研究

文章通过研究某车型起燃工况的发动机啸叫问题,分析了增压器同步噪声的产生机理与影响因素。通过试验测试,研究了转子动平衡G1限值控制对增压器同步噪声的影响。基于增压器角动量守恒方程,使用GT-Power搭建发动机一维仿真模型,分析了起燃工况点火提前角、VVT角度以及发电机负载优化等标定参数对增压器转速的影响。结果显示,通过优化起燃工况发动机标定参数可有效降低增压器转速,进而避免增压器工作在G1极值的转速区间,能显著改善增压器同步噪声问题。     

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。     

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。     

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。     

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。     

涡轮增压系统故障的原因分析及排查方法

增压器运转噪声过大①原因分析.因叶轮受到异物冲击或与壳体刮碰产生变形,使气体的运动变化而产生高频噪声;叶轮与壳体刮碰以及轴承润滑不良产生摩擦噪声;发动机到增压器间的排气管路不密封、漏气,产生噪声.②故障排查.发现增压器噪声过大时,应首先检查排气管路密封是否可靠,然后检查增压器的润滑是否良好,最后分解增压器,检查内部机件是否有损伤.     

6110T型车用柴油机增压器的研制

本文介绍了解放牌6110T型车用柴油机的增压器的选型、结构设计和配机试验。所选用的GJ-70型增压器的最高设计转速为13000rpm;最大压比为2.5;压气机叶轮直径为70mm,采用径向离心式结构,共16个叶片,其绝热效率为73％;涡轮叶轮采用星形向心式结构,有11个叶片;支持轴承采用两个全浮动轴套。 6110A型柴油机与GJ-70增压器配用后,发动机最大功率提高41.1％,最大扭矩提高58.5％,比油耗降低11％。GJ-70型小型高速增压器的设计满足了6110T型柴油机的设计要求。     

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。     

奥迪A6汽车废气涡轮增压器常见故障分析

废气涡轮增压器的常见故障 (1)压气机的喘振.由于进气系统堵塞,如空气滤清器堵塞、进气管道内灰尘沉积等使增压器的吸气阻力增大,空气流量低于某一数值,从而引起发动机的增压压力下降且波动,增压器剧烈抖动,发动机进气管中产生"轰隆、轰隆"的响声,且发动机动力下降、工作不平衡,同时排气管冒黑烟.出现喘振后应立即停机,检查清洁相关部件,否则增压器会因振动加剧而损坏.     

信息

带可变扩压器的压气机据报道,日本石川岛播磨公司成功地研制出带可变扩压器的涡轮增压器压气机。该压气机是配套柴油机和汽油机排量为2L～3L级,是专为叶轮直径为5 0mm左右的车用增压器而设计的。这种压气机的叶片自动伸缩实现了可变功能,使扩压器兼顾了有叶扩压器和无叶扩压器的优点,实现了宽广的工作区域和高效率的目的。可变机构采用空气压力驱动环状振动片使扩压器的叶片移动,其上配置有许多叶片的金属轮盘与环状振动片连接,通过带狭缝的罩盖进行驱动。位于环状振动片后面的弹簧把叶片金属轮盘顶在压气机蜗壳的壳体侧即成为有叶状态;在…     

增压器压气机密封性能模拟与试验研究

采用Numeca数值分析软件建立了某汽油机增压器压气机端流场网格模型,并计算出增压器在低速近堵塞工况下进口压力为负压时压气机性能曲线,对压气机流场分析发现,轮背压力沿径向方向逐渐降低,在轴中心位置附近达到最小值,而在周向方向则变化较小。此外,在不同的转速下,随着进气口负压程度的加大,在轮背建立起来的压力逐渐降低,当进气负压增加到某一值时,若轮背临近密封环处的压力在大气压力附近波动,压气机发生漏油的风险提高。为了验证压气机负压能力预测的准确性,在现有压气机性能测试试验台架上开展了压气机密封性能测试,结果发现,在50 000r/min时,增压器压气机在-6kPa开始发生漏油,50 000r/min转速下则在-12kPa发生漏油,模拟分析结果与试验结果存在一些差异,而后就可能存在的原因进行了分析,以完善分析方法,提高增压器产品性能预测能力。     

低压EGR冷凝水对压气机叶轮性能和结构破坏的影响研究

在发动机与整车上对低压EGR系统冷凝水的研究表明,压气机前管路中存在的气流裹挟的水珠和沿壁面流动的稀疏水膜对压气机叶轮构成潜在损伤风险,此外压前管路存在积水区,积聚的冷凝水遇冷结冰而被吸入也将对压气机叶轮形成潜在的损伤风险.针对以上情形分别设计试验,结果表明压气机叶轮主要受气流裹挟进入的冷凝水损伤,壁面流形式的冷凝水对叶轮几乎无损伤,在有限次数的极端情况下,压前冷凝水积聚区结冰对叶轮损伤的风险也很小,而叶轮镀层的应用能够显著降低冷凝水对叶轮的损伤,因此设计上应尽量减少随气流裹挟进入压气机的冷凝水.本研究为低压EGR系统设计以及压气机叶轮预防低压EGR系统冷凝水破坏提供了设计参考.     

增压器混流涡轮的设计和试验研究

为了提高车用增压器涡轮的性能,针对某柴油机匹配的JP78B增压器进行了混流涡轮设计和试验研究。利用叶轮机械CFD软件NUMECA,对所设计的8个混流涡轮叶轮进行了叶轮内部流动的计算,分析了叶轮进口倾斜角、叶轮进口攻角、叶轮宽度和叶片数对混流涡轮叶轮性能的影响,进行了混流涡轮和径流涡轮的性能试验。试验结果表明,混流涡轮比径流涡轮效率高,并且涡轮最高效率点的u/co小。