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。     

KBB公司HPR系列径流式涡轮增压器的发展

KBB公司于2001／2002年开始推出用于功率范围为500-3000kW的中速四冲程柴油机和气体燃料发动机的HPR系列径流式涡轮增压器。本文介绍该系列涡轮增压器成功应用的范例。目前共有100多种不同型号的HPR系列涡轮增压器装用于30多种型号的发动机。为了进一步改进涡轮增压器的运用可靠性，KBB公司在最近几年中作了大量的开发工作。开发了一种专门的径向涡轮喷嘴环涂层，优化了涡轮清洁的冲洗方法，这两项措施都是为了延长发动机烧重油运行时涡轮增压器的寿命。为了适应在更高的排气和机油温度下运用，亦对轴承系统进行了改进。这尤其是在气体燃料发动机应用情况下大大加强了耐久性。 现代柴油机的涡轮增压尤其对压气机提出了高的要求。第一代HPR压气机（A系列）被设计成在100％发动机负荷工况压比为4．2。在随后的几年中，与发动机相关的涉及增压空气压力和涡轮增压器效率的要求迅速提高。 为了满足发动机制造商的这些要求，对压气机作了进一步的全面开发。这导致推出了B系列和C系列压气机，从而拓宽了HPR压气机产品范围。在100％发动机负荷工况下，B系列和C系列压气机的压比分别达到4．5和4．8。在有效转速范围内，其效率超过80％，最高达84％。 自2000年以来，由于全球运输和能量需求的增长，KBB公司一直能够不断地扩展其涡轮增压器业务，并不断地赢得新的客户。这不仅要求在压气机设计过程中，而且同样要求在发动机制造过程中有高效的工具。     

高速发动机用新型A100-H系列单级涡轮增压器

作为开发单级高效、高压增压系统的一个里程碑,ABB增压器公司推出了高速发动机用新型A100-H系列涡轮增压器。这种新系列增压器,其压气机压比达5．8,采用铝质压气机叶轮,具有高的增压器效率,能满足未来柴油机和气体燃料发动机的运行要求及低排放的要求。     

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。     

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。     

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。     

ABB公司推出Power2涡轮增压技术

ABB Turbocharging公司推出了它的新型Pow-er2二级涡轮增压器和阀控管理技术,以帮助发动机制造商达到NOx排放要求。Power 2二级涡轮增压系统由两台不同调整尺寸的增压器组成,它们的压气机端通过一台中冷器串联在一起(图1)。冷却来自第一台增压器的压     

VTC254-13型增压器惯性故障的防治

VTC254—13型增压器是某增压器厂引进吸收国外专利生产的适用于铁路内燃机车柴油机的废气涡轮增压器，具有转速和增压压力高、结构简单紧凑和方便检修的特点，因此在DF4C、DF4D和DF11等各型机车上广泛使用。经过多年的运用，特别是几经大中修后，大多数增压器的基本质量有所下降，加上对油的品质要求高，因此轴承烧损、涡轮盘及叶片故障时有发生，已经成为困扰各机务段检修工作的普遍问题。     

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。     

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。     

有助于车用发动机小排量化的电动增压器的开发

为了达到车辆环保性与驾驶性的完美统一,技术上要求对车用发动机实施高水平的控制,这推动了电动化的迅速发展。电动增压器以高速电机来驱动增压压气机,代替以往的废气涡轮或皮带驱动方式,这能够有效利用电机的高速响应特性消除涡轮迟滞现象,其燃油耗与自然吸气式发动机的不相上下,并作为实现发动机小排量化的一种手段而广受关注。对三菱重工开发的电动增压器进行单体试验,结果表明,2kW-140ooor／min压气机负荷工作点的加速时间可达到1．0s,并具备良好的响应性。     

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。     

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。     

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。     

压比达5：1的ABB涡轮增压器

现代柴油机制造厂家一直在寻求提高原发动机的输出功率，降低其排气污染和确保其高可靠性地运转的途径。能够提供高增压压力，皮实、高效的增压器恰好可满足这种要求。为了满足柴油机制造业的需求，ＡＢＢ公司开发一种ＶＴＲ。４Ｐ型增压器。它的压比超过了以前的ＡＢＢ涡轮增压器而且可为多方面的用户提供高的成本效益。     

MAN B＆W公司TCR新系列涡轮增压器的开发和初步试验结果

MAN B＆W公司在成功地将它不久前开发的用于2100kW以上大功率四冲程和二冲程柴油机的TCA系列涡轮增压器投放市场之后，最近又开发出一种全新的、用于较小功率发动机的TCR系列涡轮增压器。该系列涡轮增压器可满足目前和未来柴油机和气体燃料发动机的市场需要。新系列涡轮增压器包括6种不同的尺寸规格，适合脉冲或定压增压，覆盖的发动机功率范围为390kW-5000kW。预定的应用范围包括船舶推进，发电机组、固定式和铁路牵引发动机。它的主要开发目的是高效率、高压比、高比质量流量、低重量、小外形尺寸、长寿命，易维修、运行安全、低产品成本和低寿命期成本。为了实现所有这些目的，MANB＆W公司必须完成一个广泛的开发和试验计划，以确保产品满足市场需要和具有高的运用可靠性。除了已经将一些模拟工具，诸如用于对所有相关的涡轮增压器部件进行空气动力学分析的3D—CFD（计算流体动力学程序）或用于静态和动态负荷计算以及转子动态模拟的FE（有限元）法，作为一种标准而加以利用外还在开发阶段初期首次进行了密封安全性计算。为了掌握顾客的特殊需要，在经过了复杂的QFD（质量功能开发）分析之后，提供了用户要求的技术务件。此外，涡轮增压器样机亦在燃烧器试验台上进行了广泛的试验以验证预期的按照一典型的柴油机特性曲线的工作特性。本文描述TCR系列涡轮增压器的开发过程和由它所提供的新的机会。另外，还介绍了通过台架试验和发动机试验所获得的初步结果，这些初步试验结果进一步证实了用户可从该系列涡轮增压器获得的主要好处。     

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。     

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。     

车用发动机增压及拓宽涡轮增压器工作范围的技术动向

自2008年秋季以来,汽车行业受全球经济低迷的影响,遭受了极大的打击。同时,涡轮增压发动机的数量也持续减少。另一方面,混合动力车和电动车近年来备受关注。但不管怎样,对于提高功率及降低燃油耗的目标来说,涡轮增压发动机仍是极具吸引力的,因为在未来的数十年内,内燃机仍将是汽车的主要动力装置。因此,柴油机和汽油机都在持续不断地研发各自的涡轮增压新技术,例如可变截面涡轮增压,以及扩大工作范围的压气机等。基于大量的已公开发表的论文,简要介绍了涡轮增压发动机的最新发展趋势,以及车用涡轮增压器的技术发展。     

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，