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高性能增压器涡轮设计技术

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高性能增压器涡轮设计技术

发布日期:2020-11-23 作者: 点击:

增压器涡轮,即发动机进气增压器,进入发动机汽缸前的空气先经增压器压缩以提高空气的密度,使更多的空气充填到汽缸里,从而增大发动机功率。装有增压器的发动机除能输出较大的起飞功率外,还可改善发动机的高度特性。
我国船用增压器涡轮技术长期以来主要靠技术引进、仿制制造为主,国内产品市场份额占有量不大,国内的船机增压器市场基本上被ABB等国外增压器公司所垄断。随着排放法规的进一步实施,迫切要求国内有相应的增压器产品,满足柴油机主机厂在研发出新产品后的增压匹配需求,打破船用柴油机增压器市场由外资品牌垄断的不利局面。
技术开发单位根据中低速船用柴油机的增压匹配需求和使用环境、工艺制造问题,将重型车用增压器涡轮技术推广至船用领域,能够研制出与目前国际先进产品相当的、满足IMO第三阶段排放要求的新一代涡轮增压器。
关键技术突破途径
(1)船用柴油机增压器涡轮匹配特性分析
建立船用环境柴油机工作过程模型,进行船用发动机性能以及增压系统性能变化影响分析;建立增压进排气系统三维模型,并利用一/三维耦合仿真,研究三维流动耦合效应对各部件匹配的影响机理,为船用高性能增压器的设计奠定基础。
(2)压气机性能优化分析
利用ConceptsNREC软件进行压气机叶轮、扩压器和蜗壳的初步设计,采用一维和准三维流动分析技术,初步分析压气机的速度、压力分布,调整造型规律,满足合理气体流动参数分布。采用压气机三维跨声速流动分析方法,进行叶轮、扩压器和蜗壳全工况全三维CFD计算,优化几何结构,减少流动损失,提高压气机的气动性能和全工况范围的优化匹配。
通过流动控制解决高压比工作区域流量范围过窄问题,利用有叶扩压器的匹配与性能优化,提高压气机的性能。通过压气机叶轮强度计算和可靠性分析,进行结构优化设计,在满足可靠性要求的前提下减轻重量。
(3)关键件制造工艺分析
压气机叶轮铣削主要在原有工艺方案的基础上,利用CAD/CAM技术进行计算机三维建模、整体铣削工艺分析研究,进行五轴数控编程、三座标测量验证;进一步优化加工工艺,解决加工过程中刀具和工件振动,复杂曲面加工误差等问题,提高加工精度、缩短加工时间。
针对增压器涡轮用高温合金材料(K418)铸造工艺,结合现有高温合金材料的研究成果,分析研究凝固过程及结晶组织的检测,找出零件结构、化学成分、冷却速度、液相温度等对凝固过程及结晶组织的影响,从而更准确把握凝固前沿状态及结晶组织状态。确定涡轮铸造工装系统、工艺参数,通过控制铸件凝固方式,使铸件获得工艺所需要的晶粒生长取向及分布状态。

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