车用柴油机高压比宽流量增压器研制

目的 对于单级高压比宽流量增压器,为适应发动机强化指标,进行一系列的改进设计。方法 利用仿真设计与试验相结合的方法,对高海拔环境应用增压器进行改进设计。通过理论推导,确定压气机及涡轮的气动性能优化设计方法,开展高稳定裕度转子轴承系统设计方法研究与验证。结果 匹配高压比宽流量增压器的发动机与原机相比,高原功率恢复了17%,发动机排气温度降低了7%,增压器转速降低了13%。结论 在原机的基础上设计了压比为4.6的宽流量高性能涡轮增压器,成功实现了高压比宽流量增压器的设计,满足了发动机平原、高原不同环境的运行需求。

超临界二氧化碳系统用箔片气体动压轴承静特性研究

超临界二氧化碳动力循环系统对实现节能减排的目标有着十分积极的作用。针对一种箔片气体动压轴承结构建立了计算模型,并通过拟合非理想状态气体超临界二氧化碳的密度与压力之间的关系,基于传热学模型和气体润滑能量方程分析了轴承气膜温升,结合实际运行过程中出现的湍流效应修正润滑气体雷诺方程、耦合力学分析模型和能量方程,分析S-CO_(2)介质箔片气体动压轴承的静特性,并与空气作为介质进行对比分析不同系统参数和湍流参数对轴承特性的影响规律。结果表明:相较于空气而言,使用超临界二氧化碳作为润滑介质的箔片气体动压轴承具有较高的承载力,而且在一定范围内随着轴承直径和宽度的增加、偏心率的上升、轴承间隙的减小、转速的提高等,轴承承载力均可以增大;对于湍流影响因素来说,在一定范围内随着局部雷诺数和湍流系数的增加、气体动力黏度和密度的提高、高温环境下环境温度的降低等,轴承承载力将会增大。

泵出型螺旋槽油气密封泄漏特性及参数影响研究

以泵出型螺旋槽油气密封为研究对象,基于油相和气相连续性方程推导并建立了油气密封流场求解的双相雷诺模型,采用有限体积法离散和编程求解获得了油气密封介质流场分布,对比分析了商用软件VOF模型、单相雷诺模型和双相雷诺模型在求解油气密封流场中的计算精度和效率,研究了密封间隙、油气比、转速、介质压力等运行参数和密封环尺寸对油气密封流场和稳态性能的影响,重点探讨了油气密封近零泄漏特性及其关键影响因素。结果表明,提出的双相雷诺模型求解方法是一种高精度、高效率的油气密封流场数值模拟方法,具有与商用软件VOF模型近似的精度,但计算时间降低1个数量级;油气密封的介质泄漏特性和近零泄漏压差主要受到密封间隙、转速和端面宽度的影响,通过上述参数的合理取值有望实现油气介质的零泄漏。

宽速域三种典型型槽油气密封泄漏与成膜特性对比研究

如何实现涡轮增压器气膜密封在低速状态的低漏油和高速状态的低窜气、高刚度是其设计的关键问题。以泵出型螺旋槽、八字复合型槽和雷列台阶复合型槽油气密封作为研究对象,基于双相雷诺模型数值求解了三种型槽油气密封的流场分布,测试了不同工况下气膜密封的气膜厚度和介质泄漏,对比研究了宽速域范围内三种型槽油气密封的泄漏和成膜特性,重点分析了槽深、螺旋角和泵出槽长比等关键结构参数对八字复合型槽油气密封泄漏和成膜特性的影响规律。结果表明:泵出型螺旋槽密封因具有最小的漏油量可作为低速状态的优选方案,八字复合型槽密封因具有显著更低的窜气量和更大的气膜刚度可作为高速状态的优选方案,不过这依赖其槽深、螺旋角和泵出槽长比的合理设计;在一定的工况和结构参数时,复合型槽密封有望在端面形成明显的油气径向分界面,从而实现油气近零泄漏。

涡轮增压器超高速轴承-转子动力学建模及模态参数识别

针对传统涡轮增压器超高速轴承-转子系统动力学建模精度不高、模态参数不易识别等问题,基于Timoshenko梁理论建立了涡轮增压器动力学模型及运动微分方程,利用锤击法试验对增压器不同激励位置、有无预紧力等工况下的模态参数进行了识别,并将理论与试验分析结果进行了对比验证。研究结果表明:激励涡轮增压器不同位置时,系统的激发模态不尽相同;预紧力对转子动力学分析结果具有重要影响,增加预紧力可显著提高转子刚度;建立的动力学模型和模态识别方法具有一定的准确性和适用性,可以为后续涡轮增压器结构优化设计、模态参数识别提供理论与试验基础。

系统参数对浮环轴承转速比的动态影响

转速比即环速比和轴颈涡动比是涡轮增压器浮环轴承系统的功耗和稳定性研究的重要指标。基于经典短轴承理论,考虑浮环和轴颈的回转变位角速度,推导出内外层非线性动载油膜力的解析模型。考虑轴系的偏心质量引起的离心力,建立了涡轮增压器浮环轴承系统非线性动力学模型。仿真得到环速比和轴颈涡动比随转速的变化曲线,并分析研究了不同转速下偏心质量、润滑油粘度、浮环结构参数等对环速比和涡动比的动态影响机制,及转速比对系统参数敏感程度的变化规律。为浮环轴承的设计研发和涡轮增压器浮环轴承系统的性能评价提供了重要参考。

机械振动信号远程测试与处理技术的研究

针对机械振动信号远程测试系统服务器组建的问题;对Matlab Web Server技术进行了研究,并利用该技术将Matlab的计算、图形展示功能与Web服务器的网上信息浏览服务的功能进行结合;给出了一套振动信号远程测试与处理系统的组建方案;用户使用该系统通过Internet对转子实验台进行远程操作实验;结果表明,利用该系统实现了对远程转子实验台的信号采集与分析处理;该技术的应用增强系统的可操作性,丰富了系统功能,简易了系统开发的难度,同时降低了对用户的要求。

浮环轴承温度预测模型的仿真及试验验证

综合考虑温黏效应和热膨胀导致的半径间隙变化,结合动载作用下的非线性油膜力,考虑压力流和剪切流对摩擦力矩的共同影响,建立了更为精确的涡轮增压器浮环轴承系统温度预测模型。在涡轮增压器浮环轴承试验台上对回油温度进行实测,并对仿真结果进行对比分析。研究结果表明:仿真所得结果与试验所测结果有较好的吻合性,证明了温度预测模型的准确性;温度和转速变化关系接近线性,温升、黏度、环速比和轴承间隙等变化均在合理范围之内,浮环轴承工作状态良好。

涡轮增压器浮环轴承静特性分析

以某型号涡轮增压器径向浮环轴承为研究对象,建立内外膜的控制方程及边界条件,通过有限元计算得到了两种工作温度下浮环平衡工作参数及内外膜的静特性参数随主轴转速和偏心率的变化关系。结果表明,浮环平衡参数几乎不受温度变化的影响,而内外膜静特性参数随润滑油黏度的改变而显著变化。

增压器涡轮叶片振动分析及其可靠性评价方法研究

针对增压器涡轮叶片振动失效模式,研究了涡轮叶片振动分析与可靠性评价方法。结合某增压器涡轮,利用共振线图建立了涡轮叶片振动失效判据。考虑涡轮叶片振动固有频率分散性与涡轮工作转速随机性的影响,建立了能够体现叶片振动固有频率、工作转速、叶片数、寿命指标、最小谐振阶数等参数的涡轮叶片振动可靠度与失效率计算模型,研究了涡轮叶片振动可靠度与失效率的变化规律,给出了涡轮叶片振动可靠寿命确定方法。运用所建立的方法及模型,能够科学地计算出增压器涡轮叶片振动的可靠度与失效率变化规律以及可靠寿命。

多场载荷对增压器涡轮应力的影响分析

针对某增压柴油机,运用GT-Power软件对柴油机工作过程进行仿真计算,获得增压器涡轮工作状态参数的变化规律。以柴油机某一工况为例,对涡轮进行了流—热耦合分析,得到涡轮在工作过程中所受到的热载荷和气动载荷。研究了涡轮在离心载荷、热载荷、气动载荷等多场载荷作用下的应力响应,计算了涡轮在不同载荷作用下的应力分布,并对不同应力状态的产生机理进行了分析。最后,研究了各载荷对涡轮应力响应的影响程度。

圆柱滑动轴承油膜流态影像采集与分析

滑动轴承中油膜的流态与速度、间隙及油的粘度等因素有关,不同位置油膜的流态也非一样。为了解油膜从层流到紊流的变化情况,验证理论计算模型的准确性,利用相似原理搭建了的圆柱滑动轴承油膜全流态可视化试验台,通过试验观察并记录了圆柱滑动轴承中不同直径、速度、间隙及粘度油膜流态的变化情况,实现了油膜流态的影像采集,初步比对分析后总结了油膜层流、紊流及过渡区域油膜的变化趋势,为以后研究复杂结构轴承油膜流态奠定了基础。

涡轮增压器甩油环密封性能研究

针对涡轮增压器压气机叶轮背部压力低于轴承腔内压力导致的漏油问题,对压气机端密封部件建模,仅保留甩油环部分,建立不同结构甩油环的两相流动模型。模型采用多运动参考系描述各组件运动,分析不同结构甩油环在不同转速、负压下的工作效果,分析不同结构甩油环的作用机理,并通过优化甩油环结构改善其工作性能。研究表明:高速条件下,离心泵甩油环相较于一般甩油环,有效改善了造成漏油的压力分布,转速越高,效果越好,但其压力分布曲线呈现明显的S形,压力分布不均匀限制了其极端工况下的密封性能;改进结构的甩油环的流域压力分布较均匀,但压降幅度较低,当负压比较低时,改进结构甩油环的性能不如离心泵甩油环。通过对甩油环的计算分析及结构优化,提升了甩油环的工作性能,为涡轮增压器压气机端密封性能的改进提供了一种新的思路。

电机外置式电辅助增压器设计与试验研究

电机外置式电辅助增压器几乎不改变传统涡轮增压器结构,具有电动化改造简单、电机热负荷小等优点,是电辅助增压的重要技术路线之一。针对电机外置式电辅助增压器,开展了基于加速性能的高速永磁电机与涡轮增压器匹配方法研究,设计了超越离合器结构以实现高速电机与涡轮增压器之间的连接与断开,建立了电辅助增压器转子轴承系统动力学模型并进行了转动稳定性分析,完成了电机外置式电辅助增压器的集成设计与样机试制。基于电辅助增压器样机开展了加速响应性研究,试验结果表明,在电机辅助下增压器加速响应时间缩短25.9%。

特种车辆涡轮增压器内部流动特性分析

涡轮增压器是特种动力装备的重要动力部件,良好的密封是保证涡轮增压器正常工作的关键因素,而叶轮高速运转引发的压力不均则是泄漏的重要原因.基于流体力学分析方法建立有限元模型,研究了一种离心泵式密封结构的内部流场分析及流动特性,探讨了压气机端泄漏量、内部压力在不同转速和窄隙出口负压等工况下的变化规律,验证了该密封结构的油气密封性能.结果表明,受高速离心效应影响,该密封结构具备良好的防止压气机端漏油效果,高速运转时会产生漏气.研究结果为改进涡流增压器密封结构提供了参考依据.

涡轮增压器切换过程轴向力及其形成机理

针对涡轮增压器止推轴承在工况变化过程中易损坏的特点,为提高止推轴承的适应性和可靠性,以某型涡轮增压器为研究对象,建立增压器压气机与涡轮的三维模型,通过ICEM划分网格,采用CFX对压气机、涡轮流场进行数值仿真,分析涡轮增压器切换过程中轴向力的形成及其变化规律。计算结果表明:各部分轴向力在切换时刻变化最大,轴向力合力主要来源于压端,且合力方向均指向压端;压端在整个切换过程中的流动发展较为顺畅,仅在叶顶出口处产生尾迹涡流;涡端在叶根和叶片中径处均存在涡流,且在叶顶位置存在流动分离现象;不论是压端还是涡端,其轮背压力分布均存在周向不均性,且压力梯度由外向内不断减小。