基于集成式结构边界的增压器涡轮机性能仿真研究

考虑实际的排气系统流动状态,将排气歧管结构加入到涡轮机性能仿真计算中(集成式结构边界)。针对分离式结构边界和集成式结构边界,在不同的入口截面位置设置相同的入口条件,以某款增压汽油机的涡轮机为例进行研究。研究结果表明:在80000 r/min、相同的定常进气环境下,两种结构边界在涡轮机入口截面的流动状态有明显的差异。集成式结构边界的流动均匀性指数为0.719,涡轮机膨胀比下降0.051,效率下降3.73%。在不同的转速下,性能都有不同程度的下降。对涡轮机MAP图修正后的计算结果更加接近发动机实际状态。

汽车增压器涡轮用铸造高温合金热裂研究进展

采用高温合金浇注汽车增压器涡轮时,叶片极易产生热裂,热裂的存在严重影响了铸造高温合金在增压涡轮上的使用。介绍了几种目前国内广泛使用的汽车增压器涡轮用铸造高温合金,对铸件热裂的形成机理进行了综述,重点探讨了铝、钛、碳、锆和铪等元素对铸造高温合金热裂倾向性的影响。综述了合金凝固方式和铸型性质、浇注条件、铸件结构、浇注系统等铸造工艺参数对热裂的影响,并提出了防止热裂产生的措施。

有利于铸造TiAl合金增压器涡轮叶片可靠性的组织设计

针对增压器涡轮应用背景,详细分析定向层片组织铸造TiAl合金的室温拉伸塑性、断裂韧度以及高温热暴露后的剩余塑性等反映叶片抗损伤能力的性能,并讨论在叶片中形成这种定向层片组织的工艺可行性,以获得一种有利于增压器涡轮可靠性的组织设计。结果表明:定向层片组织铸造TiAl合金具有优异的室温拉伸塑性和断裂韧度,并且在高温热暴露后仍能保持较高的室温拉伸塑性,这些优异性能均依赖于定向层片取向一致性特征。通过控制凝固冷却条件和Ti/Al原子比,在增压器涡轮叶片中可以获得层片界面近似平行叶片表面的定向层片组织,有利于提高叶片的抗损伤能力,从而改善TiAl合金增压器涡轮的使用可靠性。

船用高压比大流量增压器涡轮多学科设计优化

针对船用高压比大流量增压器涡轮的多场耦合问题,综合考虑学科间耦合、相互影响,利用反距离加权平均插值函数实现气压、温度到结构域的传递,网格重生成技术实现结构变形向气动分析模型的传递,建立了考虑气动、传热、强度、振动几个学科的增压器涡轮多学科可行(MDF)分析模型,在优化算法的驱动下实现了多学科设计优化。在MDF分析模型中,经过3次迭代实现了耦合系统的求解;在优化过程中,针对造型参数众多所导致优化设计规模巨大的问题,开展造型参数的主效应分析,选取对性能影响的主要参数作为设计变量,以加权平均方法权衡各个学科之间的矛盾,实现增压器涡轮综合性能的提高。

TiAl合金增压器涡轮的铸造

采用高频感应加热快速熔炼、低模壳温度稳速浇注工艺铸造出一批 Ti Al增压器涡轮。 Ti Al合金由于其比重小 ,可大大减小涡轮的转动惯量矩 ,对优化涡轮设计 。

K18合金增压器涡轮叶片断裂故障分析

采用体视显微镜、扫描电镜等分析手段对K18合金增压器涡轮铸造叶片的断裂形貌与断裂机制等进行了分析。结果表明:涡轮中有一断裂破坏面最为明显的叶片是先断裂的,然后造成其它叶片不同程度的碰伤;从叶片断口特征判定,先断裂叶片在高转速、高燃气温度下首先发生疲劳断裂,其裂纹源起始于距叶根约1 cm处次表皮下面的一处铸造缺陷——冷隔。

车用增压器涡轮熔模铸造过程数值模拟优化

以车用增压器涡轮为例,探讨了合金及型壳的主要热物性参数,实施了铸件凝固测温试验,基于Beck非线性估算法得到了合金与型壳随温度变化的界面换热系数。采用优化后的输入条件进行充型凝固模拟,结果表明,铸件凝固的实际温度场与模拟温度场吻合程度较好,并且实际浇注后叶片叶梢处可能出现的浇不足缺陷与模拟结果基本一致,以此验证了数值模拟的准确性和可靠性。

耦合进排气壳的增压器涡轮流动干扰及激振力弱化研究

为探究船用增压器涡轮在耦合进排气壳条件下的流动特性,采用SST湍流模型和FFT方法对某增压器轴流涡轮与进排气壳耦合的流场进行非定常数值模拟,重点分析排气壳非对称流场对涡轮动叶片压力的干扰特性和扰动来源,在此基础上提出基于导叶非对称布局的激振力弱化改型方案并进行了验证。结果表明:进气壳影响静叶前缘静压沿周向的分布,排气壳流场导致的非对称背压会给动叶表面造成低频的压力波动,约为3.6%的转子通过频率,在尾缘吸力面处该低频波动幅值大于动静叶排干涉导致的高频波动幅值;排气壳内部复杂的分离流动和涡系结构是产生上述流动干扰的主要原因。4种非对称布局方案都能在几乎不影响涡轮性能的前提下分散并弱化高频波动幅值;其中Case 2尾缘高频幅值减小了98.6%,低频幅值减小了52.6%,而且涡轮效率还有略微提高,为最优布局。

铸造工艺参数对汽车增压器涡轮性能的影响

采用不同工艺对汽车增压器涡轮进行了铸造,并对其进行了热疲劳性能和耐磨损性能的测试与分析。结果表明：随浇注温度从1425℃上升至1550℃或模具预热温度从320℃上升至400℃,试样的热疲劳性能和耐磨损性能均先提高后下降;涡轮的浇注温度和模具预热温度分别优选为1500℃和380℃。

车用涡轮增压器涡轮非稳态特性试验研究

分析并完善了车用涡轮增压器涡轮非稳态特性测量及计算的方法,在此方法的基础上,搭建了涡轮非稳态特性试验台,为涡轮的非稳态特性研究提供了一种试验研究手段。对某型号的涡轮与发动机在典型工况下匹配时的非稳态特性进行了试验研究,试验观察到了"涡轮非稳态特性圈"的现象,即涡轮的非稳态特性围绕着稳态特性形成了一个特性圈,对涡轮的非稳态特性进行了分析。

一种车用涡轮增压器涡轮绝热效率测量的新方法

在传统的涡轮效率测量方法的基础上,提出了一种效率测量的新方法,这种新方法采用辅助增压器来替代传统的冷却器实现压气机的自循环加载。利用一维仿真计算和试验的手段对这一新方法的可行性进行了模拟计算,试验和计算结果表明这一新方法较之于传统的方法,拓宽了涡轮效率特性测量的范围。试验台因为去掉了体积较大的冷却器和整套循环水路而变得更加简单紧凑,试验的操作也更加的方便,为涡轮的设计、生产和增压器与发动机的匹配提供了一种有效的试验手段。在一维仿真计算的基础上,分析了辅助增压器选配的原则,提出了一种辅助增压器的选配方案,这种新方案可使被测涡轮工作在高转速大负荷工况时,辅助增压器耗功水平提高60%。

增压器涡轮叶片设计方法研究

介绍了车用涡轮增压器涡轮叶片一种新的设计方法。新设计的这种涡轮叶片截面形状为曲线形，叶片端部厚度减小，根部厚度增加，从而提高了叶片的自振频率，减小了叶片转动惯量，改善了涡轮工作的可靠性和发动机的加速性。该设计方法对于实现涡轮叶片的ＣＡＤ、ＣＡＭ有实用意义。

车用增压器涡轮的超速可靠性增长研究

针对某型车用增压器涡轮存在的超速可靠性不高的问题,分析涡轮超速破坏应力与失效危险部位,运用涡轮超速破坏可靠度计算模型对原涡轮的超速可靠性进行评价。在此基础上,从结构优化的角度出发,研究涡轮的可靠性增长措施。根据改进后涡轮的超速应力与强度参数,研究改进后涡轮的超速可靠性,分析涡轮的超速可靠性增长效果,并通过涡轮增压器结构耐久性考核试验进行定性试验验证。研究结果表明,改进后的涡轮超速可靠性明显提高,能够满足涡轮增压器的使用要求。

机车内燃机涡轮增压器涡轮盘的激光修复

某机车内燃机涡轮增压器运行时发生故障,其涡轮盘(材质为GH2036合金)明显磨损,提出采用激光熔覆技术进行修复。为验证激光修复的可行性,采用横流连续波CO2激光器在GH2036合金基材表面熔覆厚约1mm的Ni基合金,并对原始合金及激光熔覆后合金在室温及模拟涡轮盘服役温度(650℃)条件下的力学性能进行对比测试。激光熔覆后合金的室温冲击韧性从31.5J/cm2提高到48.1J/cm2。冲击韧性的提高使得熔覆后合金在260MPa时的室温疲劳寿命由3.28×105周次增加到4.91×105周次。650℃条件下,激光熔覆对合金的拉伸性能影响不大。激光熔覆后合金的持久寿命略有降低,如320 MPa条件下由68.6h降低到60.5h,350MPa条件下由21.2h降低到20.5h。总之,激光熔覆技术对GH2036合金的综合力学性能影响较小,可用于涡轮盘的修复。

排气制动对增压器涡轮轴向载荷影响的研究

本文中针对同时采用排气制动和涡轮增压的车辆,分析其在排气制动工况下增压器的工作状态。通过排气制动与增压器联动试验得出数值计算所需的边界条件,并据此计算涡轮转子在稳态工况和过渡工况的轴向受力。结果表明,在排气制动工况下,增压器涡轮转子的轴向受力反向,且排气背压越高,涡轮转子所受轴向力越大;在工况切换过程中,涡轮转子所受突变载荷较大,最高值达221N,工况切换时间越短、背压越高,轴向冲击载荷越大。因此确定合理的排气背压和工况切换策略可有效降低涡轮转子所承受的轴向载荷。

增压器涡轮轮毂疲劳可靠性分析与寿命预测方法

针对增压器涡轮由离心载荷所引起的轮毂疲劳失效模式,基于装甲车辆柴油机耐久性台架考核试验剖面,分析了增压器在不同工况下运行时涡轮转速的变化规律,计算了涡轮轮毂疲劳危险部位的应力历程。通过对涡轮轮毂疲劳强度模拟试验样件的疲劳性能测试,建立了涡轮轮毂疲劳寿命与应力之间的数学模型。在此基础上,研究了涡轮轮毂的疲劳可靠性分析与寿命预测方法,建立了涡轮轮毅疲劳可靠度与失效率计算模型,给出了涡轮可靠寿命确定方法。研究表明,涡轮轮毂的疲劳可靠度随着寿命增加逐渐降低,失效率初期较小,随着寿命增加逐渐增大,然后又逐渐减小。

车用增压器涡轮脉冲进气非稳态特性

对某增压器涡轮工作在对应于发动机标定工况下的非稳态特性进行了试验研究,发现涡轮的非稳态特性与稳态特性存在着比较大的偏离,非稳态特性围绕着稳态特性形成了一个"环状"的特性圈.从循环平均的角度分析了脉冲频率、膨胀比和转速对涡轮流量特性和效率特性的影响.根据试验结果进一步分析了"环状"特性圈形成的机理,指出涡轮在脉冲进气条件下非稳态特性与稳态特性的偏离主要是由于涡轮内的"容积效应"引起的.

一种涡轮增压器涡轮非稳态特性试验台

系统分析了车用涡轮增压器涡轮非稳态特性测量及计算的方法,提出了涡轮瞬态实际输出功等影响涡轮非稳态特性获取的关键参数的得出方法,探讨了试验中不能直接测量的参数的获取方法和测量瞬态参数时间不同步问题的解决方案,为涡轮的非稳态特性测量及计算提供理论支持;在此方法的基础上,搭建了涡轮非稳态特性试验台,研制了脉冲发生器并提出了脉冲发生器系统的设计方法,为涡轮的非稳态特性研究提供了一种有效的试验手段;对某型号涡轮工作在发动机典型工况下的特性进行了试验研究,观察到了"涡轮非稳态特性圈"现象。

车用增压器涡轮的振动特性分析及试验验证

对增压器涡轮的振动特性进行了理论分析,建立了涡轮有限元模型,对涡轮的振动特性进行了有限元计算,得到了涡轮的振动固有频率和模态。对涡轮进行了模态试验,测得了涡轮的振动固有频率和模态,并与有限元计算结果进行了对比,证明有限元计算结果误差很小。最后,根据涡轮叶片振动简化模型,提出了提高涡轮叶片固有频率的改进措施。

一种适用于车用增压器涡轮的前弯后掠式叶轮

本文给出了车用增压器涡轮叶轮的一种新型结构——前弯后掠式叶轮。这是针对车用增压器涡轮的实际工作条件以及常规叶轮的不足，基于叶轮内部流动改善以提高涡轮的变工况适应性而提出的。文中详述了新型叶轮的设计思想及其理论和实验依据，并通过数值试验证明了前弯后掠式叶轮较常规叶轮在气动热力学机理上的改进。