涡轮增压器喷嘴环冲蚀磨损后气动特性研究

船用柴油机排放尾气中的固体颗粒会对可变混流涡轮造成冲蚀磨损,导致喷嘴环表面材质剥落,表面粗糙度增加,降低喷嘴环使用寿命。该研究利用ANSYS CFX软件,基于气固两相流的欧拉-拉格朗日法和Finnie磨损模型,研究不同开度下,磨损产生的表面粗糙度对喷嘴环流场、静压和涡轮性能的影响。研究表明:喷嘴环吸力面和压力面两侧的流动边界层厚度、静熵、湍流动能和表面摩擦因数均随粗糙度的增大而增大,导致边界层附近的流动损失增大、气体内能增加、能量耗散增大;喷嘴环两侧的静压差随粗糙度的增大而增大,使喷嘴环结构载荷增大,可能会降低喷嘴环使用寿命;随着表面粗糙度增大,涡轮效率随之降低,但降低速率却有所减小,对不同开度的影响程度也不同。

可变涡轮增压器在柴油机国Ⅵ换气系统开发中的试验研究

在一台满足国Ⅳ排放法规的4缸柴油机上,进行了满足国Ⅵ排放法规的换气系统开发的试验研究,试验采用可变喷嘴环涡轮增压器(VNT)和废气再循环(EGR)控制阀,对EGR率的引入进行精确控制,配合喷油参数的调节,研究其对柴油机性能和排放的影响。结果表明:VNT可实现发动机EGR率的有效引入,可大幅度降低发动机机内NOx排放水平,但烟度上升明显;EGR阀配合VNT关闭度调节,在保持机内NOx排放不变的基础上,可实现比油耗(BSFC)和烟度的折中;在引入EGR的基础上,配合喷油参数优化,可在满足发动机国Ⅵ原排放控制目标的前提下,保持发动机BSFC水平与原机基本相当或略好。

一种新型农用发动机可变几何增压系统开发研究

采用可变几何增压系统可以改善发动机高低转速工程协调性,提高发动机全工况性能,是现有涡轮增压技术领域最先进的技术手段。然而现有常用的变几何增压器可调喷嘴环的可靠性较差,故障率较高;结构成本高。增加了一系列复杂的联动机构,由于长期工作在高温环境下,对零部件的材料和加工精度均要求较高。为了解决上述VNT增压器在实际使用中的缺点,本文自主提出了一种新型的变几何增压系统装置,并根据新系统的结构特征系统的阐述了开发过程和思路,为指导新型农用发动机可变几何增压系统的开发研究提供参考价值和研究思路。

采用VNT/EGR和DOC降低柴油机排放的试验

在一台高压共轨柴油机上进行了采用基于可变喷嘴环涡轮增压器(VNT)的废气再循环(EGR)系统(VNT/EGR)和柴油机氧化催化器(DOC)降低排放的试验研究。结果表明,通过调节VNT开度可以有效实现EGR循环和控制EGR率,显著降低NOx排放,并且在一定EGR率范围内对烟度影响较小。提高喷射压力可以较明显改善NOx和烟度的折衷关系,采用合理的后喷参数能够在不明显影响经济性和NOx排放的前提下显著降低烟度。对燃烧室进行降低压缩比的合理设计也可以明显改善NOx和烟度的折衷关系。在燃烧系统优化的基础上,最终加装DOC的ESC循环排放测试结果满足了国Ⅳ要求,其中PM为0.0191g/(kW·h),NOx为2.88g/(kW·h),HC和CO排放远低于国Ⅳ限值。

WARTSILA 7RT-flex68-D主机增压器故障原因探析及对策

航行中,WARTSILA 7RT-flex68-D主机增压器喷嘴环因积碳严重而导致转速下降甚至停转,主机排温异常,船舶漂航影响正常营运。

柴油机两级VNT混联系统整机效率优化

为提高柴油机的余热回收利用率,提出一种基于可变喷嘴环式涡轮VNT(variable nozzle turbine)技术的两级涡轮混联系统。该系统根据柴油机运行工况,通过控制阀门的开闭来实现混联系统中串联工作模式和并联工作模式的转换。以涡轮的有效直径为参数来表征涡轮的流通能力,利用GT-Power仿真平台研究了两种工作模式下增压涡轮和动力涡轮的流通能力对发动机功率、动力涡轮功率及涡轮增压器性能的影响规律;提出了增压涡轮、动力涡轮与发动机的匹配策略;以系统整机效率最优为目标,针对柴油机不同运行工况进行混联方式的优化控制。结果表明:针对柴油机的不同运行工况,通过两级VNT复合系统混联优化运行方案,能够有效回收柴油机废气能量,额定工况下系统整机效率提高5.1%。