流线隧道式涡轮增压器转子动力学特性分析

为研究流线隧道式涡轮对涡轮增压器转子动力学特性的影响,将某型号车用涡轮增压器叶片式涡轮替换为流线隧道式涡轮,建立了密封流体激振、叶尖间隙激振和隧道涡轮轮缘间隙激振耦合条件下的转子系统模型,计算分析了涡轮材料和轮缘间隙对转子临界转速、稳态响应以及瞬态响应的影响。结果表明,K418高温合金隧道涡轮转子一阶临界转速大幅降低,稳态响应稳定性较好,但瞬态响应振动剧烈、失稳,表明隧道涡轮采用K418高温合金需要调整结构设计;SiC陶瓷隧道涡轮转子一阶临界转速下降、稳态响应振幅增加,但对转子稳定性影响不大,二阶临界转速有微小增加,稳态响应振幅下降,瞬态响应稳定性较佳。

船用电辅助涡轮增压器转子动力学设计及稳定性研究

电辅助涡轮增压技术(EAT)是能够有效解决传统涡轮增压发动机启动或加速时进气不足、瞬态响应差等问题,实现内燃机动力系统电气化的重要技术手段。基于流体动压轴承润滑理论结合转子运动控制方程,建立由浮环轴承支承的某型涡轮增压器转子系统动力学有限元模型并进行轴心轨迹试验,采用数值计算方法对不同轴承支撑形式的EAT正常转子和不平衡转子的非线性转子动力学特性进行深入研究。结果表明,在EAT运行较宽的转速范围内,其转子具有广泛的次同步振动,转子动力学行为复杂且浮环轴承支撑的转子明显具有更高的次同步振动振幅;半浮环轴承支撑的转子油膜涡动振动的能量远小于基频振动的能量,表现出更良好的减振作用,可以很好地抑制油膜的涡动/振荡。本文研究内容可以有效地辅助EAT的研究工作,提高其整机的NVH性能。

气动激励下的涡轮增压器整机振动分析与试验

针对气动激励引起的增压器整机高振动响应问题,以某型柴油发动机涡轮增压器为研究对象,采用单向瞬态流固耦合方法,建立涡轮增压器整机流固耦合模型,开展气动激励下关键零部件振动响应研究.讨论并对比了涡轮及压气机叶轮气动激励的时域和频域特性,并定量分析了该激励下的结构振动响应特性,同时通过增压器振动试验验证了模型及方法的精度,各工况下壳体振动加速度量级的绝对误差不超过6 dB,相对误差不超过4%.结果表明:在转子系统中,压气机叶轮压力波动幅值为涡轮机涡轮的4倍,由此导致压气机叶轮的振动幅值平均为涡轮和转轴的3~4倍,最大振动幅值发生在压气机叶轮轮盘外边缘叶顶间隙处,为209.5μm;壳体振动烈度最大的部位发生在压气机出口内壁靠近轴承体一侧,为322.2 m/s^(2).

小排量国Ⅵ柴油机涡轮增压器喘振优化设计

匹配某小排量国Ⅵ柴油机时,增压器压气机出现了喘振现象,导致发动机扭矩明显降低,需要设计一款新型压气机。通过加大压气机叶片θ角、叶片出口β角、叶片弦长、叶轮进口尺寸、叶轮出口宽度,减小扩压器出口与叶轮出口直径的比值,设计了优化方案。进行了优化方案和原方案的压气机性能仿真计算、增压器台架压气机性能试验、发动机台架增压器性能匹配试验,结果表明:优化方案改善了压气机小流量区域的稳定性,提高了堵塞流量;在发动机全转速范围内,流量减小时压比特性曲线斜率始终为负,压气机运行稳定,未发生喘振;发动机可以加载到最大设计扭矩,提升了发动机的动力性能。

高原型无人机活塞发动机涡轮增压器匹配研究

目的为了研究利用汽车发动机开发低成本民用航空无人机活塞发动机的应用价值,方法提出基于汽车涡轮增压发动机的高海拔性能劣化补偿目标的开发方法。选取某型车用活塞式涡轮增压发动机,分析变海拔环境下的增压器-发动机匹配条件,评估汽车涡轮增压发动机在无人机飞行包线的边界内性能变差程度。通过目标海拔高度条件下的仿真计算,获得新涡轮增压器的目标增压压比和发动机进气流量。以此计算结果为目标新增压器的性能边界,选定某型号涡轮增压器,其性能输出特性能够覆盖该发动机作为无人机动力的进气目标增压压力和流量。在平原和高高原条件下开展无人机飞行性能验证,对新开发增压器的压气叶轮和涡轮叶轮产生的压比、膨胀比以及各自的折合流量分别进行校核,分析无人机在不同海拔环境下的飞行测试数据。结果结果表明,新匹配的涡轮增压器在海拔4200 m的高高原条件下搭载试验发动机,压气机压比为3.2,换算流量0.092 kg/s,运行区间在增压器叶轮的MAP包络线以内,能够使无人机达到28.2%的悬停有效载荷比,性能达到高高原载重飞行的技术要求。结论利用汽车涡轮增压发动机,按照无人机飞行包线内工况,重新匹配涡轮增压器的压气机,并校核涡轮机运行工况,能够实现满足民用航空无人机对高高原低空载重飞行性能的基本要求,匹配方法为新产品开发应用提供了理论指导。

非道路柴油机涡轮增压器选型试验研究

在一台4缸满足非道路IV阶段排放标准的柴油机上进行了涡轮增压器选型试验研究,试验采用4款涡轮增压器进行匹配选型,比较分析了匹配不同增压器下发动机的动力特性、燃油经济性以及排放特性。通过不同角度分析试验结果,最终选定匹配效果最佳的涡轮增压器。试验结果将为后续发动机与涡轮增压器匹配选型提供重要参考。

涡轮增压器转子轴向力的CFD数值分析

针对汽油机涡轮增压器止推轴承损坏现象,以某型号涡轮增压器为研究对象,使用CFD流体软件分析转子轴向力随转速、质量流变化的一般规律。构建涡轮增压器转子系统的三维模型,然后使用ICEM对三维模型进行网格划分,最后使用CFX求解器对三种不同转速工况下进行涡轮场、叶轮场进行数值分析仿真。分析结果表明,转子系统两端轴向力随着转速增加,涡轮增压器轴向力合力不断增大;同时研究发现涡轮端轴向力随质量流量增加而增大,压气机端轴向力却逐渐下降,两者变化趋势正好相反;同一转速下,增压器轴向合力随质量流增加而减小;质量流不变,涡轮端、压气机端轴向力均随转速提升而增大。

涡轮增压器壳体的复合材料切削加工特性研究

涡轮增压器壳体的复合材料因其结构和性质在切削加工中面临独特的挑战。探讨了涡轮增压器壳体的功能、应用以及材料选择的重要性。详述了复合材料的基本性质,特别是其在涡轮增压器壳体中的应用和力学性质。进一步分析了切削过程中的挑战如切削力、角度的变化以及工具磨损问题。并提出了一系列的优化策略,涵盖了工具选择、切削角度参数以及冷却液和润滑策略。旨在提高切削效率,确保工件的质量,并延长工具的使用寿命。

PA6柴油机涡轮增压器喘振故障分析

1柴油机增压工作方式PA6柴油机采用相继增压方式。在低负荷情况下即“1TC”模式,燃气阀和空气阀关闭,1^(#)涡轮增压器工作,2^(#)涡轮增压器不工作,同时,关闭燃气阀和空气阀来隔离B排涡轮增压器,确保A、B排涡轮增压器的燃气满足1^(#)涡轮增压器工作,以提高柴油机在低负荷情况下空气供给量,提高柴油机的输出转矩,同时也降低排气烟度、温度以及油耗。在高负荷情况下即“2TC”模式,燃气阀和空气阀打开,1^(#)、2^(#)涡轮增压器同时工作,满足柴油机在高负荷情况下的空气供给量。柴油机增压工作方式示意图如图1所示。

涡轮增压器离心压气机内部流场周向非均匀特性研究

涡轮增压器离心压气机蜗舌对气流的滞止效应会导致蜗壳周向静压分布不均匀。为了进一步挖掘压气机气动性能提升潜力,利用全环三维数值模拟对其内部非对称流场进行了分析。结果表明,不同工作状态下扩压器内部静压分布规律随流量变化,流量减小,静压最大值从周向90°位置逐渐迁移至蜗舌附近。沿流向,蜗舌诱导的非均匀静压会逆流反向传播到扩压器进口。此外,扩压器进口非均匀静压分布对单个叶轮通道性能具有一定影响,即存在一个“临界流量点”,在近堵塞点至流量临界点之间,从蜗舌对应的叶片通道开始,单个叶片通道流量和通道损失沿叶轮旋转方向先减小后增大,效率先增大后减小;在临界点至近堵塞点之间,单个叶片通道流量和通道损失沿叶轮旋转方向先增大后减小,效率先减小后增大。

船舶柴油机涡轮增压器的故障诊断技术

船舶柴油机是船舶动力的来源,同时也是保障船舶安全航行的重要保证。柴油机涡轮增压器故障存在难以直接识别、故障数量多、多种故障共存等特点,传统的故障诊断难以解决涡轮增压器的故障诊断问题。本文基于BP神经网络建立柴油机涡轮增压器故障诊断模型,分析BP神经网络的基本结构,阐述故障诊断模型的基本工作过程,在建立的故障诊断模型基础上对不同故障进行识别,并研究不同隐含层数量时对故障识别正确率的影响。研究发现,隐含层数量等于14时故障识别正确率最高。本文建立的船舶柴油机涡轮增压器故障诊断系统依托于实际故障数据样本,测试结果表明该故障诊断模型能够有效应用于涡轮增压器的故障诊断工作。

涡轮增压器轴向力变化规律试验与仿真

提出一种基于悬浮式设计的涡轮增压器轴向力测量方案,解决涡轮增压器轴向力测量范围窄和零点漂移问题,通过试验测量了增压器转子轴向载荷。进一步建立包含轮背间隙、密封环间隙的增压器压气机和涡轮仿真分析模型,基于试验结果验证模型的可靠性,并应用该模型研究揭示了增压器压轮和涡轮轴向力随工况的一般变化规律。研究结果表明:外吹状态时,在同一转速下增压器转子轴向力值随压气机端质量流量的减小而增大;自循环状态时,在转速低于额定转速时,增压器转子轴向力随转速的增加而增大,在转速高于额定转速时,增压器转子轴向力随转速的增加而减小;同一转速下,除喘振点附近,压气机轴向载荷随入口质量流量的减小而增大,涡轮轴向载荷随涡轮入口质量流量的增加而增大;压端和涡端轴向载荷最大的两个区域均为叶轮背盘和叶轮轮毂,且两区域轴向载荷方向相反。

涡轮增压器瞬态切换过程轴向力变化规律研究

针对相继增压系统切换过程中时有增压器止推轴承损坏的情况,为提高切换过程中增压器的稳定性,以某型增压器为研究对象建立增压器的三维模型,通过Fluent划分网格,对压气机与涡轮机流场进行数值仿真,分析相继增压系统典型切换工况增压器轴向力的变化规律。结果表明:相继增压系统在切换过程中,瞬态切换时间越长,轴向力的波动时间占比越大;切换过程中增压器瞬态转速变化越大,轴向力振荡占比相对较小且最终的轴向力较高;影响增压器轴向力变化的主要因素是轮背的气体泄漏量、切换时间与转速变化量。

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。

基于随机森林方法的柴油机涡轮增压器故障诊断

为了提高柴油机故障诊断的精度,针对柴油机涡轮增压器故障的问题,提出基于随机森林的柴油机涡轮增压器故障诊断方法。使用AVL Boost对柴油机建立故障仿真模型,并生成故障样本。对构建的涡轮增压器模型使用随机森林方法诊断。结果表明,采用随机森林算法的故障诊断模型可以有效对涡轮增压器的故障进行分类,分类准确率超过95%。可知,随机森林方法在涡轮增压器故障诊断领域中有良好的应用价值。

涡轮增压器叶轮参数设计

以叶片厚度、叶片数量、叶片冲角、出口后角为设计变量,以等熵效率和压力比为评价指标,通过四因素三水平正交试验,对柴油机涡轮增压器叶轮参数进行设计。借助流固耦合仿真分析,建立不同因素水平下叶轮的有限元模型,获得等熵效率和压力比,验证设计变量。分析结果表明,质量流量为2 kg/s时,叶轮等熵效率和压力比的仿真预测结果分别为84.4%和1.73,仿真预测误差满足工程应用要求,由此证明模拟的准确性。叶片厚度为2.5 mm,叶片数量为23,叶片冲角为14°,出口后角为64°时,涡轮增压器的性能最佳。影响叶轮等熵效率的设计变量从大到小依次为叶片厚度、叶片数量、叶片冲角、出口后角。在质量流量1.5~3.5 kg/s范围内,设计变量优化后等熵效率和压力比均提高。通过实践确认,正交试验设计方法可以用于叶轮参数的设计与改进。

基于长短时记忆的船舶涡轮增压器运行状态趋势预测

为解决传统涡轮增压器状态趋势预测方法存在的预测精度低和主观依赖度高的问题,提出一种基于长短时记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)的涡轮增压器运行状态趋势预测方法。将涡轮转速作为涡轮增压器运行状态评价指标,建立增压器状态数据筛选原则,降低工况和外部因素变化对涡轮增压器运行状态变化特征的影响;利用LSTM隐含层内的循环节点,通过时序相似性搜索对涡轮增压器的状态趋势进行预测。实测结果表明,该基于LSTM的涡轮增压器运行状态趋势预测方法相比传统的基于最小二乘法的涡轮增压器状态趋势预测方法具有更好的预测效果,误差大幅减小,且趋势跟随性更强。

车用涡轮增压器瞬态响应性评估与测试

基于车用涡轮增压器瞬态响应的影响因素,提出独立于内燃机的车用涡轮增压器瞬态响应评估指标D_(x)。通过数值模拟和试验的方法研究在不同终了转速下D_(x)随不同初始压比的变化以及转子转动惯量、涡轮效率和压气机效率对D_(x)影响。研究结果表明:试验结果与仿真结果吻合较好,证明该测试方法可用于涡轮增压器的瞬态性能测试以及增压器瞬态性能的影响因素研究。使用误差传播理论对试验测得的瞬态响应评估参数D_(x)值进行系统误差估计,试验测得的系统不确定度为1.35%。

新型船用中高速机涡轮增压器自主研发现状及发展趋势

在介绍国外先进船用涡轮增压器产品及技术的基础上,详细探讨我国在船用中高速机增压器的设计、制造等方面取得的技术突破。指出国产船用中高速机涡轮增压器技术经历了引进、消化吸收和自主研发的发展过程,到目前已逐步建立起较为全面的自主研发体系。展望国产船用中高速机涡轮增压器未来的发展方向以及主要的技术难点。

某涡轮增压器Hiss噪声测试分析及优化

随着增压发动机的普及,增压器噪声问题日益突出,尤其是Hiss噪声,已成为行业内重点难点问题。为解决某车型发动机涡轮增压器Hiss噪声问题,文章通过对Hiss噪声的产生机理进行分析,通过噪声传递路径及频谱分析识别辐射噪声强的部件,通过制作手工样件对涡轮进管进行声学包裹,经验证,该方案可行。最后,通过更改进气管材料,制作快速样件,再次验证优化方案可行,Hiss噪声得以解决。文章的研究对解决噪声、振动与声振粗糙度(NVH)工程实际问题有重要参考意义。