车用电涡轮复合系统超高速永磁同步电机设计

超高速永磁同步电机由于其转速高、体积小、功率密度大等特点,被广泛应用于透平机械中。本文以一台5kW/150000rpm的车用电涡轮复合系统超高速永磁同步电机为研究对象,围绕电机的转子强度、损耗温升等关键问题进行研究分析。首先,基于经典电机设计理论,明确了设计步骤,完成了电磁设计;其次,采用多物理场耦合分析方法,建立了电机转子二维简化等效模型,进行转子强度分析;最后,基于电机损耗理论,完成了电机的热特性分析。仿真分析和计算结果表明:所设计的超高速永磁同步电机能够满足车用电涡轮复合系统的整机要求,为后续同类型电机开发与优化设计提供了参考。

绝热涡轮复合发动机动力涡轮的设计与试验

本文叙述了用于绝热涡轮复合发动机的动力涡轮的设计与试验,给出了动力涡轮的气动、热力计算结果。试验得出了动力涡轮的特性曲线,其流量和效率均与设计值相符,表明设计是成功的。

重型柴油机涡轮复合增压技术的研究与应用

研究了动力涡轮与曲轴之间的传动比对柴油机动力性和经济性的影响,以便将带可变截面增压器(VGT)的涡轮复合系统应用于重型柴油机上。构建了一维模型,以便模拟涡轮复合增压发动机,并优化动力涡轮和涡轮增压器与发动机的匹配。在某一台常规11 L的重型柴油机的基础上,研制了涡轮复合柴油机试验样机,并进行试验,以研究增压器开度对柴油机性能的影响,并寻求最优控制策略。结果表明:该涡轮复合增压发动机的全工况外特性优于原机,比油耗(BSFC)平均改善3%,最大改善8%。这表明:涡轮复合增压是一项能够满足未来柴油机节能减排要求的关键技术。

基于GT-POWER的涡轮复合发动机的仿真研究

参照hyperbar超高增压系统和绝热复合发动机的工作原理提出涡轮复合发动机方案。在GT-POWER软件环境下建立涡轮复合发动机仿真模型,研究涡轮复合发动机压比、空气流量等参数对动力涡轮功率等的影响,为台架试验提供理论指导。

涡轮复合发动机的发展现状

介绍了德国的涡轮复合发动机在车用发动机领域内的研究成果。

大众公司的机械涡轮复合增压系统

大众公司开发出的机械涡轮复合增压系统被装用到一小型汽油机上，其动力输出和燃油经济性均比目前的涡轮增压系统提高15％～20％。据专家称，该系统能消除所有涡轮迟滞，在低转速时通过机械增压系统提高扭矩输出，涡轮增压则负责改善终端输出及提高极限转速。该系统亮相于法兰克福车展上的高尔夫1．4L燃料分层喷射（FSI）直喷式汽油机上，该机能输出功率103kW，输出扭矩为249N·m；另有一种车用发动机可输出功率125kW，输出扭矩270N·m。

大载荷跨音速高温涡轮复合式气冷叶设计、试验和分析研究 （二）试验研究

设计，加工了四套大载荷跨音速涡轮复合式气冷叶片（多种气膜孔方案），成功地进行了290小时试验。试验结果表明，导叶在2－8％，动叶在1－6％宽广的冷气流量比范围内，具有良好的冷却特性。在试验中，测取了系统的热损失，并对叶片壁温实测值进行了修正。用模化分析方法，将试验值换算到发动机设计状态，导叶绝对冷却效果为335－422℃，动叶为256－319℃。并且壁温分布均匀，经过与美国节能发动机（E^3)气冷叶片比较，其冷却性能相当。

采用机械涡轮复合增压系统优化7.8L柴油机的稳态效率和排放性能

与传统的涡轮增压器或机械增压器相比,内燃机采用机械涡轮复合增压系统具有更多优势。机械涡轮复合增压系统将机械增压、涡轮增压和驱动耦合装置集成在一起,通过涡轮轴和连续可变传动机构(CVT)之间双向传递扭矩的高速驱动系统,能够在涡轮轴和发动机曲轴之间实现对总传动比的控制。由于避免了超速和涡轮迟滞的限制,涡轮的高效设计成为可能。日本五十铃汽车公司认识到了机械涡轮复合增压系统的优势,和日本超级涡轮技术公司共同评估了机械涡轮复合增压系统相对于传统的涡轮增压器的收益。该研究记载了数年来对机械涡轮复合增压器的仿真、开发和发动机试验验证,描述了对7.8L柴油机的稳态性能的优化研究。在瞬态响应性能和驾驶循环效率提升相关研究的基础上,阐述了机械涡轮复合增压系统与传统涡轮增压器不同的工作方式,以及如何通过精确控制和平衡增压压力、空燃比、高压废气再循环(EGR)、增压功率和耦合至发动机的功率来提高发动机的稳态性能。机械涡轮复合增压系统的灵活性高,可根据制造商的目标,通过控制策略来平衡或聚焦优势。研究结果包括对排放的影响、通过涡轮和压气机的基础气动设计和控制策略以实现排放最小化。

基于自适应粒子群优化算法的串联复合涡轮储能优化策略

针对发动机串联复合涡轮发电系统储能困难等问题,提出了一种基于自适应粒子群优化(SAPSO)算法的最大功率点追踪(MPPT)方法,增强发电系统功率的捕获能力。此外,采用混合储能系统(HESS)替代单一蓄电池储能,实现电能的高效、稳定存储。通过Matlab/Simulink软件,建立了基于发动机串联复合涡轮发电的储能优化控制仿真模型,对比分析了不同控制方法在设定工况下的功率追踪性能以及混合储能系统的储能特性。仿真结果表明,相较于传统扰动观测法(P&O)控制方法,在所提的SAPSO-MPPT方法下,发电功率提高了190 W,响应时间缩短了0.15 s。同时,HESS能够有效追踪母线上的需求功率,电能回收效率高达95.3%。最后,基于Y24型改装发动机台架搭建了串联复合涡轮发电系统实验平台,对所提储能优化控制策略的节油潜力进行了实验验证。结果表明,SAPSO-MPPT+HESS储能优化策略能够有效提高排气能量回收效率,优化后系统总热效率比原发动机提高了提高0.53个百分点。

重型车用柴油机废气发电复合涡轮行驶工况的适应性

针对发电复合涡轮形式对发动机余热回收效果的影响,建立了详细的某重型柴油机废气涡轮回收整车仿真平台,构建了电辅助复合涡轮、并联复合涡轮、纯电动复合涡轮和串联复合涡轮4种形式废气能量回收方案,对比分析了这4种典型的复合涡轮结构在发动机外特性、瞬态工况和道路运行工况下的废气能量转换效率及节油效果.研究结果表明,不同的驾驶工况应选用不同的复合涡轮形式;采用基于涡前压力动态优化控制,是实现发动机功率与涡轮发电功率合理分配、达到发动机总体效率优化的关键.研究结果对于复合涡轮结构选型以及发电复合涡轮与发动机的匹配与集成具有指导价值.

复合弯扭涡轮叶片尾缝的快速建模

尾缝是涡轮叶片中的重要冷却结构.为解决复合弯扭叶片尾缝的精确建模问题并提高其建模效率,提出了包含尾缝工具体创建和尾缝窗口创建过程的创成式尾缝快速建模方法.首先通过叶身内外型截面线自动匹配算法、叶盆叶背曲线方位判断算法,创建具有和叶身相同或相近弯扭状况的尾缝工具体.之后借助自定义的数据结构记录各组尾缝窗口信息,创建多组不同规格的尾缝窗口,完成尾缝建模.最后使用UG Open API工具开发了尾缝快速建模程序,并通过实例验证了所提出方法的可行性.

复合式气冷涡轮导叶综合冷效试验研究

介绍了复合式气冷涡轮导叶的冷却效果试验研究。试验结果表明,导叶在宽广的冷气流量比范围内,具有良好的冷却特性,经模化分析,在发动机状态下,叶片中截面相对冷却效果为0.69,达到了设计指标。

柴油机可控机械复合涡轮系统总能效率优化研究

针对重型柴油机余热和余压能回收利用,提出了一种可控机械复合涡轮系统。该系统采用废气旁通阀和无级变速器,根据发动机运行工况动态调节增压涡轮和动力涡轮的运行状态,以获得最大的总能效率。在基于GT-SUITE的发动机及整车仿真平台上,从设计域层面研究了动力涡轮通流面积与传动速比对柴油机总能效率的影响规律,提出了增压涡轮、动力涡轮与发动机的匹配策略;针对发动机在驾驶循环下的全工况运行特征,从控制域层面研究了无级变速器传动速比和动力涡轮旁通阀开度对动力涡轮运行效率及系统总能效率的调节规律;根据所提出的无级变速器和旁通阀的控制策略,对总能效率改进效果进行了评估。研究结果表明:增压涡轮与动力涡轮的匹配关系对总能效率的提升效果有显著影响。标定工况下总能效率提高了4.3%,FTP75市郊驾驶循环工况下节油率为1.28%。

柴油机复合涡轮系统全工况性能研究

复合涡轮技术是一种目的在于减少内燃机燃油消耗量的废气余热回收技术。在影响发动机经济性的同时,也影响着发动机的动力性。本文介绍了一种增压涡轮与动力涡轮串联组合的复合涡轮系统。首先分析了复合涡轮系统的热力学模型,分析了涡轮膨胀比与输出功率的关系。其次,基于GT-power建立了复合涡轮发动机系统,并基于试验验证了仿真模型的可信度。最后基于模型分析了复合涡轮系统对发动机性能的影响。结果表明,发动机工况的变动对增压涡轮的膨胀比、转速都有较大影响,但对动力涡轮的影响较低。复合涡轮发动机系统对比单增压发动机在低转速工况下的性能较差,排气背压相对较高。但在高转速工况下对发动机性能提升大,节油率明显。

柴油机复合涡轮余热发电系统及电动热管理用电系统综合节油潜力研究

针对发电复合涡轮余热回收技术对发动机燃油经济性影响的评价及节油潜力的问题,基于自行研制的发电复合涡轮余热回收系统及电动热管理系统,在回收电能得到使用的条件下研究了影响发动机燃油经济性的关键因素及两套系统的综合节油潜力。首先,分别分析了发电复合涡轮转速和发动机入口水温对复合涡轮余热系统的发电功率和热管理电动附件耗电功率的影响,明确了产能及用能的变化规律;其次,基于实测数据分析了试验条件下柴油发动机复合涡轮余热发电与电动热管理用电的实际综合节油能力,明确了影响发动机燃油经济性的关键因素;最后,根据关键因素影响油耗的规律对两套系统的综合节油潜力进行了预测分析。结果显示:柴油发动机在1 300r/min试验转速且负荷分别为25%、50%和75%工况下,复合涡轮发电量均能满足电动热管理附件的用电需求,发动机比油耗与基础发动机相比分别降低7.2%、4%和2.6%;增压涡轮及动力涡轮的等熵效率是影响系统燃油经济性的重要因素,提升等熵效率可降低废气能量回收过程中的泵气损失;在试验转速且负荷为75%工况下,随着等熵效率的提升,比油耗可在实测综合油耗的基础上进一步降低,最大降幅为4.1%,若考虑产、用能平衡策略,则该工况下比油耗可降至180.8g/(kW·h)。所提产、用能方案及分析方法可为基于余热回收技术开展的发动机节能减排研究提供参考。

45°仰角涡轮手机复合锤凿法拔除下颌阻生第三磨牙的临床体会

目的研究45°涡轮手机复合锤凿法拔除下颌阻生第三磨牙的优势。方法选取124例正中位、近中中位阻生下颌第三磨牙,随机分为两组,比较普通高速涡轮手机与45°后牙高速涡轮手机复合锤凿劈开拔除法的拔牙时间长短及术后并发症的发生情况。结果 45°高速涡轮手机复合锤凿法比普通高速涡轮手机复合锤凿法疼痛程度更轻,干槽症出现的几率更少,但拔牙时间、皮下气肿差异无显著性。结论使用45°高速涡轮手机复合锤凿法拔除下颌阻生第三磨牙术后疼痛程度轻,干槽症出现的几率少。

复合涡轮增压器对柴油机性能影响的仿真研究

为了降低燃油消耗率和提高柴油机的有效热效率,采用可回收余热的复合涡轮增压系统,并基于GT-SUITE软件研究无级变速器(continuously variable transmission,CVT)速比对系统性能参数的影响。研究结果表明:复合涡轮增压系统通过CVT速比变化可以对发动机进气量、涡轮回收功率及发动机总输出功率进行有效控制。每个工况存在一个最佳CVT速比,使发动机效率最高油耗最低。通过与未采用复合涡轮增压系统的原机对比显示,复合涡轮增压系统对发动机油耗率有明显改善,额定工况点油耗率降低5.5%。

车用发动机涡轮联合循环技术研究进展

以涡轮增压、涡轮复合、涡轮组合3种联合循环技术为对象,分析了各自理论循环特点并指出:涡轮增压联合循环技术实现了底循环与顶部循环的初级联合,底循环用来加强顶部循环但不对外输出功率;涡轮复合联合循环技术实现了底循环与顶部循环的有机结合,底循环除用来完善顶部循环外还参与对外输出功率并达到了较高的能量利用效率;涡轮组合循环技术实现了底循环与顶部循环的组合运行,底循环与顶部循环之间实现了模块化组合运行,使动力输出模式可按车辆的需求而变化。总结了各项技术的最新研究成果并对车用发动机联合循环技术的发展方向进行了展望。

复合材料涡轮轴结构损伤演化及失效机理

针对连续纤维增强复合材料涡轮轴结构损伤演化及失效机理分析,基于宏-细观力学跨尺度分析方法,建立了与轴结构试验件尺寸相符合的有限元仿真计算模型及细观力学代表体积元(RVE)模型,预测轴结构的损伤演化并分析其失效机理。反向扭矩下,[45]_(6)轴结构的损伤始于界面开裂,裂纹向两侧钛合金扩展,钛合金的剪切变形最终带动纤维的断裂;正向扭矩下,[45]_(10)轴结构的损伤始于基体损伤,断口两侧钛合金相互挤压摩擦,最终将纤维剪断。开展复合材料失效模式验证试验,通过声发射及扫描电镜技术,实现对失效过程中不同失效模式的判别。将仿真结果与试验结果进行对比验证,验证了模型和方法的有效性。模拟涡轮轴结构在扭转载荷下的损伤演化过程及失效机理,预测失效强度。结果表明:0°和90°铺层时扭转强度最低,45°铺层时扭转强度最高,提高近3倍。本文研究提出的预测模型及分析结论为纤维增强复合材料的设计和应用提供依据。

电动复合增压系统工作策略对发动机加速特性的影响

研究了一种发动机电动复合涡轮增压器系统(ECT).以发动机试验数据为基础,建立了电动复合涡轮增压器系统的发动机仿真模型.基于所建立的状态识别系统和气门开闭控制策略,将发动机仿真模型与电机模型连接起来,在瞬态和稳态两种状态下进行仿真.仿真结果表明,低速时油耗率几乎降低了3 g/kW.h,采用ECT可使空气压力显著提高0.5 bar,目标转速提前0.5 s.切断时不发生气流反向现象.压气机达到了更稳定、更好的工作状态.