基于正交试验的低速机增压器涡轮排气壳性能优化研究

为提升船用低速机涡轮增压器性能,对增压器涡轮排气壳底部流道结构进行参数化,设计并开展了以效率为优化目标的四因素三水平正交试验优化设计和增压器整机性能试验。首先,采用CFD数值模拟方法对不同参数组合的涡轮气动性能进行了计算,然后对涡轮排气壳底部流道结构参数开展了灵敏度分析,同时针对不同参数组结构开展了内部流场对比分析,明确结构因素对流动的影响机理;在此基础上对优化后方案开展了涡轮特性分析,最后在低速双燃料机平台上开展增压器整机试验验证。分析研究表明：在涡轮进气壳、喷嘴环和涡轮叶片等通流部件结构不变的前提下,涡轮排气壳排气方向轴向长度对涡轮整级效率的影响最大,优化后效率明显提升,设计点总压损失系数降低0.3874,静压恢复系数提升0.537,总静效率提升1.85%,其余工况总静效率最大提升2.4%。试验结果表明：优化后涡轮增压器整机效率在主机燃油模式和燃气模式下的全工况范围内效率均有提升,最大提升幅度分别达到1.4%和2.1%,涡轮性能和增压器整机性能改善明显。     

不同A/R值对双流道涡轮机的性能影响研究

为了提升涡轮机性能,建立其计算模型,划分计算网格模型,并在仿真软件中进行计算,最后分析其计算结果,分析了涡轮增压器中的蜗壳受不同0-0截面A/R值对其性能的影响。结果显示：在涡轮增压器涡轮机中,蜗壳0-0截面的A/R值对蜗壳性能影响较大。A/R值较大的涡轮机蜗壳内部流动损失较小,但叶轮入口处气流不稳定加剧,导致涡轮峰值效率降低。NO.1蜗壳的峰值效率较其他2个方案更高,最后选择其作为效率提升优化方案的蜗壳。     

增压汽油机双层排气歧管结构的优化设计研究

对某款4缸涡轮增压汽油机双层不锈钢排气歧管结构进行优化设计研究,利用Boost对单双层结构排气歧管的整机性能进行仿真分析,利用Fire对两种排气歧管进行稳态流场计算、压损对比,进而分析排气歧管结构对增压器效率和整机性能的影响;结合试验数据,剖析排气歧管结构的变化对整机增压压力、扭矩、比油耗等参数的影响。结果表明:Boost一维仿真结果与试验结果基本保持一致,单层排气歧管结构的动力性和经济性都略有优势;排气歧管支管的连接方式导致涡前气体参数的不同,对涡轮机有较大的影响。单层排气歧管更利于提高涡轮效率,从而影响整机性能;但是单层排气歧管比双层排气歧管压损大,流通能力不好。     

优化喷嘴叶片提高增压器和整机性能

喷嘴叶片对增压器效率有很大影响,本文对原增压器蜗壳及喷嘴环内流场进行三维模拟,分析并找到了叶片造成流动损失的原因,然后借鉴双纽线流量计原理对叶片进行重新设计,进而对新方案进行了模拟和叶片加工及整机性能试验。模拟和试验结果表明优化设计的叶片对增压器和发动机性能有明显提高。     

新型可调向心涡轮增压器导叶调节机构设计

针对目前可调向心涡轮增压器导叶调节机构存在的问题,提出了一种安装于涡轮壳体上的增压器导叶调节机构设计方案.该新方案取消了传统增压器调节机构中的定距套(或喷嘴座)结构,利用3个钝头气动叶型固定导叶来控制喷嘴环的宽度,固定导叶的安装角与增压器设计工况点相适应.新设计方案拟减小蜗壳或导叶流道中由于特定结构所导致的局部扰动,降低其流动损失,提高涡轮效率.所设计的增压器导叶调节机构安装于涡轮壳体的排气端,中间体部分不需要做任何结构上的改动,给工程应用带来便利.对新设计方案、喷嘴座结构方案和定距套结构方案进行了相同工况的数值计算,通过分别对比效率和蜗壳出口气流角周向分布,从理论上验证了设计方案的可行性.     

带喷嘴双通道混流涡轮的性能及流动损失机理

研究了带喷嘴双通道蜗壳的混流涡轮在不同进气条件下的涡轮性能,对比分析了近叶根进气和近叶尖进气两种部分进气工况下的流场分布,探讨了不同进气工况下的流动损失机理.结果表明:近叶尖进气和近叶根进气两种工况的流通能力相同,但后者效率高1.5%～2.5%.损失分布分析表明,近叶尖进气和近叶根进气工况下蜗壳内流动损失基本一致,但前者喷嘴内损失较高,而后者叶轮内的损失高.流场分析表明,近叶尖进气时喷嘴进口气流攻角过大导致吸力面前缘发生高强烈流动分离而产生大范围高熵增,而近叶根进气时叶轮通道内产生大尺度的"旋风涡"并产生高熵增.这两个流通部件内的流场特征差别是不同进气条件下涡轮性能差异的产生机制.该研究为带有双通道蜗壳的涡轮气动优化设计提供了理论基础.     

增压器压气机级多目标气动优化设计

针对某型号增压器压气机级的叶轮和蜗壳进行稳态分析改进,采用NUMECA公司的FINETM/Design3D软件对叶轮型线进行优化设计,以效率、压比、功率为优化目标,整个过程贯穿了参数化建模,三维黏性气动数值分析、试验设计方法、遗传算法和神经网络技术;通过调整蜗壳环量来降低流动损失.对优化前后压气机的整体性能进行了比较,结果表明:整机效率提高了6 %,压比提高了0.11,功率增加了0.5 kW.     

电动增压器不同布置方式对涡轮增压器的影响

通过仿真软件对某型废气涡轮增压柴油机进行建模,在原机模型基础上分别在涡轮压气机前端和后端加装电动增压器,分析增压柴油机满负荷和25%负荷工况下,电动增压器前置和后置对于涡轮增压器稳态性能的影响以及增压柴油机1800 r/min时,通过时间3 s,使柴油机负荷从25%提升至满负荷的瞬态工况下,电动增压器对涡轮增压器瞬态响应的影响。通过研究表明:稳态时,涡轮增压器压比和效率随柴油机负荷降低而下降,加装电动增压器能够提升进气流量和涡轮增压器压比以及涡轮增压器效率;瞬态时,设定工况下,电动增压器有助于改善增压柴油机涡轮增压器瞬态进气流量、压比、效率以及涡轮压气机转速响应差的问题。     

排气蜗壳与轴流涡轮相互作用的气动性能研究进展

排气蜗壳是连接燃气轮机末级涡轮与大气的关键部件,同时也是进一步提高动力装置输出功率最有潜力的部件之一,其与上游末级轴流涡轮因紧密耦合而产生的流动复杂性和非定常性可对涡轮和排气蜗壳的气动性能产生较大影响。国内外研究大多集中于单独的排气蜗壳性能和优化,而对排气蜗壳与轴流涡轮之间耦合的相互作用研究很少。本文主要从排气蜗壳内流动和损失机理、涡轮和排气蜗壳之间流动的相互作用以及排气蜗壳和轴流涡轮耦合的数值研究方法等方面对排气蜗壳内部流场分布及其与轴流涡轮流动相互作用的气动性能研究进展进行综述,重点梳理了二者流动的相互作用以及相关研究方法。最后,对排气蜗壳与轴流涡轮气动性能耦合研究的未来研究重点和发展趋势进行了展望。     

某型燃气轮机排气段支撑型线优化设计研究

燃气轮机排气段气动性能的优劣对机组整机效率有显著影响。支撑部件附近流动状况复杂,会对排气段性能产生极大影响。基于某型燃气轮机排气段初始流场特征,开展了排气段前、后支撑型线的优化设计。重点考虑对前支撑的优化设计,完成了三种型线优化方案,并应用S1流面计算方法在宽广的来流角度范围下进行损失计算,选择出气动性能最优的结果。后支撑对流动效率影响比前支撑小,因此对后支撑完成了一种适应当地流场的简单优化设计。最后,采用耦合涡轮末级的排气段三维数值模拟方法,对支撑型线优化前后排气段的气动性能变化进行了分析,支撑优化后排气段流动损失比原型明显降低,总压保持因数提高了1.4%。研究成果可为燃气轮机排气段气动设计与优化提供参考。     

ZYQJC-1型内燃机车功率、增压器性能随车检测仪的研制

介绍了ZYQJC-1型内燃机车功率、增压器性能随车检测仪的设计和研制。检测数据包括主发电机整流后电流、电压,增压器进排气温度,压气机进出口空气温度,增压器转速等。检测数据可存储在数据盒中,通过地面分析软件对记录数据进行分析。     

工业汽轮机大型排汽缸气动分析与结构优化

为了改善工业汽轮机排汽缸气动性能,降低流动损失,采用数值模拟方法对一种大型工业汽轮机排汽缸的气动特性与流场结构进行了计算与分析。揭示了造成工业汽轮机排汽缸气动损失的重要方面,同时提出了针对排汽缸重要结构参数的多种优化方案,并进行详细计算与分析。针对每种优化方案,阐明了优化机理与工业汽轮机排汽缸本身的优化局限性。研究结果表明:对工业汽轮机排汽缸的重要结构参数优化可以显著提高排汽缸的气动性能,改善流场。     

某型涡轮增压器涡轮结构优化

作为涡轮增压器的核心零件,研究涡轮增压器涡轮的结构优化尤其重要。本文对某型涡轮增压器涡轮在高转速下出现轮毂处破损失效模式的结构形式进行结构优化。首先通过有限元计算结果分析,找到涡轮增压器涡轮应力集中位置,然后针对出现的大应力区进行几何优化,最后对比各优化方案,找出应力值最小并低于材料屈服强度值最优方案。本文的应力计算结果对于设计涡轮结构,提高涡轮结构强度,具有一定的参考价值。     

矩形截面与圆形截面蜗壳对涡轮性能影响的比较研究

分别设计了喉口面积相等的矩形截面蜗壳和圆形截面蜗壳,通过数值计算,就两种结构对涡轮性能的影响进行了全工况的比较分析,结果表明,当涡轮采用圆形截面蜗壳时比采用矩形截面蜗壳时的效率高。并通过内部流场的分析揭示了两种蜗壳流动损失差异的原因,为涡轮增压器的进一步开发和匹配提供一定的参考。     

Numerical simulation of air flow through turbocharger compressors with dual volute design

In this paper, turbocharger centrifugal compressors with dual volute design were investigated by using Computational Fluid Dynamics (CFD) method. The numerical simulation focused on the air flow from compressor impeller inlet to volute exit, and the overall performance level and range are predicted. The numerical investigation revealed that the dual volute design could separate the compressor into two operating regions: “high efficiency” and “low efficiency” regions with different air flow characteristics, and treating these two regions separately with dual diffuser design showed extended stable operating range and improved efficiency by comparing with conventional single volute design. The “dual sequential volute” concept also showed the potential to further extend the stable operating range by closing one of the volutes at low air flow rates. Furthermore, by comparing with other alternate designs such as variable diffuser vanes and variable inlet guide vanes, the operation of the dual sequential volute also features relatively simple control and calibration.     

Effects of bending-torsional duct-induced swirl distortion on aerodynamic performance of a centrifugal compressor

A turbocharger compressor working in commercial vehicles,especially in some passenger cars,often works together with some pipes with complicated geometry as an air intake system,due to limit of available space in internal combustion engine compartments.These pipes may generate various distortions of physical parameters of the air at the inlet of the compressor and therefore the compressor aerodynamic performance deteriorates.Sometimes,the turbocharging engine fails to work at some operation points.This paper investigates the effects of various swirl distortions induced by different bending-torsional intake ducts on the aerodynamic performance of a turbocharger compressor by both 3D numerical simulations and experimental measurements.It was found that at the outlet of the pipes the different inlet ducts can generate different swirl distortions,twin vortices and bulk-like vortices with different rotating directions.Among them,the bulk-like vortices not only affect seriously the pressure distribution in the impeller domain,but also significantly deteriorate the compressor performance,especially at high flow rate region.And the rotating direction of the bulk-like vortices is also closely associated with the efficiency penalty.Besides the efficiency,the transient flow rate through a single impeller channel,or the asymmetric mass flow crossing the whole impeller,can be influenced by two disturbances.One is from the upstream bending-torsional ducts;other one is from the downstream volute.     

燃气轮机排气管的流场研究及改进

结合某型机组船用化改装任务,分别对A型及B型机组排气管进行多种方案的模型试验,分析了排气管出口及气流转弯导流片对其性能的影响。证明了在其结构尺寸配合恰当的情况下,采用导流片乃为进一步改进其性能的一种行之有效的方法。本文还对排气管运行时其结构可靠性进行了探讨与分析。     

发动机废气涡轮增压器控制方式分析

发动机废气涡轮增压器是利用发动机的废气推动涡轮并通过涡轮带动同轴的叶轮转动,增加进气压力,提高发动机功率和燃油经济性。本文主要介绍对涡轮转速的几种不同控制方式并分析每种控制方式对发动机性能的影响。