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涡轮增压器轴向力变化规律试验与仿真

兵工学报 2023年第1期44卷 307-315页

作者：王翠翠闫瑞乾丁占铭佟鼎吴新涛高超庄丽中国北方发动机研究所柴油机增压技术重点实验室天津300400

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... 详细信息

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。

关键词：涡轮增压器止推轴承轴向力数值模拟计算

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涡轮增压器切换过程轴向力及其形成机理

流体机械 2022年第5期50卷 76-84页

作者：李伟王强张海磊任洋何嘉伟门日秀中北大学能源与动力工程学院太原030051 中国北方发动机研究所天津300400

针对涡轮增压器止推轴承在工况变化过程中易损坏的特点,为提高止推轴承的适应性和可靠性,以某型涡轮增压器为研究对象,建立增压器压气机与涡轮的三维模型,通过ICEM划分网格,采用CFX对压气机、涡轮流场进行数值仿真,分析涡轮增压器切换... 详细信息

针对涡轮增压器止推轴承在工况变化过程中易损坏的特点,为提高止推轴承的适应性和可靠性,以某型涡轮增压器为研究对象,建立增压器压气机与涡轮的三维模型,通过ICEM划分网格,采用CFX对压气机、涡轮流场进行数值仿真,分析涡轮增压器切换过程中轴向力的形成及其变化规律。计算结果表明:各部分轴向力在切换时刻变化最大,轴向力合力主要来源于压端,且合力方向均指向压端;压端在整个切换过程中的流动发展较为顺畅,仅在叶顶出口处产生尾迹涡流;涡端在叶根和叶片中径处均存在涡流,且在叶顶位置存在流动分离现象;不论是压端还是涡端,其轮背压力分布均存在周向不均性,且压力梯度由外向内不断减小。

关键词：涡轮增压器轴向力切换时刻数值模拟

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涡轮增压器甩油环密封性能研究

西安交通大学学报 2019年第10期53卷 143-150页

作者：郭志强门日秀闫柯朱永生雒特洪军西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室西安710049 中国北方发动机研究所柴油机高增压技术国防科技重点实验室天津300400

针对涡轮增压器压气机叶轮背部压力低于轴承腔内压力导致的漏油问题,对压气机端密封部件建模,仅保留甩油环部分,建立不同结构甩油环的两相流动模型。模型采用多运动参考系描述各组件运动,分析不同结构甩油环在不同转速、负压下的工作效... 详细信息

针对涡轮增压器压气机叶轮背部压力低于轴承腔内压力导致的漏油问题,对压气机端密封部件建模,仅保留甩油环部分,建立不同结构甩油环的两相流动模型。模型采用多运动参考系描述各组件运动,分析不同结构甩油环在不同转速、负压下的工作效果,分析不同结构甩油环的作用机理,并通过优化甩油环结构改善其工作性能。研究表明:高速条件下,离心泵甩油环相较于一般甩油环,有效改善了造成漏油的压力分布,转速越高,效果越好,但其压力分布曲线呈现明显的S形,压力分布不均匀限制了其极端工况下的密封性能;改进结构的甩油环的流域压力分布较均匀,但压降幅度较低,当负压比较低时,改进结构甩油环的性能不如离心泵甩油环。通过对甩油环的计算分析及结构优化,提升了甩油环的工作性能,为涡轮增压器压气机端密封性能的改进提供了一种新的思路。

关键词：涡轮增压器漏油密封性能离心泵甩油环

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涡轮增压器动力学建模及振动特性研究

振动与冲击 2019年第23期38卷 70-76,102页

作者：顾灿松袁兆成刘佳鑫杨征睿李洪亮吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室长春130025 中国汽车技术研究中心天津300162

采用结合有限元法(FEM)的多体动力学方法,对某车用浮环轴承涡轮增压器进行多体系统仿真模型的建立:以模态综合法为基础,建立增压器壳体与转子的柔性体子结构模型;以广义不可压缩雷诺方程为基础,建立增压器浮环轴承的EHD弹性液力润滑模型... 详细信息

采用结合有限元法(FEM)的多体动力学方法,对某车用浮环轴承涡轮增压器进行多体系统仿真模型的建立:以模态综合法为基础,建立增压器壳体与转子的柔性体子结构模型;以广义不可压缩雷诺方程为基础,建立增压器浮环轴承的EHD弹性液力润滑模型(Elastic Hydro-Dynamic)。计算得到内外油膜压力、转子振动特性以及增压器壳体表面振动速度,并进行实验验证。结果表明,采用柔性体多体动力学与EHD轴承润滑模型相结合的建模方法能够有效用于增压器的振动特性分析,该方法的应用也为研究增压器同步、次同步振动与噪声问题提供了理论依据。

关键词：多体动力学振动特性有限元法(FEM) 涡轮增压器 EHD弹性液力润滑

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涡轮增压器

汽车驾驶员 2011年第10期27卷 68-69页

作者：朱丹

涡轮增压器是一位瑞士人在1905年申报的专利。80多年后，第一台TDI柴油发动机的问世才标志着涡轮增压器在实际应用上取得突破。此后又过了20年，它才进入汽油机领域。增压器的原理很简单：发动机工作时需要氧气，只要增加氧气供应和喷... 详细信息

涡轮增压器是一位瑞士人在1905年申报的专利。80多年后，第一台TDI柴油发动机的问世才标志着涡轮增压器在实际应用上取得突破。此后又过了20年，它才进入汽油机领域。增压器的原理很简单：发动机工作时需要氧气，只要增加氧气供应和喷射更多燃料，输出功率就会变大。但是每个气缸的容积有限，除非你有办法将更多的空气吹进汽缸。这就需要增加进气的压力。

关键词：涡轮增压器 TDI柴油发动机氧气供应输出功率汽油机

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涡轮增压器气动轴向力的数值计算

车用发动机 2022年第4期 63-68页

作者：房桐毅李琦刘淑华杨枫中车大连机车研究所有限公司辽宁大连116000

应用计算流体动力学软件,以涡轮增压器自循环全工况性能试验为依据,计算了压气机级和涡轮级所承受的轴向力,并进一步对比了叶轮背盘有无篦齿的轴向力,分析了篦齿对轴向力的影响。研究表明:对于增压器自循环试验而言,大部分工况下涡轮增... 详细信息

应用计算流体动力学软件,以涡轮增压器自循环全工况性能试验为依据,计算了压气机级和涡轮级所承受的轴向力,并进一步对比了叶轮背盘有无篦齿的轴向力,分析了篦齿对轴向力的影响。研究表明:对于增压器自循环试验而言,大部分工况下涡轮增压器轴向力方向是由涡轮端指向压气机端,在低转速区某些工况,轴向力方向会反向;影响叶轮及涡轮表面压力大小及分布的因素,会对轴向力产生一定影响;由于齿腔对流体的动能有一定的耗散作用,影响了轮背壁面高速旋转所引起的气流速度和压力的径向分布,交错篦齿结构能够抵消部分蜗舌和压气机壳几何周向非均匀性对流动的影响,使轮背压力分布更为均匀。

关键词：涡轮增压器轴向力数值计算篦齿

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涡轮增压器密封装置的仿真与开发

涡轮增压器密封装置的仿真与开发

作者：刘涛西安工业大学

学位级别：硕士

发动机动力不足已经成为影响我国大部分装备性能的重要因素,随着动力技术的不断发展,对涡轮增压器的工作性能、使用可靠性和稳定性提出了更高的要求。在怠速工况和正常工况下涡轮增压器受温度、压力等条件的影响,涡轮增压器容易出现泄... 详细信息

发动机动力不足已经成为影响我国大部分装备性能的重要因素,随着动力技术的不断发展,对涡轮增压器的工作性能、使用可靠性和稳定性提出了更高的要求。在怠速工况和正常工况下涡轮增压器受温度、压力等条件的影响,涡轮增压器容易出现泄露、密封环失效等问题。因此,对涡轮增压器密封装置在怠速工况和正常工况下内部流场进行数值模拟仿真,对密封装置密封环进行流固热耦合计算至关重要。针对涡轮增压器密封装置,本文做了如下工作:1)对涡轮增压器密封装置进行了结构设计,应用三维软件Solidworks建立了实体模型,根据发动机的工作状况确定怠速工况下和正常工况下的泄漏分析方案,根据相关要求确定了怠速工况和正常工况相关物性参数和边界条件。2)根据涡轮增压器怠速工况和正常工况下的相关参数,采用Fluent流体仿真软件对怠速工况和正常工况下内部流场进行了仿真,分析了涡轮增压器怠速工况和正常工况下的泄露情况。主要对怠速工况和正常工况下速度、温度和压力对泄漏量的影响进行了分析。3)根据怠速工况和正常工况下仿真结果,建立了密封环流固耦合分析项目,在怠速工况和正常工况条件下将数值模拟仿真结果经耦合区域传递到静态结构模块中,对密封环三种材料3Cr13,高铬铸铁,W6高速钢进行耦合计算,对比结果选取密封环最优材料。4)根据数值模拟仿真结果和密封环的流固热耦合仿真结果,对涡轮增压器密封装置的结构进行了优化,并再次进行流场分析和对密封环进行流固耦合计算,对比涡轮增压器密封装置优化前后怠速工况和正常工况的泄漏量及密封环的变形与应力变化。仿真计算结果表明:密封装置优化后怠速工况不漏油,正常工况泄漏量降低20%以上,密封环的变形和应力均降低,说明涡轮增压器密封装置得到了有效的优化。5)将数值模拟仿真结果和实验结果进行了对比,结果表明本文对密封装置进行仿真分析的结果合理、准确。

关键词：涡轮增压器密封装置流体仿真流固耦合数值模拟

涡轮增压器非线性转子系统临界转速分析及其实验验证

同方学位论文库评论

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热能动力工程 2020年第11期35卷 59-66页

作者：徐慧钟新利湖南工学院工程训练中心湖南衡阳421002 湖南科技大学机电工程学院湖南湘潭411201

为比较模态分析法和瞬态升速法求解涡轮增压器临界转速的准确性,分别采用两种方法进行求解。首先分析了滑动轴承线性化的条件,并对其线性化,求解转子系统临界转速,其结果与实验测试结果相差很大;然后,采用瞬态升速法求解转子系统的临界... 详细信息

为比较模态分析法和瞬态升速法求解涡轮增压器临界转速的准确性,分别采用两种方法进行求解。首先分析了滑动轴承线性化的条件,并对其线性化,求解转子系统临界转速,其结果与实验测试结果相差很大;然后,采用瞬态升速法求解转子系统的临界转速,其结果与实验测试结果相差1.6%,能较好吻合。本论文为涡轮增压器转子系统设计校核和故障诊断时选择合适的临界转速分析方法提供了参考。

关键词：涡轮增压器非线性转子系统临界转速

涡轮增压器压气叶轮爆裂转速数值分析与试验研究

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工程设计学报 2020年第2期27卷 247-255,268页

作者：王文鼎周东陈世凡刘扬袁源重庆江增船舶重工有限公司重庆402284 船舶与海洋工程动力系统国家工程实验室——增压器实验室重庆402284

随着内燃机不断向高效率、大功率、智能化方向发展,其核心部件涡轮增压器逐渐向高压比、高转速、大流量方向迈进。由于涡轮增压器压气叶轮的转速非常高,压气叶轮爆裂尤其是产生非包容性碎片时会对内燃机运行安全造成严重危害,甚至造成... 详细信息

随着内燃机不断向高效率、大功率、智能化方向发展,其核心部件涡轮增压器逐渐向高压比、高转速、大流量方向迈进。由于涡轮增压器压气叶轮的转速非常高,压气叶轮爆裂尤其是产生非包容性碎片时会对内燃机运行安全造成严重危害,甚至造成人员伤亡,因此研究涡轮增压器的包容性尤为重要。基于有限元法,针对涡轮增压器包容性(压气叶轮的爆裂转速和弱化方式),分别运用线弹性材料模型及双线性等向强化弹塑性材料模型模拟了涡轮增压器压气叶轮在离心载荷作用下的爆裂转速,并对完整压气叶轮及2种弱化处理的压气叶轮进行了包容性试验。结果表明:运用双线性等向强化弹塑性材料模型计算得到的压气叶轮爆裂转速与试验值约相差2%,而运用常规线弹性材料模型计算得到的压气叶轮爆裂转速与试验值约相差16%,偏保守。同时,2种弱化处理的压气叶轮均在预定转速下爆裂,验证了弱化方式的合理性与准确性;通过控制开槽的尺寸即可实现压气叶轮在预定转速下爆裂。研究结果为后续涡轮增压器压气叶轮包容性分析奠定了基础。

关键词：涡轮增压器压气叶轮包容性弹塑性爆裂转速