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基于几何构型的增压船用柴油机涡轮预测模型研究

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基于几何构型的增压船用柴油机涡轮预测模型研究

作者：董思艺中国舰船研究院

学位级别：硕士

涡轮增压实现了废气能量的再利用,是内燃机节能减排、提高动力性的重要手段。增压器匹配计算的传统方法是将涡轮视为当量喷嘴,基于增压器特性MAP图确定涡轮性能。该方法未考虑涡轮内部结构及不同部位流动的差异,在柴油机实际排气脉动流... 详细信息

涡轮增压实现了废气能量的再利用,是内燃机节能减排、提高动力性的重要手段。增压器匹配计算的传统方法是将涡轮视为当量喷嘴,基于增压器特性MAP图确定涡轮性能。该方法未考虑涡轮内部结构及不同部位流动的差异,在柴油机实际排气脉动流动情况下增压器匹配结果存在较大偏差。本文以某型高速大功率船用柴油机为对象,建立了基于几何构型的涡轮预测模型,并通过GT-Power/Simulink软件耦合应用于工作过程仿真。该方法可以更好地反映发动机排气在循环内的脉动变化对涡轮性能的影响,提高计算精度,有利于增压器设计和柴油机设计的密切结合。论文主要内容如下:根据涡轮内排气的流动特征,将涡轮分为蜗壳、喷嘴环、叶轮入口段、叶轮和扩压段五个部分,建立了基于热力学原理的涡轮预测模型,详细讨论了涡轮内的各项损失模型,以及预测模型在各类型涡轮上的适用性。将预测模型作为混流涡轮的子模型,建立了GT-Power/Simulink一维耦合模型,对耦合模型进行标定,整机仿真误差控制在5%以内。以某型高速大功率船用柴油机为对象,比较了涡轮预测模型和MAP模型在增压器匹配仿真中的差异。涡轮预测模型对整机中增压器的效率仿真更加准确。对于低工况发动机工作性能的仿真,预测模型更加准确,相对误差减小了2%。该型高速大功率柴油机采用四台增压器并联,增压器流量分配也是增压器匹配时需关注的重要问题,计算结果显示,预测模型由于能够考虑排气脉动及结构尺寸的差异,对于增压器匹配点的预测更符合实际。基于柴油机工作过程一维耦合计算模型,进行了实际排气脉动条件下的涡轮关键几何参数对柴油机性能的影响分析,得到了涡轮几何参数对柴油机性能的影响规律,为涡轮设计时相关几何参数的选取提供了理论支持。涡轮的关键几何参数包括:涡轮入口面积、叶轮入口半径9))、叶轮出口半径、叶轮入口叶高(79))、进出口叶片安装角9))、。比较了涡轮几何参数对发动机性能的影响,主要是对涡前排温和燃油消耗率的影响。基于涡轮预测模型和工作过程耦合计算模型,对涡轮关键设计参数及关键尺寸参数进行了敏感性分析和稳健性分析。基于涡轮增压器设计时的参数选取范围进行了敏感性分析,指出了涡轮设计时需重点关注的参数。基于涡轮增压器的制造公差范围进行了稳健性分析,得出关键尺寸对性能的影响,指出了加工公差控制的方向。计算结果显示,喷嘴环通流面积7)0))、蜗壳/值、叶轮轮毂比(9/、叶轮出口安装角(7,)对涡轮的通流能力的影响明显;叶轮出口安装角(7,)、叶轮轮毂比(9/、叶轮进口相对直径9))/、蜗壳/值对涡轮效率的影响明显;喷嘴环和叶片出口角的公差对增压器流量一致性影响最为显著。

关键词：涡轮增压器预测模型几何参数制造公差一致性

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涡轮增压器铝合金壳体低压铸造技术

涡轮增压器铝合金壳体低压铸造技术

2020重庆市铸造年会

作者：马东良刘佳佳马东辉高远中建安装集团有限公司山东建泽混凝土有限公司中国建筑五局山东公司恒大集团山东公司

本文系统地阐述了涡轮增压器铝合金壳体的低压铸造技术及其工艺参数如涂料、模具温度、加压曲线等控制要点,分析了壳体常见铸造缺陷的形成原因及应采取的解决措施。

关键词：涡轮增压器铝合金低压铸造

来源： cnki会议评论

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柴油机废气涡轮增压器流场特性研究

柴油机废气涡轮增压器流场特性研究

作者：李弘焘辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

当前废气涡轮增压器仅可在一定工作范围跨度的发动机下工作,若更改发动机则可能产生堵塞喘振等危害,同时,废气涡轮增压器直接接触发动机传出的废气且自身高速旋转,工作条件恶劣,内部流场环境复杂。为了实现将原本不匹配的发动机与涡轮... 详细信息

当前废气涡轮增压器仅可在一定工作范围跨度的发动机下工作,若更改发动机则可能产生堵塞喘振等危害,同时,废气涡轮增压器直接接触发动机传出的废气且自身高速旋转,工作条件恶劣,内部流场环境复杂。为了实现将原本不匹配的发动机与涡轮增压器匹配,需要建立控制废气旁通阀的控制系统并研究涡轮增压器内部流场,以期使原本不匹配的涡轮与发动机亦可获得更优秀的性能。对此,本论文做了以下工作。(1)使用GT-ISE软件建立发动机与涡轮增压器模型,通过控制涡轮增压器的废气旁通阀开度使涡轮机与发动机匹配,使发动机工作曲线始终位于涡轮机的高效率区内。而后建立整车模型,通过插值法实现行驶中所需各种数值的调取进而完成驾驶仿真。因离散式发动机模型运算时间极长,故将发动机与涡轮增压器及其控制模型抽象为单独发动机模型进行道路仿真实验,对有无涡轮增压器的发动机进行排放与油耗进行分析。(2)使用GT-ISE软件搭建完成整车模型与和其配套的发动机涡轮增压器模型,通过该软件计算出涡轮增压器的设计点,而后使用CF-Turbo软件建立涡轮增压器模型。使用ANSYS软件对涡轮机与压气机进行三种不同工况的流场、温度场、形变分析。(3)根据流场损失公式使用MATLAB对压气机叶片进行优化,通过对叶片五个参数改变,在不改变设计点的前提下,在CF-Turbo软件中对叶片进行重新设计,而后重新使用ANSYS在与优化前相同情况下进行流场、温度场、形变分析。该论文共有图103幅,表11个,参考文献74个。

关键词：涡轮增压器 GT-ISE fluent 流场优化

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涡轮增压器轴向力分析与止推轴承承载力评估

内燃机与动力装置 2021年第2期38卷 29-34页

作者：张健健马敏李伟王孝丽康跃科技(山东)有限公司山东寿光262718 机械工业内燃机增压系统重点实验室山东寿光262718 山东大学能源与动力工程学院山东济南250061

为研究涡轮增压器止推轴承评估及选用方法,利用数值模拟建立某型号涡轮增压器的有限元模型,使用NUMECA软件对涡轮增压器轴向力进行分析,将轴向力结果输入DyRoBeS,计算止推轴承不同油楔面下的油膜厚度,选择承载能力满足要求的止推轴承,... 详细信息

为研究涡轮增压器止推轴承评估及选用方法,利用数值模拟建立某型号涡轮增压器的有限元模型,使用NUMECA软件对涡轮增压器轴向力进行分析,将轴向力结果输入DyRoBeS,计算止推轴承不同油楔面下的油膜厚度,选择承载能力满足要求的止推轴承,并进行压气机性能试验。结果表明:压比的仿真计算与试验结果基本一致,在低速工况下重合性较好,高速工况下最大误差小于1%;效率的仿真计算结果较试验略低,误差范围为0.5%-2.0%,但仿真与试验的总体趋势一致,在小流量范围内误差更小。该方法能够在增压器初步配试阶段较精确地选择止推轴承,提高整机可靠性。

关键词：涡轮增压器止推轴承轴向力油楔面

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涡轮增压器密封性研究

涡轮增压器密封性研究

作者：金波北京理工大学

学位级别：硕士

随着人们对汽车运动性能、运输能力、燃油经济性能以及排放要求的提升,带有涡轮增压器的汽车越来越受到人们的青睐,并且在欧美国家得到了广泛的推广,带有涡轮增压器的汽车在国内也得到普遍的认可。在我国,涡轮增压器的产业已经进行了几... 详细信息

随着人们对汽车运动性能、运输能力、燃油经济性能以及排放要求的提升,带有涡轮增压器的汽车越来越受到人们的青睐,并且在欧美国家得到了广泛的推广,带有涡轮增压器的汽车在国内也得到普遍的认可。在我国,涡轮增压器的产业已经进行了几十年的发展,形成了相当大的规模,但是在产品的可靠性上一直存在着比较大的问题,导致在主机匹配市场上很难与国外一些成熟的品牌竞争,涡轮增压器的可靠性问题很大一部分表现在机油和气体的泄露上,而导致泄露的主要原因可以归结为涡轮增压器的密封性能不足,因此研究涡轮增压器的密封性,提高其密封性能及可靠性变得势在必行。本文针对涡轮增压器的密封性主要在以下四个方面开展了研究工作:1.对涡轮增压器涡轮端密封环的工作温度进行测试,采用一种温变油墨涂层的方式了解密封环的工作温度范围。由于密封环位置的特殊性和测试条件的限制,目前还没有人测试过密封环自身的工作温度,之前有研究人员利用温度传感器测试过密封环周围环境的温度,本文的测试方式能够直接测到密封环本身的工作温度范围,并利用测试数据对两种常见的材料加工成的密封环进行热应力以及热变形研究。2.针对密封环的正压力分布不均匀的现象,本文设计并加工出一套正压力检测装置,该装置能够有效的测量出密封环周向的正压力分布,这样就能大大的弥补目前常用的只对垂直于开口方向的一个方向的径向正压力进行检测的不足,使测量结果能够更加全面的反应出密封环的正压力分布情况。3.对密封环和壳体之间的接触进行仿真分析,研究了密封环的配合公差对密封环与壳体之间可能出现的径向间隙的影响,并根据仿真结果给出了仿真中所使用的密封环的尺寸公差限制建议。这种分析方法对于密封环的公差设定有一定的理论指导意义,可供工厂加工和设计时参考。4.对密封环进行动力学仿真分析,由于密封环是借弹性力涨紧在壳体的内壁上,壳体的振动会对密封环产生激励,本文首先对密封环进行模态分析,研究了密封环的前六阶振型,再在模态分析的基础上对密封环施加激励,对其进行谐响应分析,研究密封环的扫频特性,确定密封环在工作频率范围内的稳态响应。

关键词：涡轮增压器密封性温度测试正压力检测径向间隙仿真分析振动

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增压器高速电机宽速域无位置传感器控制

增压器高速电机宽速域无位置传感器控制

作者：刘祥哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

高速永磁同步电机由于其体积小,转动惯量小,具有较好的动态响应能力。电动增压技术利用高速电机驱动压气机,不仅能够提高发动机效率,也能改善涡轮滞后现象。为了实现对电机转速的精确控制,电机控制系统一般采用编码器和旋转变压器等机... 详细信息

高速永磁同步电机由于其体积小,转动惯量小,具有较好的动态响应能力。电动增压技术利用高速电机驱动压气机,不仅能够提高发动机效率,也能改善涡轮滞后现象。为了实现对电机转速的精确控制,电机控制系统一般采用编码器和旋转变压器等机械位置传感器获取转速与位置信息。传感器的增添不仅会增加系统的体积和成本,受机械强度影响,在高速领域下传感器的增加会降低系统的安全可靠性。为解决这一问题,本文针对涡轮增压器负载下的高速电机,设计了在宽速域范围的无位置传感器控制方案。首先,将涡轮增压器高速电机数学模型分为电机本体、增压器负载和控制器三个部分,对每个部分的数学模型进行分析,设计出高速电机的部分物理参数,借助空气动力学计算出增压器负载特性,结果表明,增压器负载转矩与转速呈现二次函数关系。在计算的电机电参数基础上,分析转速—电流双闭环系统PI参数调节方法,仿真表明设计的参数可实现额定工况下电机快速、低超调和无稳态误差的转速响应。其次,针对传统三次谐波反电势法因电机中性点无法引出导致三次谐波提取困难的问题,通过已有波形和数据,构建一个与实际三次谐波信号同频的信号;其次针对电机在重载状态下端电压的过零点被淹没问题,通过给定换相信号一个超前角解决淹没问题并提高过零点信号的检测裕量;采用二阶广义积分器—锁相环的结构估计转子位置角并用于超前导通角控制。研究结果表明所采用算法在带涡轮增压器负载的中高速阶段具有良好的转速和位置估计效果。针对模型参考自适应(MRAS)在低速阶段位置估计能力差的问题,在低速阶段电机采用I/F起动,针对变负载情况下I/F带载能力低的问题,通过估计转矩角对q轴电流进行动态补偿以达到MTPA控制效果,仿真表明改进算法能较好带增压器负载起动;其次分析了MRAS基本原理,构造MRAS转速自适应率,分析自适应率参数选取规则。研究结果表明MRAS在中高速阶段具有良好的转速和位置估计效果。最后,针对MRAS无传感控制对模型精确度要求高的问题,采用MRAS和递推最小二乘法对电机电感和磁链同步进行辨识;对系统工况变化时观测器的精度和动态响应能力进行评估,研究结果表明所采用的级联辨识系统具有良好的辨识能力。

关键词：无位置传感器涡轮增压器模型参考自适应递推最小二乘法

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涡轮增压器全浮环轴承稳定性分析

涡轮增压器全浮环轴承稳定性分析

作者：代静河北科技大学

学位级别：硕士

涡轮增压器既能够有效地提高燃油的燃烧和发动机的动力性,又能减少环境污染,在目前节约能源和减少环境污染的大环境下,涡轮增压器得到越来越广泛地应用。涡轮增压器全浮环轴承形成双油膜,可以提高转子的稳定性、减少摩擦损耗。本文以某... 详细信息

涡轮增压器既能够有效地提高燃油的燃烧和发动机的动力性,又能减少环境污染,在目前节约能源和减少环境污染的大环境下,涡轮增压器得到越来越广泛地应用。涡轮增压器全浮环轴承形成双油膜,可以提高转子的稳定性、减少摩擦损耗。本文以某涡轮增压器为研究对象,对涡轮增压器全浮环轴承系统的非线性动力特性和运动的稳定性进行分析。首先,本文概括了涡轮增压器的常见结构形式及分类、工作原理、增压的作用与方式、常见的故障及形成机理及未来发展趋势;推导了浮环轴承内、外层油膜的Reynolds方程,建立了全浮环轴承的非线性内、外油膜力模型,以Jeffcott刚性转子为基础,推导出了涡轮增压器全浮环轴承系统的动力学方程;本文对涡轮增压器全浮环轴承动力学方程进行编程,在转子偏心率、内外油膜间隙比以及润滑油粘度等参数变化下,利用Matlab软件对其进行仿真,研究了涡轮增压器全浮环轴承转子系统的动力学特性及其稳定性,并对仿真结果进行分析。仿真结果表明:全浮环轴承在不同参数下的动力学特性较为复杂,转子偏心率既可以增稳,又可以起到失稳作用,适当增大偏心量可以提高系统的稳定转速区间;设计浮环轴承的内外油膜间隙时,要选取较为适当的间隙比,同时尽量避免转子偏心量过大;润滑油粘度的改变对系统产生影响,合理的润滑油粘度可以提高系统的稳定性。

关键词：涡轮增压器全浮环轴承动力学特性稳定性仿真

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气动激励下的涡轮增压器整机振动分析与试验

内燃机学报 2024年第2期42卷 161-168页

作者：秦励伟刘贵升盆义红刘海景国玺张昊河北工业大学机械工程学院天津300130 天津市新能源汽车动力传动与安全技术重点实验室天津300130 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

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... 详细信息

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).

关键词：涡轮增压器气动激励流固耦合数值模拟

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系统参数对浮环轴承转速比的动态影响

四川大学学报（工程科学版） 2015年第3期47卷 160-166页

作者：张文静陈渭李培门日秀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陕西西安710049 中国北方发动机研究所柴油机高增压技术国家级重点实验室天津300400

转速比即环速比和轴颈涡动比是涡轮增压器浮环轴承系统的功耗和稳定性研究的重要指标。基于经典短轴承理论,考虑浮环和轴颈的回转变位角速度,推导出内外层非线性动载油膜力的解析模型。考虑轴系的偏心质量引起的离心力,建立了涡轮增压... 详细信息

转速比即环速比和轴颈涡动比是涡轮增压器浮环轴承系统的功耗和稳定性研究的重要指标。基于经典短轴承理论,考虑浮环和轴颈的回转变位角速度,推导出内外层非线性动载油膜力的解析模型。考虑轴系的偏心质量引起的离心力,建立了涡轮增压器浮环轴承系统非线性动力学模型。仿真得到环速比和轴颈涡动比随转速的变化曲线,并分析研究了不同转速下偏心质量、润滑油粘度、浮环结构参数等对环速比和涡动比的动态影响机制,及转速比对系统参数敏感程度的变化规律。为浮环轴承的设计研发和涡轮增压器浮环轴承系统的性能评价提供了重要参考。

关键词：浮环轴承环速比涡动比系统参数动载涡轮增压器