高性能船用渦輪船用增壓器設(shè)計(jì)技術(shù)

發(fā)布日期：2016-07-13 13:25 來(lái)源：http://tzxyw.cn 點(diǎn)擊：

船用增壓器，即發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣增壓器，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸前的空氣先經(jīng)增壓器壓縮以提高空氣的密度，使更多的空氣充填到汽缸里，從而增大發(fā)動(dòng)機(jī)功率。裝有增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)除能輸出較大的起飛功率外，還可改善發(fā)動(dòng)機(jī)的高度特性。
我國(guó)船用增壓技術(shù)長(zhǎng)期以來(lái)主要靠技術(shù)引進(jìn)、仿制制造為主，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品市場(chǎng)份額占有量不大，國(guó)內(nèi)的船機(jī)增壓器市場(chǎng)基本上被ABB等國(guó)外增壓器公司所壟斷。隨著排放法規(guī)的進(jìn)一步實(shí)施，迫切要求國(guó)內(nèi)有相應(yīng)的增壓器產(chǎn)品，滿足柴油機(jī)主機(jī)廠在研發(fā)出新產(chǎn)品后的增壓匹配需求，打破船用柴油機(jī)增壓器市場(chǎng)由外資品牌壟斷的不利局面。
技術(shù)開發(fā)單位根據(jù)中低速船用柴油機(jī)的增壓匹配需求和使用環(huán)境、工藝制造問(wèn)題，將重型車用渦輪增壓技術(shù)推廣至船用領(lǐng)域，能夠研制出與目前國(guó)際先進(jìn)產(chǎn)品相當(dāng)?shù)摹M足IMO第三階段排放要求的新一代渦輪增壓器。
關(guān)鍵技術(shù)突破途徑
（1)船用柴油機(jī)增壓匹配特性分析
建立船用環(huán)境柴油機(jī)工作過(guò)程模型，進(jìn)行船用發(fā)動(dòng)機(jī)性能以及增壓系統(tǒng)性能變化影響分析；建立增壓進(jìn)排氣系統(tǒng)三維模型，并利用一/三維耦合仿真，研究三維流動(dòng)耦合效應(yīng)對(duì)各部件匹配的影響機(jī)理，為船用高性能增壓器的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。
（2)壓氣機(jī)性能優(yōu)化分析
利用ConceptsNREC軟件進(jìn)行壓氣機(jī)葉輪、擴(kuò)壓器和蝸殼的初步設(shè)計(jì)，采用一維和準(zhǔn)三維流動(dòng)分析技術(shù)，初步分析壓氣機(jī)的速度、壓力分布，調(diào)整造型規(guī)律，滿足合理氣體流動(dòng)參數(shù)分布。采用壓氣機(jī)三維跨聲速流動(dòng)分析方法，進(jìn)行葉輪、擴(kuò)壓器和蝸殼全工況全三維CFD計(jì)算，優(yōu)化幾何結(jié)構(gòu)，減少流動(dòng)損失，提高壓氣機(jī)的氣動(dòng)性能和全工況范圍的優(yōu)化匹配。
通過(guò)流動(dòng)控制解決高壓比工作區(qū)域流量范圍過(guò)窄問(wèn)題，利用有葉擴(kuò)壓器的匹配與性能優(yōu)化，提高壓氣機(jī)的性能。通過(guò)壓氣機(jī)葉輪強(qiáng)度計(jì)算和可靠性分析，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，在滿足可靠性要求的前提下減輕重量。
（3）關(guān)鍵件制造工藝分析
壓氣機(jī)葉輪銑削主要在原有工藝方案的基礎(chǔ)上，利用CAD/CAM技術(shù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)三維建模、整體銑削工藝分析研究，進(jìn)行五軸數(shù)控編程、三座標(biāo)測(cè)量驗(yàn)證；進(jìn)一步優(yōu)化加工工藝，解決加工過(guò)程中刀具和工件振動(dòng)，復(fù)雜曲面加工誤差等問(wèn)題，提高加工精度、縮短加工時(shí)間。
針對(duì)渦輪用高溫合金材料（K418）鑄造工藝，結(jié)合現(xiàn)有高溫合金材料的研究成果，分析研究凝固過(guò)程及結(jié)晶組織的檢測(cè)，找出零件結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、冷卻速度、液相溫度等對(duì)凝固過(guò)程及結(jié)晶組織的影響，從而更準(zhǔn)確把握凝固前沿狀態(tài)及結(jié)晶組織狀態(tài)。確定渦輪鑄造工裝系統(tǒng)、工藝參數(shù)，通過(guò)控制鑄件凝固方式，使鑄件獲得工藝所需要的晶粒生長(zhǎng)取向及分布狀態(tài)。

船用增壓器