高性能船用渦輪船用增壓器設計技術(shù)

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

船用增壓器，即發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣增壓器，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機汽缸前的空氣先經(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)機功率。裝有增壓器的發(fā)動(dòng)機除能輸出較大的起飛功率外，還可改善發(fā)動(dòng)機的高度特性。
我國船用增壓技術(shù)長(cháng)期以來(lái)主要靠技術(shù)引進(jìn)、仿制制造為主，國內產(chǎn)品市場(chǎng)份額占有量不大，國內的船機增壓器市場(chǎng)基本上被ABB等國外增壓器公司所壟斷。隨著(zhù)排放法規的進(jìn)一步實(shí)施，迫切要求國內有相應的增壓器產(chǎn)品，滿(mǎn)足柴油機主機廠(chǎng)在研發(fā)出新產(chǎn)品后的增壓匹配需求，打破船用柴油機增壓器市場(chǎng)由外資品牌壟斷的不利局面。
技術(shù)開(kāi)發(fā)單位根據中低速船用柴油機的增壓匹配需求和使用環(huán)境、工藝制造問(wèn)題，將重型車(chē)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際先進(jìn)產(chǎn)品相當的、滿(mǎn)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)船用柴油機增壓匹配特性分析
建立船用環(huán)境柴油機工作過(guò)程模型，進(jìn)行船用發(fā)動(dòng)機性能以及增壓系統性能變化影響分析；建立增壓進(jìn)排氣系統三維模型，并利用一/三維耦合仿真，研究三維流動(dòng)耦合效應對各部件匹配的影響機理，為船用高性能增壓器的設計奠定基礎。
（2)壓氣機性能優(yōu)化分析
利用ConceptsNREC軟件進(jìn)行壓氣機葉輪、擴壓器和蝸殼的初步設計，采用一維和準三維流動(dòng)分析技術(shù)，初步分析壓氣機的速度、壓力分布，調整造型規律，滿(mǎn)足合理氣體流動(dòng)參數分布。采用壓氣機三維跨聲速流動(dòng)分析方法，進(jìn)行葉輪、擴壓器和蝸殼全工況全三維CFD計算，優(yōu)化幾何結構，減少流動(dòng)損失，提高壓氣機的氣動(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域流量范圍過(guò)窄問(wèn)題，利用有葉擴壓器的匹配與性能優(yōu)化，提高壓氣機的性能。通過(guò)壓氣機葉輪強度計算和可靠性分析，進(jìn)行結構優(yōu)化設計，在滿(mǎn)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
壓氣機葉輪銑削主要在原有工藝方案的基礎上，利用CAD/CAM技術(shù)進(jìn)行計算機三維建模、整體銑削工藝分析研究，進(jìn)行五軸數控編程、三座標測量驗證；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。
針對渦輪用高溫合金材料（K418）鑄造工藝，結合現有高溫合金材料的研究成果，分析研究凝固過(guò)程及結晶組織的檢測，找出零件結構、化學(xué)成分、冷卻速度、液相溫度等對凝固過(guò)程及結晶組織的影響，從而更準確把握凝固前沿狀態(tài)及結晶組織狀態(tài)。確定渦輪鑄造工裝系統、工藝參數，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(cháng)取向及分布狀態(tài)。

船用增壓器