涡轮增压叶轮范文

涡轮增压叶轮范文（精选7篇）

涡轮增压叶轮 第1篇

涡轮增压器原理

涡轮增压器的核心部件就是涡轮和压气机叶轮 (见图1) , 两者通过转轴连接在一起。涡轮增压器的工作原理很简单, 高压废气冲击涡轮使其高速旋转, 这个转速很高, 现在车用涡轮增压的转速 (12～20) ×104r/min, 同时带动叶轮高速转动, 叶轮能高速压缩空气。涡轮的作用是将废气的动能转化为转轴的高速旋转, 叶轮的作用是对空气进行压缩, 两者的形状完全不同, 气流的运动方向也完全不一致, 由于涡轮承受的是发动机高温高压的废气, 所以对材料的要求非常高。

叶轮加工刀路制定

五轴切削有着比传统切削特殊的工艺要求, 除了五轴切削机床和切削刀具, 还需有合适的CAM编程软件。一套优秀的五轴加工CAM编程系统应具有很高的计算速度、较强的插补功能, 全程自动过切检查及处理能力, 自动刀柄与夹具干涉检查, 进给率优化处理功能, 刀具轨迹编辑优化功能和加工残余分析功能等。数控编程时首先要注意加工方法的安全性和有效性;其次要尽一切可能保证刀具轨迹光滑平稳, 这会直接影响加工质量和机床主轴等零件的使用寿命;第三要尽量使刀具载荷均匀, 这会直接影响刀具的使用寿命。另外, 整体叶轮叶片薄, 扭曲大, 发生加工干涉的概率很高, 这是影响五轴编程质量的主要因素。即使很好地解决了以上问题, 还有一个重要问题就是要控制刀杆在运动过程中的突然变化, 因为刀杆的突变会直接影响机床在加工过程中坐标轴方向位移的突然加大, 甚至超出机床的运动极限。

叶轮是典型的自由曲面零件, 如果采用传统的C A M加工策略, 需要反复测试不同的加工方位, 耗费大量的时间进行调整, 既费时又难以保证精度, hyperMILL针对开式及闭式叶轮的加工均提供了专业的加工模组, 让即使是加工经验不丰富的使用者也可以在短时间内经过简单的设置, 编制出这一类用常规编程策略较难完成的零件加工NC程序。

1. 刀具选择

为提高加工效率, 在进行流道粗加工和流道半精加工过程中尽可能选用大直径球头铣刀, 但刀具直径必须小于两叶片间最小距离。在叶片精加工过程中, 应在保证不过切的前提下尽可能选择大直径球头刀, 即保证刀具半径大于流道和叶片相接部分的最大倒圆半径。在对流道和相邻叶片的交接部分进行清根时, 选择的刀具半径小于流道和叶片相接部分的最小倒圆半径。本次选择的刀具分别为直径25mm圆鼻刀、直径12mm球刀和直径8mm锥度球刀 (见图2!图4) 。

2. 叶轮加工夹具的选择

数控机床加工叶轮时, 为了保证加工精度, 必须使叶轮在机床上占据一个正确的位置 (即定位) , 然后将其压紧夹牢, 使其在正确位置上保持不变。加工叶轮时采用心轴定位 (见图5) 。

1.螺母2.垫圈3.心轴

3. 叶轮粗加工

对叶轮进行粗加工, 选择粗加工刀具, 设置刀路参数进行刀路设计, 加工采用圆鼻铣刀, 从中心向外缘两边叶片扩槽, 扩槽加工要保证叶形留有一定的精加工余量 (见图6, 采用流线铣削, 从导入侧进刀, 横向进给, 平行双向加工) 。通常情况下, 扩槽加工与精铣轮毂表面一次加工完成。由于此叶轮槽道窄、叶片高、扭曲严重, 加工编程需要根据驱动面来决定切削区域, 因此需要分两部分来加工。选择驱动面为轮毂面, 进行扩槽, 此时不能加工到轮毂表面, 还需进一步扩槽加工及叶片粗加工。选择驱动面为叶片表面的偏置面, 在叶片粗加工的同时, 进一步扩槽 (见图7) 。其规格为:圆鼻刀直径25mm, 半锥角2°, 此步选用的主轴转速8000r/min, 进给速度2000mm/min。

4. 叶轮流道精加工

对叶轮流道面进行精加工 (见图8) , 选择流道加工刀具, 进行参数设置, 设计合适的刀具路径, 在均匀余量下进行精加工, 可以保证良好的表面加工质量, 采用球头铣刀精加工, 且叶片最深处为45mm。考虑到干涉, 转子精加工刀具采用直径12mm的球头棒铣刀, 加工时主轴转速为10 000r/min, 进给速度5000mm/min。

5. 叶轮边缘加工

对叶轮边缘面进行精加工 (见图9) , 选择加工刀具, 进行参数设置, 设计合适的刀具路径, 最大圆角在靠近尾缘30%处。变圆角可以通过一次进给加工完成, 这时刀具球头部分最大为变圆角的最小半径。选择直径8mm的球头锥度刀具, 加工时的主轴转速为10000r/min, 进给速度为4000mm/min。和叶片、轮毂的精加工一样, 以上程序都要经过分度、旋转, 加工完全的轮毂或叶片再执行下一个程序, 保证应力均匀释放, 减少加工变形误差。

NC程序编制与切削加工

通过hyperMILL后处理, 生成NC加工程序, 后置处理 (POST) 编写是多轴加工中极其重要的一个环节。五轴编程常采用RTCP来进行编程, RTCP功能对机床运动精度和数控编程难度进行了简化。对于其他传统的数控系统而言, 一个或多个转动坐标的运动会引起刀具中心的位移, 而对于SIEMENS数控系统 (当RTCP选件起作用时) , 是坐标旋转中心的位移, 保持刀具中心始终处于同一个位置。在这种情况下, 可以直接编程刀具中心轨迹, 而不需考虑转轴中心, 这个转轴中心独立于编程, 是在执行程序前由显示终端输入的, 与程序无关。通过计算机编程或通过选件被记录的三坐标程序, 可以通过RTCP逻辑, 以五坐标方式执行。

为了进一步验证方案的可行性, 将程序分别传入DMU_80P机床与本公司自主研发的HDVTM160X108L-MC高档立式铣车复合加工中心, 对叶轮模型在实际机床上进行加工。粗加工去除了大部分材料, 但叶轮表面比较粗糙, 余量不均匀, 所以在精加工前需要进行半精加工, 精加工完成后, 叶轮表面质量良好, 实体尺寸参数和原始设计参数吻合, 对比效率、精度及表面质量都达到了理想的效果 (见图10) 。

设备优势

本公司自主研发的HDVTM160X10/8L-MC高档立式铣车复合加工中心 (见图11) , 既能完成大型立车具有的车削功能, 又能完成大型五面体龙门铣具有的铣削功能, 工件一次装夹后可高效率、高精度连续完成车、铣、钻、镗及攻螺纹等多种工序。选用数控系统西门子840D, 可实现12轴控制五轴联动功能, 机床配有直驱万能铣头和车铣双刀库, 万能铣头可与车削刀夹自动互换, 实现机床的铣车复合功能。此机床加工的典型工件是整体叶轮、大型锥齿轮以及核电发动机主轴。机床采用工作台移动、双驱消隙、高精度滚子轴承, 控制轴为X、Y、Z、W、C、B轴与C'轴, 设备可双摆或一转一摆进行加工, 确保产品质量。

我公司五轴技术水平在不断提升, 新购进的首台德马吉DMU_80P机床与自主研发的HDVTM160高精度铣车加工中心, 能够完成此类工件的加工, 不仅提高了效率, 而且提高了产品质量和精度, 保证了产品的性能, 满足关键零部件的加工需求。

结语

利用五轴联动机床进行叶轮加工, 加工难度大, 工艺复杂, 通过研究整体叶轮的加工方法, 优化合适的刀具路径, 为五轴机床提供正确的加工程序, 从而提升叶轮的整体加工水平。

涡轮增压叶轮 第2篇

涡轮增压器实际上是一种空气压缩机,通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮,涡轮又带动同轴的叶轮,叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气,使之增压进入气缸。叶轮是高速旋转件,轮缘切线速度高,对结构强度的要求也很高,并且叶轮中的流动情况非常复杂,对叶轮的设计水平要求也高。离心压气机属于叶轮机械,叶轮机械的性能在很大程度上取决于内部流动情况。因此,必须对其内部流场的细微结构和能量损失发生机理进行深入的研究,才可提高其气动性能,从而使叶轮机械气动设计提高到一个新的水平。然而,叶轮机械内部流动是实际中遇到的最复杂的流动之一,常规的试验研究和测量技术已经无法精确显示这些复杂的非定常流动现象,所以对于离心压气机内部流场的研究是一项既有理论价值又有应用价值的研究课题。当今对非定常、跨音速和粘性三维流场的研究构成了现代叶轮机械的主要研究方向,认清这些流动现象发生、发展的规律,对缩短叶轮机械设计周期、降低设计风险、改善叶轮机械气动性能以及探索叶轮机械气动设计的新方法都具有重要意义。

本文根据叶轮部分的通流尺寸参数,首先采用UG NX软件生成初步的叶片及流道三维外形三维实体模型,并在IECM CFD软件中生成网格模型,然后在ANSYS-CFX软件中设置边界条件、选择合适的计算模型、设置收敛准则等,对涡轮叶轮部分进行流动数值模拟分析。

1 仿真模型的建立

1.1 几何建模

本次造型通过UG NX来实现三维实体造型。根据叶轮机械内流动过程旋转周期的特点,叶轮的每一片叶片的运转情况完全相同,故在本次研究中,只需取叶轮中的一片进行详细分析,为了分析涡轮内的流场特点,需同时做出这一叶片所处的气体流道的实体模型。如图4.1,图中透明部分即为叶片,其余部分为流道(包括进口与出口延长出来的部分)。

1.2 三维有限元网格模型的建立

在IECM CFD软件中导入上步所得的IGES文件,对其进行四面体网格划分。首先,模型误差定义为0.001,接着对导入的实体模型各部分进行分类定义,在parts处通过create part命令分别定义出上面up、下面down、入口inl、出口out、两个周期面per1、per2及叶片表面blade,同时定义出所有线的集合curves,点的集合points,在入口流道内取一点body,以便在CFX中选择计算域。接下来,即是通过mesh命令生成网格。其中,叶片的进出口maxinum size设置为0.1,叶片表面及流道的进出口maxinum size设置为1,其余各面设置为3。这样做是为了区分网格的疏密,即在结构不同部位采用大小不同的网格,这是为了适应计算数据的分布特点。在本身尺寸较小的部位或者计算数据变化梯度较大的部位(如上面的叶片进出口处等),为了较好地反映数据变化规律,需要采用比较密集的网格。而在计算数据变化梯度较小的部位,为减小模型规模,则应划分相对稀疏的网格。接着,点击complete mesh即生成计算网格,如下图2和3中所示。

然后,用Pre-Mesh Quality命令对该网格进行质量检查并用Smooth命令对网格质量进行优化。网格划分后,生成314463个网格及55986个节点,经网格检测,结果如图4所示,在0～0.2之间无柱状物,网格质量比较好。

2 计算区域边界条件的设定

两大叶片之间的流场边界主要分为入口、出口、叶轮壁面和固定壁面。根据叶轮工作时的特点,还需要使整个流场沿叶轮的转轴有一个角速度,让流场中的气体受到离心力的作用。

边界条件设定如表1所示:

入口条件设定为压力入口边界类型,入口压力1.9atm,入口温度900K,本文中的模型为1/8叶轮流场,入口的方向为沿矢量(-10,0,0),即沿着X轴方向以10m/s的初速度进入涡轮增压器中,这样设定就是为了体现流体是沿着叶片方向进入涡轮叶轮的。出口条件设定为压力出口边界类型,气体出口压力为一个大气压。

叶轮壁面条件设定为相对静止壁面,相对于整个流场静止,而流场则绕叶轮的旋转轴,即Z轴以45000r/min的角速度转动,且角速度矢量方向沿Z轴负方向,叶轮周围壁面全部设定为绝热壁面,蜗壳的壁面为静止的绝热壁面,且壁面全设置为无滑移壁面。

3 数学模型

由于要进行涡轮的温度分析,所以考虑能量方程。

3.1 能量方程

式中u—流体的内能;z—流体的相对高;—传热率;—轴功率;—法向力的流动功率;—切向力的流动功率。

3.2 湍流模型

湍流模型选为k-Epsilon模型,湍流强度选5%。

(1)k方程[3]

(2)方程[3]

式中,U(i,j,k)—流体在i,j,k方向的湍流速度;μ—流体粘度系数;—关于动能、动能耗散率、密度的普朗特数,具体数值为σk=1,σε=1.3,σρ=0.9;C—修正系数,具体数值为Cμ=0.09,Cε1=1.44,Cε2=1.92,Cε3=0.8,Cε4=0.33。

4 计算结果分析

假设两个叶片表面1和2,过叶片表面1与表面2之间的相对运动流线所组成的流面,即为S1流面,如图5所示。由过几何中位线的相对运动流线组成的流面,即位S2流面,如图6所示。本文对所取S1、S2流面上的温度、压力、马赫数的流场分布图变化规律进行分析

4.1 S1、S2流面温度分布

涡轮叶片的最高温度为977.467K,低温度为655.379K。

如图7～10所示为S1,S2流面的温度云图分布,针对S1流面着重在0.1、0.5、0.9处进行了分析。从图中可以看到气流由入口到出口温度的变化趋势大致是由高到低的分布,只是在叶片的前缘附近和流道拐角处出现了温度最高值区域,这是由于气流突遇障碍物(叶片)流速突然减小,而任一截面上气体的焓和气体流动动能的和恒为常数,即滞止焓,故此处焓突然增加,温度升高。此外,滞止温度即总温,静温和速度c被绝热滞止后所达到的温度。滞止压强即总压强,可看成静压强为p,速度为c的流体被等熵滞止后得到的压强。

用公式表示如下:

经过叶片前缘后,流面的温度沿流面逐渐下降,直到叶片尾缘温度出现了急剧减小,出现温度的最低值,这是由于在此处产生了激波。所谓激波,即在叶栅的出口处,出现了跨音速气流,形成局部跨音速区,产生激波。由上滞止焓公式可知,此处速度达到跨音速,温度出现最小值。而后气流流速下降,在后面的流道中温度有所回升。

4.2 S1、S2流面压力分布

图1 1～14所示为S1,S2流面的压力云图分布,同对温度进行分析时相同,对S1流面取了0.1,0.5,0.9三处进行着重分析。从图中可以看出压力变化也基本呈现出从高到低的趋势,在入口段,气体压力基本保持不变,流过叶片的过程中压力逐渐减小,压力极小值发生在叶片尾缘,而后压力逐渐上升。对比上面的温度变化趋势可以看出,温度同压力的变化趋势基本一致。

若将此处的气流视为理想气体。对理想气体来说,在理想状况下有:

在流动过程中,近似认为气体密度不变,R为理想气体常数,则认为压力与温度近似成正比例关系,故压力分布与温度分布应该是近似的,与上文得到的仿真结果吻合。

4.3 S1、S2流面马赫数分布

图15与图16所示为S1、S2流面的马赫数分布图,从图中可以看出,流面的马赫数在叶片前缘和流道拐角处出现极小值,而在叶片侧面流速逐渐增大,在叶片尾缘出现了流速的极大值。接着,速度又减小至平稳。

这是因为首先,气流在叶片前缘出现了滞止,速度下降至最小,接着气流速度开始增大,直至在尾缘处出现激波,速度达到最大。接着,叶片出口边处附面层的分离,在尾缘处形成涡流区,即尾迹,在尾迹区内气流的压力和速度与主流区相差较多,经相互的扩散掺混,使叶栅后的气流逐渐变得均匀。均匀化后的气流速度低于原来主流的速度,使动能受到损失,即尾迹损失,即有速度减小。

同时,据上面的滞止焓公式,若将气流视为理性气体,速度c与温度T的变化趋势保持相反。从上面图示与分析中,可以看出仿真效果与理论完全相符。

5 结论

本研究清晰地展现了叶轮内部的流动情况,即流体压力、温度和速度的分布情况,并认清了这些现象的发生发展规律。研究结果表明,这种对叶轮内部流场进行CFD数值模拟的方法对缩短叶轮机械设计周期、降低设计风险、改善叶轮机械气动性能以及探索叶轮机械气动设计的新方法都具有重要意义。

参考文献

[1]张树勇,等.中冷一体化蜗壳[P].中国专利:2011101395495.2011-05-25.

[2]梁晓瑜,毕玉华,申立中,叶年业,雷基林.涡轮增压器压气机内部流场的CFD分析[J].小型内燃机与摩托车,2007,36(5):12—14.

[3]任洪娟,马其华,田永祥.涡轮增压器蜗壳内三维流场模拟分析[J].拖拉机与农用运输车,2009,(6):87—89.

[4]肖昕,李云清.车用涡轮增压器蜗壳内三维流场模拟分析[J].汽车技术,2011,(9):1-3.

[5]陈钢,闫健菲.涡轮增压器压气机级性能仿真预测研究[J].车用发动机,2011,(6):67-70。

涡轮增压器的拆装 第3篇

一、涡轮增压器的分解

(1) 拆卸前先做好压气机壳与涡轮壳之间、涡轮壳与轴承体之间相互对应位置的记号。在拆卸中, 严禁锤击, 尤其是叶轮、涡轮和轴, 应轻拿轻放, 防止磕碰。

(2) 用扳手松开压气机壳后板上的螺栓, 拆下压气机壳;拆卸时可用木锤、铜棒均匀敲打壳体四周, 拆下涡轮壳, 检查压气机叶轮是否损坏。若螺栓锈蚀难拆, 可将涡轮端放在煤油中浸泡10 h以上, 再拆卸就容易多了。

(3) 拆压气机叶轮前, 做好涡轮转轴、压气机叶轮、轴端螺母相对应位置记号。在清洗时不得擦掉记号, 以免装配时记号不清, 破坏动平衡。用扳手夹住涡轮端的六方头, 用另一扳手松开压气机端的锁紧螺母, 拆下压气机叶轮。

(4) 松开涡轮壳压板螺栓, 拆下涡轮壳 (允许用铜棒敲打壳体四周) , 拆开后, 检查壳体表面有无裂纹, 涡轮叶片是否损坏。

(5) 用扳手夹紧涡轮端头部后, 再用另一支扳手松开轴端螺母。手握叶轮左右扭动向上提取, 取下压气机叶轮。

(6) 用木锤轻轻敲打压气机轴端, 取出涡轮转轴, 拆卸后检查轴颈有无烧蚀与磨损状况, 以及密封环在环槽内相互位置 (正确位置是两环开口错位180°) 。

(7) 取下隔热板, 松开背盘螺栓。在取出涡轮和涡轮轴总成、隔热板时, 不要碰伤浮动轴承内表面, 将涡轮和轴总成放在稳固可靠并富有弹性的胶板上, 然后取出涡轮轴上的密封环。检查O形橡胶圈是否损坏, 不得将O形橡胶圈沾上机油。

(8) 取下挡油板及止推轴承板, 检查止推轴承板上油槽、油孔是否堵塞, 止推轴承板有无压伤或压裂。

(9) 取下止推片、间隔套和轴承挡圈, 检查有无烧蚀。

(10) 取出浮动轴承, 检查轴承、轴承体内、外回转表面的磨损状况, 及密封环的磨损情况, 清除轴承体回油腔积碳。

(11) 拆下轴密封套、密封环, 检查密封环开口是否错开180°, 以及检查环槽磨损情况和密封环弹力减弱情况。

二、增压器零件的清洗

增压器拆卸完毕后, 应将所有零、部件清洗干净。清洗时, 不得使用金属或其它硬刷子, 尤其对叶轮、涡轮及轴总成的清洗。选择洗涤剂应能在不损伤金属材料的情况下清除硬的沉积物。

(1) 将所有的零件放在一个分格的金属丝吊篮中, 这样, 零件就不会因为相互接触而损伤。不要将零件堆积在吊篮中。应避免损伤所有的精密机械加工零件的表面。

(2) 不得使用化学溶液或任何类型的能使零件损伤的溶剂。仅可使用经过批准的清洗溶剂。零件也可以用热肥皂水、无机酒精或用蒸气清洗。

(3) 要使用软鬃刷清洗零件, 决不可使用钢丝刷或任何其它类型的带有硬毛的刷子。

(4) 为了清除由于清洗而掉下的脏物, 必须从机油回油端冲洗轴承壳中的机油道。如果时间允许, 应让零件在准许的清洗溶剂中浸泡12～24 h。完成上述步骤后, 用泵将溶剂再次压入油道, 以冲除松动的脏物颗粒。

(5) 放出清洗溶剂并用蒸气冲洗零件以去除所有的积碳和油脂。

(6) 吹去多余的水分并用无水分的压缩空气吹干。

(7) 小心地将零件放到一个干净的箱子中, 以免损伤和弄脏。

三、增压器的装配

增压器的装配次序与上述的拆卸次序相反。但装配时注意:

(1) 装配前增压器的所有零、部件都要认真清洗干净, 尤其是中间体各油孔、浮动轴承、止推装置的所有零件, 更要严格清洗。安装时各摩擦面应加润滑油, 以防止零件拉伤。经过浸泡不能除去积碳层的零件, 必要时可用毛刷清除, 但不得用金属或其它硬刷子。

(2) 叶轮必须经过单件动平衡校验, 转子总成必须经整体动平衡校验合格后, 才可装配。

(3) 涡轮端和压气机端两密封环开口互成180°装入, 密封环开口相对于中间体进油口成90 °。

(4) 装好压气机叶轮后, 用锁紧螺母压紧, 其拧紧力矩为14～15 N·m, 使涡轮轴、压气机叶轮及锁紧螺母的相对位置记号对齐。

(5) 装配间隙值应满足相应型号的增压器主要技术数据的要求。

废气涡轮增压系统应用剖析 第4篇

一、涡轮增压原理

为更好地了解涡轮增压原理, 有必要从进气角度开始作几点描述:

(一) 配气相位剖析

配气相位图清晰地反映发动机工作时对进排气、点火的要求。为什么需要提前进气又要滞后关闭进气门, 目的就是要减少进气阻力并获得足够的进气量、增加压缩比, 提高发动机的动力输出。理论上, 按进气滞后角30°体积进气率1/2 (1+cos30°) 100%, 若此时与大气压相等则气缸满足进气率约94%, 进气门关闭滞后角45°进气率85%左右, 进气门关闭滞后角60°则只有75%左右。研究数据表明, 一般发动机的进气只能满足60%~70%的进气率, 设计精良的发动机能获得80%的进气率, 因为实际上有气门的进气阻力和流速限制, 且一般进气门关闭滞后角为40°~80°。有资料研究表明一般的发动机每提高1%进气率, 输出动力可提高3%。

(二) 供给系统发展

供给系统较早使用单腔化油器, 后来应用双腔化油器, 为解决负载增加而供气不足和混合气雾化的问题而普遍换代应用双腔化油器。四气门、五气门进气系统解决了进气阻力部分弱点和加速汽油雾化, 在高端大排量发动机中得到应用。

电子喷油器和进气电子计量完全改变了汽车的发展观念, 进气通道不受喉管因素且压力喷油雾化优良, 但对解决高进气率, 特别在大负荷输出时不理想, 于是有了双通道进气歧管技术, 改变气门升程技术等。涡轮增压系统及直喷技术的研究应用, 很好地解决了这个难题, 超过100%的进气率, 汽油雾化更好, 使发动机满足了动力的要求, 过量的空气在多喷油下也能使汽油充分燃烧, 动力增加。

(三) 废气涡轮增压技术

废气涡轮增压系统是利用发动机废气排放为动力, 当废气排放达到一定条件时推动涡轮转动, 涡轮通过同轴刚性连接带动进气通道的叶轮, 叶轮相当于鼓风机将进入的空气离心加速加压送入气缸的一种装置。废气涡轮壳由宽变细增加废气流速, 废气涡流高速冲击涡轮转动, 压缩涡轮壳由窄变宽降低进气速度利于散热。

(四) 直喷技术

传统发动机和单点喷射发动机的汽油是在节气门附近与空气混合, 通过进气岐管内的气流作用加强前期雾化后到进气门;多点喷射的汽油在进气门附近喷射, 流动的空气冲击并进入气缸利用涡流进一步汽化, 压缩点燃。这些都是汽油与空气在气缸外就进行混合。

直喷技术是较高压的汽油在气缸内当压缩行程开始后与点火之前通过缸内高压喷嘴雾喷, 利用进气旋流与空气混合汽化点火燃烧的技术。直喷最佳技术是压缩到活塞顶部离上止点曲轴转角60°~40°时 (注:来自汽车之家网) 点火前喷射, 汽油分层燃烧、稀薄燃烧。

二、废气涡轮增压系统的应用

(一) 性能优势

废气涡轮增压系统最早应用在柴油车上, 经过不断的研究开发, 成熟的汽油机增压系统得到越来越多欧洲车型应用, 使用了增压系统后动力性能在同排量的基础上得到动力提升。看下面有两组数据:

这组数据表明采用涡轮增压的帕萨特1.8T发动机在4000转/分钟可获得210牛*米的最大扭矩, 每升汽油扭矩比帕萨特1.8L多出了20牛*米, 功率多出了14KW, 缸内直喷发动机迈腾1.8TSI在1500转/分钟就获得了最大的扭矩转速, 最大的扭矩可达到250牛*米比帕萨特1.8L多出78牛*米, 比帕萨特1.8T多出40牛*米。由此可见, 单纯的涡轮增压进气系统比传统吸气优越, 缸内直喷技术与涡轮增压的结合得到更加充分的发挥。

从这组数据看出, 小排量发动机要获得最大功率的转速明显比大排量发动机难度要高, 产生相同功率的油耗略少但相差不大, 而最大扭矩也明显比大排量发动机相差较大, 采用了涡轮增压和直喷技术的小排量发动机1.4TSI却能在1750转/分钟以上就可得到最大的扭矩转速, 比速腾2.0L的扭矩还要大。采用涡轮增压技术的发动机升功率 (KW/L) 明显地约高出20%以上, 结合直喷技术后可明显地高出30%~40%, 环保优势也尽显。直喷技术的应用使越来越多的汽车生产商跟上发展的步伐, 大众汽车公司2005年推出首台2.0TSI发动机以后, 到2010年已经有25%的汽车制造商使用涡轮增压发动机, 欧洲有50%的汽车使用了这项技术, 小排量发动机进气增压和直喷将会是以后一段较长时间民用汽车发展的主流方向, 广本新飞度也使用直喷。

(二) 理解原理正确使用

从涡轮增压器的结构组成及工作原理可以看到, 增压器在高温高速下运行, 冷却机油的密封也很严格, 正确使用是增压器正常运行和延长寿命的关键因素, 在增压器运行时和运行后不能立即熄火, 要养成良好的行为习惯。

(三) 保养

对增压器经常性的保养内容主要包括有:涡轮增压器外观颜色及清洁情况、机油变化情况、空气滤清器情况及各接管接口情况等, 一经发现异常应立即查找原因并给予排除, 定期更换润滑油。

三、改进运用

涡轮增压器是结构严密的整体, 是发动机外部的主要优化系统部件之一, 这个部件不运转对发动机正常工作不会构成很大的影响, 不用这设备就和一般发动机一样, 所以发生故障后不要立即就更换, 必须要经过详细诊断分析, 以免造成不必要的损失。

在使用中主要集中的问题是机油对增压器的冷却, 由于发动机熄火后机油泵停止工作而引发故障。别克1.8T或2.0T以上的车型很多装有延时熄火系统, 额外消耗燃油。在发动机中植入电动机油泵和单向阀, 以电门开关ACC控制电动机油泵工作, 即使熄火只要停留在ACC开关也就使增压器冷却得以进行, 既节能又能减少增压器故障率, 如在此基础上利用电延时技术更加能避免误操作产生的增压器故障。

四、结语、展望

科技发展日新月异, 起动和怠速下燃油燃烧的确仍存在很大的环保问题, 在现有的低排量进气加压和直喷发动机下汽车加装微混合动力也完全有可能, 弥补怠速运行下涡轮增压存在的不足而更有发展潜力。直喷技术的应用也有可能使用更环保的混合燃料, 如甲醇与汽油及少量的柴油混合燃料等。让我们期待汽车技术向更新发展迈进, 同时在汽车上多点改进, 感受汽车带给人们的乐趣。

参考文献

涡轮增压器的故障诊断 第5篇

涡轮增压器是利用发动机的废气能量使涡轮机叶轮转动, 涡轮机叶轮驱动压气机叶轮, 压气机叶轮将空气压缩后向发动机提供燃烧用的压缩空气。这些高温、高压空气可以与发动机喷嘴喷入更多的燃油与之按比例混合, 从而提高了发动机的输出功率。工作原理见图1。

涡轮机、压气机的叶轮和轴均由轴承座中的两个轴承支撑, 轴承座内的润滑油道把经过过滤后的清洁机油导入轴承。这部分机油在润滑和冷却后, 经回油管从轴承座流回发动机油底壳。

在车辆使用中, 应注意防止回油管阻塞, 因为受阻会使涡轮增压器轴承负荷增加, 造成机油从油封处泄漏。必须使用优质机油, 并按规定保养里程定期更换机油和机油滤清器。

涡轮增压器不能随意改动, 尤其是废气旁通阀部件, 随便改动会导致进气和排气歧管压力不正确, 从而引起气缸压力和热负荷升高, 降低耐久性。

ISLe发动机使用废气旁通阀式增压器, 它的优点是既可以快速升压, 又可以保证发动机在较高的转速下运转时, 涡轮机不会超速。

废气旁通阀由一个执行器控制工作, 这个执行器可以感受到压气机的压力, 并使这个压力与一个预设弹簧负载平衡。废气旁通阀安装在涡轮机进口通道中, 当阀门打开时, 废气旁通阀通过分流涡轮机叶轮周围的一部分废气, 从而控制轴的转速和增加压力。

2 故障诊断

2.1 涡轮增压器零件失效

涡轮增压器零件失效会降低涡轮增压器的增压效率, 使排气增多、输出功率降低。例如轴承磨损或烧蚀故障会产生摩擦, 使转子总成转速减慢。同时, 轴承损坏后还会使涡轮增压器转子总成的叶片摩擦机壳, 从而导致转子总成的转速降低。

涡轮增压器废气旁通阀故障或该阀门标定不正确, 均会导致增压压力过高或过低。特别是增压压力过低会引起排烟过多和功率降低;增压压力过高又会造成机油泄漏, 甚至损坏发动机。

2.2 机油消耗与泄漏故障

发动机主油道压力机油用来润滑轴承, 并冷却涡轮增压器。机油在发动机工作压力下通过供油管供给涡轮增压器轴承进行润滑和冷却, 之后经过增压器底部回油管流回油底壳。涡轮增压器转子总成的每一端都有密封油封, 用于阻止废气和压缩空气进入涡轮增压器壳中。

如果曲轴箱的压力过大使机油无法从涡轮增压器回油, 就会增加转子总成轴承的负荷, 使机油从压气机密封处泄漏, 进入发动机。对于带催化转化器的发动机发生涡轮机密封处泄漏, 机油进入排气系统, 在维修时应检查排气阻力。

机油回油管阻塞或损坏, 将会引起涡轮增压器壳体压力增加, 导致机油从密封圈处溢出。如果发生上述泄漏, 应清洗空—空中冷器、清洗掉进气系统中的机油。

2.3 涡轮增压器增压压力下降, 发动机动力不足

涡轮增压器增压压力下降、增压比降低, 说明进入气缸的充气量减少, 导致柴油机动力下降, 燃油消耗量和排气温度将会提高。

造成涡轮增压器增压压力下降, 增压比降低的原因是:

(1) 空气滤清器滤芯脏、灰尘多而造成堵塞, 使进气阻力增大, 增压压力下降。

(2) 压气机内部气道粘附有油垢、中冷器内部气道也粘附有油垢, 使气流流通时阻力增加, 压气机压力下降、效率降低。

(3) 压气机轴密封圈损坏, 气流泄漏, 压力下降。

(4) 涡轮转子部件因柴油机燃烧不良、严重积碳以及浮动轴承损坏等原因使涡轮旋转阻力增大, 涡轮转速下降, 导致增压压力下降。

(5) 排气管消声器堵塞, 排气不畅, 使涡轮排气背压过高, 也会导致增压压力降低。

(6) 柴油机气缸套、活塞、活塞环、气阀和气阀座圈等零部件磨损严重, 增压空气进入气缸后泄漏量增大, 使增压压力及压气机效率降低。

根据上述分析得出的故障原因, 应有针对性地清理堵塞的滤芯或进行更换;清理气道内的油污垢, 使气流畅通;更换密封圈;清除转子轴粘附的积碳, 更换浮动轴承;疏通排气管道, 使之通畅;视情更换配合副, 如气缸套、活塞、活塞环和气阀等;附着的油污需彻底清理, 以减小空气流通阻力, 提高增压压力。

2.4 涡轮增压器噪声

涡轮增压器运转时发出的嗡嗡声是正常的, 这种噪声强度随发动机的转速和负荷变化而变化。产生噪声的根源是由于转子总成高速运转 (转速达70 000~100 000 r/min) 和制造时用于平衡转子总成的方式引起的。所以发动机在高速运转时, 噪声最大。

发动机转速较低时发出声调较低的咔嗒声, 说明系统中有碎屑或转子总成碰撞壳体。在检查时, 应拆下涡轮增压器进气管, 检查有无异物, 检查涡轮增压器叶片是否损坏以及轴承间隙的大小。

2.5 涡轮增压器使用中的注意事项

为避免涡轮增压器出故障, 在使用中应注意的事项是:

(1) 发动机启动后, 特别是在寒冷的冬天, 应怠速运转5 min以上, 等待机油压力达到0.25 MPa以上, 才可起步上路, 同时冷却液温度应高于75℃、油温高于50℃。否则, 容易使增压器浮动轴承、密封环因缺油而损坏。通过起动预热运转发动机, 仔细检查涡轮增压器运转是否正常。

(2) 发动机熄火前, 应使发动机怠速运转5 min以上, 直到增压器转速降低之后再熄火。严格禁止在熄火前猛踩加速踏板后熄火, 因为这样机油会停止循环, 而增压器转子由于惯性仍在高速旋转, 此时的转子轴与轴承处于半干摩擦状态下运转, 使轴承、密封环发生早期损坏。

(3) 长期停驶的增压柴油机, 在启动前应对增压器进行润滑, 可将增压器进油口凸缘拆下, 从进油口处倒入适量机油并用手转动叶轮旋转, 防止缺油。

(4) 润滑油管路应在柴油机运行1500 h时清洗检查1次, 以保持管路畅通。

(5) 增压器的进、出胶管和卡箍应无破损、松动, 连接牢固有效。

摘要：涡轮增压器是高压共轨电控柴油机进气系统的主要工作部件, 空气经过空气滤清器吸入涡轮增压器的压气机侧, 然后通过中冷器管进入中冷器, 经过进气电加热器和进气歧管、进气门通道后被吸入气缸。介绍了柴油机涡轮增压器的工作原理及其常见故障的维修, 仅供维修人员参考。

涡轮增压叶轮 第6篇

某电厂脱硫增压风机型号：AN40e6，由成都电力机械厂制造，运行时间1800h，环境温度160℃。叶轮直径4000mm，重5t，水平布置，每年定期更换。紧固螺栓型号为M30mm×110mm、8.8级，材质为#45钢、经热处理，生产厂家为天津园艺橡胶密封件厂。

螺栓样品共六根，在风机叶轮上分布示意如图1。为防止转动松脱，螺栓紧固后用钢筋焊接在一起。

2 试验分析

2.1 断口形貌

断裂螺栓均从螺杆根部断裂，对样品断口进行宏观检查。

其中2至5号螺栓样品，断口形貌相似，均为平断口。断面呈现出与裂纹扩展方向一致的放射状线条，放射状线条是高应力下裂纹高速传播的证据，方向与外界主应力一致，裂纹源即为主应力区域，说明螺栓样品在高应力下发生瞬时脆性断裂。图2为2号～5号螺栓脆性断口宏观形貌图。

1号螺栓样品断口宏观形貌如图3。断面起伏较大，棱角尖锐，形态与脆性断口的撕裂棱相似。螺杆部位有擦伤的痕迹，说明该螺栓在高速运转过程中发生脆性扭断，而后继续运行，造成螺杆部位的碰撞擦伤。

6号螺栓为第一个断裂的螺栓，断口宏观形貌如图4。断口呈现出明显的疲劳断裂的特征，断面有疲劳源区、疲劳裂纹扩展区和瞬时破断区。

将1号～6号螺栓断口在低倍显微镜下逐一进行观察，6号螺栓断口可见清晰的贝纹状的疲劳条纹，如图5，有规则的间距，垂直于裂纹的扩展方向，每个条纹对应一次应力循环，圆弧的中心即为疲劳裂纹源，即主应力区域。明显的贝纹状疲劳裂纹扩展区，是疲劳断口最重要特征区域。图6为断口示意图。

2.2 工艺尺寸检验

取同批次完好螺栓进行加工工艺尺寸检验。根据GB/T 3105-2002《普通螺栓和螺钉头下圆角半径》的规定，M30mm×110mm螺栓应加工出最小半径1mm的头下圆角半径，示意如图7。对照同批次螺栓实物，如图8，经过检查发现，同批次螺栓连同断裂螺栓均无头下圆角半径，易在螺栓头部与螺杆根部的交接面，即此次螺栓断裂面，造成应力集中。应力集中区域一旦有夹杂、微裂纹等缺陷存在，极易在螺栓高速运转过程中形成裂纹源，诱发螺栓断裂。

2.3 成分分析实验

对6号螺栓进行成分分析，试验结果见表1。

单位：%

经成分分析，螺栓化学成分符合标准GB/T 699-1999《优质碳素结构钢》对#45号钢的规定。

2.4 硬度实验

螺栓取样进行硬度试验，结果见表2。

螺栓硬度符合GB/T3098.1-2000《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》的标准规定。

2.5 冲击实验

在断裂的螺柱上取样进行冲击试验，结果见表3。

螺栓的冲击吸收功符合GB/T3098.1-2000《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》的标准规定。

2.6 金相组织

在6号螺栓螺柱断口表面取样进行金相试验，金相组织为：少量铁素体+回

3 实验结果分析与讨论

3.1 根据成分分析结果，第一个断裂的#6螺栓的化学成分符合国家标准，螺栓的断裂失效与材质无关。

3.2 经冲击试验，螺栓的冲击吸收功符合国家标准。

3.3 经硬度试验，螺栓硬度值符合国家标准。螺栓断裂失效与力学性能无关。

3.4 经加工工艺尺寸检查，螺栓加工工艺不合格。螺栓无头下圆角半径，极易在头部与螺杆交接部，即此次螺栓断裂面，造成应力集中。应力集中区域一旦有夹杂、微裂纹等缺陷存在，极易在螺栓高速运转过程中形成裂纹源，诱发螺栓断裂。

3.5 经金相检验，螺栓金相组织为铁素体+回火索氏体，组织合格。

3.6 经断口检查，1号螺栓断口为扭断断口，该条螺栓在高速运转过程中被扭断撕裂。2-5号螺栓为脆性平断口，在高应力下发生瞬时断裂。6号螺栓断口为疲劳断口，断面有疲劳源区、疲劳裂纹扩展区和瞬时破断区，其中明显的贝纹状疲劳裂纹扩展区，是疲劳断口最重要特征区域。6号螺栓为第一个断裂螺栓。

3.7 低倍显微镜下的断口形貌进一步证实了6号螺栓的疲劳断裂。

3.8 由以上分析可见，由于螺栓加工工艺不合格，造成螺栓头部与螺杆交接部存在应力集中。6号螺栓由于存在疲劳断裂源而最先断裂，之后叶轮带动其余紧固螺栓继续高速运转，1号螺栓迅速发生扭断后，其余4条螺栓无法继续承受超出自身承受范围的高应力而发生瞬时断裂，最终造成此次失效事故。1至5号螺栓由于在相同部位存在应力集中，加快了此次断裂失效进度。

4 结语

此次脱硫增压风机叶轮紧固螺栓失效事故为疲劳断裂引发的脆性断裂。经各项分析，排除材质、力学性能、显微组织等原因，螺栓的早期失效，是由于加工工艺不合格，造成螺栓头部与螺杆交接部存在应力集中，在高速运转过程中，6号螺栓由于形成疲劳断裂源而最先断裂。之后叶轮带动其余紧固螺栓继续高速运转，由于在相同部位存在应力集中，加快了脆性断裂进度，致使1号螺栓迅速发生扭断后，剩余4条螺栓无法继续承受超出自身承受范围的高应力而发生瞬时断裂，最终造成此次失效事故。

摘要：某电厂脱硫增压风机(轴流式)叶轮在使用中发生紧固螺栓断裂失效事故,为此运用断口形貌、螺栓材质、工艺尺寸、力学性能、显微结构等分析手段,对断裂螺栓进行失效分析。结果表明,由于螺栓加工工艺不合格,无头下圆角半径,造成螺栓头部与螺杆交接部位存在应力集中。个别螺栓的应力集中区域在高速运转过程中形成裂纹源,并逐步发展为疲劳断裂,后诱发其它螺栓的脆性断裂,最终造成此次事故。

涡轮增压器的装配与安装 第7篇

一、涡轮增压器的装配

装配时, 注意所有的零件和工作场所不得有润滑脂、机油和灰尘, 这样就可使增压器在装配过程中没有“磨料”进入。

1.将密封环放置到转子轴涡轮一端的槽中。当密封环开始进入有倒棱的孔腔中时, 必须注意适当地压缩密封环;

2.将涡轮叶轮和轴插到轴承壳中;

3.用干净的润滑油润滑转子轴和增压器轴承。将增压器轴承套到轴上并插到轴承壳孔中;

4.使用一段管子或心轴将止推垫圈顶住在轴的端沿, 检查增压器轴承在轴上的端隙。此间隙应符合规定;

5.将新的止推垫圈安置到涡轮轴上, 使止推垫圈上的记号与轴端的平衡记号相对准。垫圈上的平衡记号必须朝外。如果垫圈上无记号, 则两边均可朝外;

6.用清洁的润滑油润滑油封板孔。将油封密封环装入油封板孔的引导腔中。用轻轻的压力压缩密封环并将油封套推入孔中。一定要使油封套的边缘与油封板的叶轮端相齐平。注意从油封板的内侧安装油封总成, 密封环必须向着板的外侧;

7.润滑新的黑色O形环, 并将其装到油封板的槽中。在轴承壳孔中涂上一层润滑剂。将油封板套到轴上, 并使油封板的轴承座盖住增压器轴承凸缘的两侧。将油封板压到轴承壳中, 直到该板顶到凸肩时为止。注意在安装油封套前, 要检查止推垫圈上的记号与转子轴端上的记号是否对准;

8.支住转子并小心地将整个总成移置于压力机上;

9.用高压润滑脂润滑转子轴外径, 并将压缩机叶轮安置在轴上。使压缩机叶轮上的平衡记号与轴端的平衡记号相对准。将空气压缩机叶轮压装到轴上, 直至叶轮顶到套筒时为止;

10.在转子轴上安装新的锁紧螺母。用扭力扳手将螺母旋紧到最大扭矩13.6～14.7 N·m。注意不要将螺母拧得过紧, 否则将使轴产生变形、止推垫圈扭曲, 从而可能出现漏油现象;

11.为防止卡住, 要用一种耐热油脂润滑涡轮壳孔;

12.使涡轮一端朝下, 将转子总成插入涡轮壳中。对准拆卸前做好的记号, 如果所有的零部件均得到了适当的清洁, 那么用手即可将它们装入壳中而不需使用压力来装配;

13.将新的红色O形环安装到轴承壳的槽中;用柴油机机油少许润滑O形环, 以防止在安装压缩机壳时刮坏O形环;

14.安装空气压缩机壳, 并对准记号;

15.将V形箍带安置在两外壳的周围, 使V形箍带上的开口与机油进油口和回油口对好。用新的螺栓、平垫圈和锁紧螺母将箍带紧固。扭紧螺母到规格力矩。检查涡轮壳和V形箍带之间的间隙, 最小间隙必须为0.89 mm。注意不要超过推荐的扭矩值, 否则将会引起箍带变形和箍带松弛。在使用过程中不要再扭紧箍带;

16.按如下方法检查增压器涡轮一端和压缩机一端的径向间隙, 将转子轴轴向推压, 用厚薄规检查叶轮顶部与孔之间的最小距离。对于T-35型增压器, 空气压缩机一端的间隙必须为0.028～1.039 mm;涡轮一端的间隙必须为0.058～1.008 mm。使用百分表检查总端隙, 端隙必须在0.10～0.38 mm。

二、在发动机上安装涡轮增压器

安装增压器时, 应注意以下事项:

1.检查增压器铭牌上的零件号, 确认增压器是用于该发动机的;

2.检查发动机的进排气系统, 应干净且无堵塞物;

3.要确保包括润滑油泵和整个发动机状态在内的发动机润滑系统完好, 确保所有通道和管路畅通, 使他们能够产生和保持所需的润滑油量和压力;

4.在增压器进油口处倒少许干净机油, 用手指拨动叶轮, 检查转子转动情况。清除增压器进油口法兰上的垫片, 将增压器安装在发动机排气管法兰上, 不要忘放新垫片, 并要检查涡轮壳进口垫片是否合适, 应确定没有堵住气道, 拧紧与排气管法兰相连接的四只螺栓;

6.检查压气机壳进出口连接部分在压力下有无气体泄漏;

7.检查排气管是否支撑完好, 没有在增压器上造成额外负荷, 所有支撑物、支撑架装在正确的位置上;

8.检查所有的软管、管、卡箍、螺栓和螺母的拧紧力矩是否正确;