廢氣渦輪增壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1、中文題目：廢氣渦輪增壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 夕卜文題目： Exhaust turbocharger stricture design 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共67頁（其中:外文文獻(xiàn)及譯文麵頁）圖紙共工張 完成口期2010年6 M  答辯口期201（）年6月 摘要 渦輪增壓器能在發(fā)動(dòng)機(jī)排最不變的情況下,提高其動(dòng)力性能，降低用氣卅放，最初主 要用于柴汕發(fā)動(dòng)機(jī)。最近，汽汕發(fā)動(dòng)機(jī)也越來越多地女裝「渦輪增爪器，Turbo?即渦輪增 壓,簡(jiǎn)稱T,量早時(shí)候由瑞典的薩博(SAAB)汽車公司應(yīng)用于汽*領(lǐng)域?，F(xiàn)在很多人都 知道了,渦輪增爪簡(jiǎn)稱TURBO.如果在轎/?尾部看到TURBO或者T,即表明該勺

2、采用的 發(fā)動(dòng)機(jī)是渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī).這些汽①的發(fā)動(dòng)機(jī)I?作,是靠燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃燒作功, 從而對(duì)外輸出功率，在發(fā)動(dòng)機(jī)扌菲量一足的情況卜?，若想提高發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，最冇效的 方法就是多提供燃料燃燒。然而,向氣缸內(nèi)多提供燃料容易做到,但要提供足夠誠(chéng)的空氣 以支持燃料完全燃燒，黨傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)是很難完成的。 關(guān)鍵字：渦輪增壓：氣缸內(nèi)燃燒：燃料 Abstract Turbochargers can improve engines'power performance and reduce exhaust emissions without changing lheir capacity.T

3、hey were mainly used in diesel enginesfirstly ?Turbo, namely the turbocharging, is called T, most early time (SAAB) the Car company applies by Sweden s Sabo in the automobile domain? Many people have known now, the turbocharging is called TURBO, if saw in the passenger vehicle rear part TURBO or T,

4、namely indicated this vehicle uses the engine is the turbocharging engine? These automobiles engine work, is makes the merit depending on the fuel in the engine cylinder internal combustion, thus foreign output. In engine capacity certain situation, it wants to raise engine's oulput, the most eftect

5、ive method provides the fuel burning much. However, provides the fuel to the air cylinder in easily to do, but must provide lhe enough quantity the air to support lhe fuel to bum completely, is very ditticuh lo complete depending on the traditional engine air intake systcm. Key words: Turbo; Air cy

6、linder internal combustion; Fuel II 目錄 1.廢氣渦輪增壓概述 I 1.1廢氣渦輪增壓器的背景 1 1.2廢氣渦輪增壓器產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展 2 1.3廢氣渦輪增壓器原理 3 2廢氣渦輪増壓器壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6 2.1壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu) 6 2.1.1進(jìn)氣道 6 2.1.2壓氣機(jī)葉輪 6 2.1.3擴(kuò)壓器 7 2.1.4壓氣機(jī)蝸殼 7 2.2壓氣機(jī)的主要工作參數(shù) 8 2.2.1設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù) 8 2.3離心式壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 2.3.1進(jìn)氣道 9 2.3.2導(dǎo)風(fēng)輪的初步設(shè)計(jì) 10 2.3.3葉輪（工作輪）的初步設(shè)計(jì) 12 2

7、.3.4擴(kuò)壓器的初步設(shè)計(jì) 15 2.3.5其他參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算 16 2.3.6 4初步設(shè)計(jì)進(jìn)行校核 16 3廢氣渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18 3」廢氣渦輪結(jié)構(gòu) 18 3.2工作輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 3.3相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì) 20 331設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù) 20 3.3.2廢氣在單級(jí)渦輪內(nèi)的膨脹過程及效率 20 4廢氣渦輪增壓器主軸軸承以及其它裝置的研究 24 4」廢氣渦輪增壓器主軸 24 4.2廢氣渦輪增壓器主軸軸欣 24 4.3廢氣渦輪增壓器主軸軸承的潤(rùn)滑和冷卻系統(tǒng) 25 4.4廢氣渦輪増壓器密封和隔熱系統(tǒng) 26 5經(jīng)濟(jì)性分析 27 6.總結(jié) 28

8、 致謝 29 參考文獻(xiàn) 30 錯(cuò)誤！未定義書簽。 錯(cuò)誤！未定義書簽。 附錄A譯文?…?… 附錄B外文文獻(xiàn) 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1廢氣渦輪增壓概述 1.1廢氣渦輪增壓器的背景 說到渦輪增壓技術(shù),它己經(jīng)有100多年歷史r .在1905年Alfred Buchi博士就 申請(qǐng)了第一款渦輪增壓器的專利——?jiǎng)恿︱?qū)動(dòng)的軸向增壓器。到T 1961年,小轎車 開始試探性地安裝増壓器,但因?yàn)樗查g產(chǎn)生的I ［人爪力和熱暈，使安裝后效果M不理 想。而來自于北歐瑞典的Saab薩博公司則是第-家把渦輪增壓器應(yīng)用到汽車產(chǎn)品上 的汽車制造商,1977年問世的Saab薩博99汽車

9、，便汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在應(yīng)用渦輪殖壓技 術(shù)上,真正開始走向成熟，它的到來同時(shí)宜告了汽車產(chǎn)業(yè)一個(gè)新時(shí)代的誕生。渦輪增 壓技術(shù)改打」'討1培犬小決定功率“的傳統(tǒng)概念目前,己被世人公認(rèn)為內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的發(fā)展 方向之一，迄今仍保持著方興未艾的發(fā)展勢(shì)頭。渦輪增壓是一項(xiàng)新技術(shù)，幾十年的發(fā)展歷 史冇力地農(nóng)明，渦輪增丿I、是提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率和改善經(jīng)濟(jì)竹的赧冇效搭施.也是發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化 的必然途徑，它（2成為”前內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的屯要方向.渦輪增兒是使柴汕機(jī)動(dòng)力裝進(jìn)降低成 木、縮小體積、減輕重量最成功的方法。實(shí)踐證明，對(duì)于安裝尺寸受限制的應(yīng)用（如船舶、 機(jī)車、F乍等）上是最受歡迎的,渦輪增壓在降低比油耗、減少噪聲以及高原性能等方面勝

10、過非增壓發(fā)動(dòng)機(jī). 60年代増壓技術(shù)在中速柴油機(jī)上得到普遍應(yīng)用,使強(qiáng)化指標(biāo)有了很大提高;70 年代的右汕危機(jī),又促使經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)（包扌舌降低燃汕耗率和使用劣質(zhì)燃油）得到很大改善: 80年代各倒對(duì)環(huán)境污染的限制更為嚴(yán)格,制眾了極為苛刻的環(huán)保法規(guī),迫便柴汕機(jī)制超丿 商各門尋找對(duì)策以謀生存.新開發(fā)的柴油機(jī)必須在諸多方血能體現(xiàn)出優(yōu)越性.否則就無法 適⑻未來劇烈的市場(chǎng)汩譏 縱觀我國(guó)中速機(jī)的現(xiàn)狀，應(yīng)該說c初步n備了研究、設(shè)計(jì)和生 產(chǎn)體爲(wèi) 但就總體水平而m 強(qiáng)化度不高,部分關(guān)鍵部件的可靠性尚待進(jìn)一步提高，自動(dòng) 化程度低，減振降噪,描施尚未實(shí)際應(yīng)用（但高速機(jī)上已有應(yīng)用）,排放研究還處于議論階 段：整機(jī)的系列化和

11、零部件的通用化程度較低：部分零部件如高爪汕泵和噴汕器的偶件、 調(diào)速器、軸瓦和活塞環(huán)等的制造工藝落后,質(zhì)曲較差,?JlffllS標(biāo)較高機(jī)型的這些零部件仍 依賴進(jìn)口，這些薄弱環(huán)節(jié)也限制了自行開發(fā)機(jī)型強(qiáng)度的提高。 埒壓技術(shù)由于在節(jié)能、提高功率及滿足環(huán)保等方血具冇無可比擬的優(yōu)點(diǎn)而被眾多 柴油機(jī)所采用，而且發(fā)展越來越迅速。從發(fā)展趨勢(shì)來看,增壓程度越來越高,現(xiàn)在故大平 均有效壓力已超過3.0MPa這樣高的平均冇效壓力，使得高增壓柴油機(jī)出現(xiàn)了機(jī)械負(fù)荷和 熱負(fù)荷嚴(yán)重、低I況性能和瞬態(tài)特性變差等突出的問題，因此對(duì)增壓系統(tǒng)提出J'越來越高 遼ri.程技術(shù)人學(xué)華業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 襲楚涵:廢氣渦輪增壓器結(jié)

12、構(gòu)設(shè)計(jì) 的要求：要具冇良好的全工況性能，上要是冇利于改善低工況性能;較高的排氣能量利用 率:氣缸掃氣順利；冇;仙I放物低；瞬態(tài)特竹:好；易于實(shí)現(xiàn)系列化主產(chǎn);渦輪盡量釆用單 進(jìn)口。為了滿足這兆要求,人們研發(fā)了多種增系統(tǒng),尤其是為了改善高增壓柴油機(jī)的低 匚況性能，國(guó)內(nèi)外研究人員通過各種途徑做了大量的工作，并取得了較顯著的成績(jī)⑴。 1.2廢氣渦輪增壓器產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展 我國(guó)吳仲華先住創(chuàng)立的葉輪機(jī)械三元流理論，隨看計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展得到了 廣泛的應(yīng)用。H前采用準(zhǔn)二維設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)離心式壓氣機(jī)打徑流渦輪己經(jīng)很普遍。因全于 元流方法可以更準(zhǔn)確、更全血地描述葉輪內(nèi)部流場(chǎng),利用它對(duì)乞種損失模型與葉輪內(nèi)部流

13、 場(chǎng)的深人研處（2經(jīng)取得很人成績(jī).現(xiàn)C成為渦輪增丿1、?器葉輪役il的基木力法。我國(guó)近年也 開始進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)計(jì)算、只元流場(chǎng)分析、葉輪及葉型設(shè)計(jì)、強(qiáng)度分析及性能預(yù)測(cè)等等。 就設(shè)計(jì)方法而言，卜一步的發(fā)展一是取決于理論卜?的突破，二是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。我國(guó) 的增兒器I.業(yè)的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)正處在“發(fā)展中“狀態(tài)，而西方國(guó)家L1經(jīng)達(dá)到了“發(fā)達(dá)”狀念 今犬的渦輪增爪器的結(jié)構(gòu)U經(jīng)相'T緊湊、合理、完善，材料性能的提奇對(duì)渦輪增H、器性能、 成木的員獻(xiàn)是相J人的?？上驳氖墙陙砀咝录夹g(shù)材料應(yīng)用研究進(jìn)展很快，對(duì)增爪器的發(fā) 展起右曲沌要的作用TiAl合金作為一種新型的高溫材料，簾度?。s3.7-3. 9g/cm\只

14、冇 線基高溫合金7&!3.3g/cm'的?份乙一斤右）、高溫強(qiáng)度及抗氧化性好，用尸渦輪增H；器町 以人幅度降低比轉(zhuǎn)動(dòng)慣帚，提奇比瞬態(tài)響應(yīng)性。采用奇頻感應(yīng)快速熔化澆鑄I?藝鑄適渦輪 葉輪L1經(jīng)成功,采用粉末冶金成型方法也（2制成渦輪毛胚另外值得屯視的是，壓氣機(jī)進(jìn) 氣端b濾清器結(jié)合採(cǎi)丿1］腳電濾消、進(jìn)氣預(yù)旋等抿施提高濾淸效果仃拓寬爪氣機(jī)流站范嘰 總的說來，經(jīng)過兒卜年的發(fā)展，渦輪增壓器的產(chǎn)品基本結(jié)構(gòu)趨向一致，但小型化 9運(yùn)用新技術(shù)優(yōu)化結(jié)構(gòu)卻方興未艾.社會(huì)發(fā)展對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)提出J"越來越高的要求,比必然對(duì) 渦輪增&器提出相應(yīng)的要求。由于制造工藝水、i‘的提髙，使流量范圍更r、效率更高、結(jié) 構(gòu)更復(fù)雜的渦輪增

15、H、.器制造成木降低，人批量牛?產(chǎn)成為可能。血新的發(fā)明創(chuàng)適有使渦輪增 爪器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化的傾向。就巾個(gè)濾消器、增壓器、中冷器及進(jìn)扌n氣管道來說,分別提 高他們的效率是帀?期的設(shè)計(jì)師們的I作，今夭再要人褐度提高其效率是不可能的,而將他 們的和”接口進(jìn)行優(yōu)化，將他們作為一個(gè)整體、一個(gè)系統(tǒng)來考慮卻是人仃可為的。這就是 ??渦輪增川器系統(tǒng)”的意義。關(guān)國(guó)Honeywell.^國(guó)KKK公司（現(xiàn)在的BorgWarncr公司）等在 這個(gè)方血作了人第的I?作，取得了很好的效果。如增爪器的渦輪光打發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管做成一 體，壓氣機(jī)的出口與中冷器進(jìn)口合二為一,簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)、減少了氣體流動(dòng)損失,同時(shí)利用 計(jì)算機(jī)技術(shù)研究分析

16、氣體在它們中的流動(dòng)狀態(tài)，盡毎減少各種損失，改進(jìn)設(shè)計(jì)，優(yōu)化密體 遼ri.程技術(shù)人學(xué)華業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使z右，局合理、緊湊，重量輕，總效率最高，渦輪增壓器經(jīng)歷了基木型、増 H沖氣控制旁通放氣、町變幾何或可變戴血、電了?控制渦輪增爪器等階段.渦輪增爪器的 結(jié)構(gòu)相對(duì)越來越復(fù)雜,但適用范圍越來越寬、效率越來越高?瑞士 ABB公山的軸流式渦 輪增H、.器VTR.. 4E總效率達(dá)75%0 11木的渦輪增爪器在小型化方血處于世界領(lǐng)先地位，如 三菱公詞、石川冊(cè)播磨公詞均有壓氣機(jī)葉輪克徉為小34mm的小型增壓留用J伸托勺或汽 汕機(jī)，＜11 Borg Warner ..J于200」1卅出「渦輪

17、HVc'h帕Imm的kP31渦輪增兒器.這是 、*今界最小的系列化增壓器產(chǎn)品。在結(jié)構(gòu)可靠性方血，以Borg Warner公司增爪器見氏， 他們保持了德國(guó)KKK公司傳統(tǒng),注霓實(shí)效,如K27壓氣機(jī)后彎葉輪的設(shè)il與應(yīng)用。80年 代初期，前傾后彎丿k氣機(jī)葉輪剛剛投放市場(chǎng),此鑄迢匸藝較枝雜，制適成本較高，疲勞壽 命較低。為了既保證可靠性又保證真效凈、降低成木，KKK采取后彎加一葉尖圓弧而非前 傾的設(shè)計(jì)，實(shí)踐i正明效果R好。在渦輪增壓器軸承結(jié)構(gòu)方血，甲?先是采用滾動(dòng)軸承，然 后發(fā)展到滑動(dòng)軸承、全浮動(dòng)軸承。浮動(dòng)軸承的優(yōu)點(diǎn)很明顯:尺寸小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、磨損小、效 率離，雖然使用要求較清沽的潤(rùn)滑汕、對(duì)潤(rùn)滑汕H、力

18、要求較奇（需要 定的壓力以形成汕膜 打一眾的汕量以冷卻高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)牛的熱量）?為了克服浮動(dòng)軸承系統(tǒng)潤(rùn)滑存在向爪氣機(jī)端漏 汕、對(duì)潤(rùn)滑汕要求高等缺點(diǎn)，效率更高幾無需潤(rùn)滑油系統(tǒng)的空氣軸承,正吸引潛人們進(jìn)行 深人的研究，預(yù)il不久會(huì)冇新的產(chǎn)品問HL W外，由于汽汕機(jī)渦輪增壓溫度很高，軸承系 統(tǒng)僅靠汕冷卻不能滿足要求，帶冇水冷卻套的軸承體U經(jīng)推向市場(chǎng). 1.3廢氣渦輪增壓器原理 渦輪增壓器實(shí)際上是一種空氣汗縮機(jī)，通過丿k縮空‘I來增加進(jìn)氣量。它是利用發(fā) 動(dòng)機(jī)撲出的廢工慣性沖力來推動(dòng)渦輪宰內(nèi)的渦輪，渦輪又帶動(dòng)同軸的葉輪，葉輪H；送 由空氣濾清器管道送來的空氣,便之增爪進(jìn)入氣缸。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增快，廢氣排出

19、速 度9渦輪轉(zhuǎn)速也同步增快,葉輪就壓縮更多的空氣進(jìn)入氣缸,空氣的壓力和密度增大 可以燃燒更多的燃料，相應(yīng)増加燃料量和調(diào)報(bào)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，就可以増加發(fā)動(dòng)機(jī)的輸 出功率了 發(fā)動(dòng)機(jī)按瑞壓方式可分為四類:①不用專門增壓裝置的則I、，包18慣性增壓、動(dòng)力增 壓、諧波增壓等：②機(jī)械增丿h,即利川機(jī)械傳動(dòng)的增爪器進(jìn)行增丿k；③發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣能量驅(qū) 動(dòng)增壓器,分廢氣渦輪增壓和氣波增壓兩種;④復(fù)合增圧,即同時(shí)采用兩種形式的增壓, 渦輪增氐利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣能簾驅(qū)動(dòng)渦輪，再由渦輪帶動(dòng)離心式壓氣機(jī)的方案。 K匸作原理如圖l.l所示: 遼ri.程技術(shù)人學(xué)華業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 襲楚涵：廢氣渦輪增壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

20、 Figure I ? I （urbo exhausi system works 發(fā)動(dòng)機(jī)排出的具冇800-1000K髙溫和一定壓力的廢氣經(jīng)HI氣管（圖中紅色管路）進(jìn)入 渦輪譏里的噴嘴環(huán)，由于噴嘴環(huán)通過的血枳是逐漸收縮的。因而廢氣的斥力和溫度卞降? 速度提臥 便它的動(dòng)能增加。高速的廢氣氣流按一泄的方向沖擊渦輪.便渦輪髙速運(yùn)轉(zhuǎn)。 廢氣的壓力、溫度和連度越高?渦輪轉(zhuǎn)的就越快。過渦輪的廢氣域后通入人氣。因?yàn)闇u輪 和離心式爪氣機(jī)葉輪同裝在同一轉(zhuǎn)了軸上.所以兩者同速旋轉(zhuǎn)n這樣就將經(jīng)過空氣濾清器 的空氣吸入壓氣機(jī)殼.離速旋轉(zhuǎn)的壓氣機(jī)葉輪把空氣甩向葉輪外給使其速度和壓力■ 八進(jìn)入擴(kuò)爪器 擴(kuò)爪器的

21、形狀為進(jìn)口小出口人?因此氣流的流速|(zhì)；降、壓力升離,再通過 斷血由小到人的環(huán)形丿k氣機(jī)査使空氣的比力繼續(xù)提高，這些爪縮的空氣經(jīng)進(jìn)氣管進(jìn)入汽 缸）存渦輪增系統(tǒng)中.渦輪增爪器和發(fā)動(dòng)機(jī)無仟何機(jī)械傳動(dòng)連接?廢飛渦輪増爪器星通 過空氣和廢氣的流動(dòng)與內(nèi)燃機(jī)耦合?門行調(diào)熱其轉(zhuǎn)速打內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)]冇聯(lián)系?并利用 了排氣能量.優(yōu)點(diǎn)較多,因而獲得廣泛應(yīng)用。氣體在整個(gè)流道內(nèi)的壓力、溫度和速度的變 化情況如圖1?2所示 遼i I程技術(shù)人學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） < \4 ■ ■ : n % % ?>!*> Of M 擴(kuò)￡ p-WHk力 T?溫皮c?速皮

22、 圖1.2壓氣機(jī)內(nèi)氣動(dòng)參數(shù)的變化 Figure 1.2 Compressor Aerodynamic parameter changes within 廢氣渦輪增壓器用的壓氣機(jī)多數(shù)采用匕述離心式，它的出口壓力可達(dá)l4O-3OOKPa,次 至可達(dá)500KPau,> 5 套楚涵:廢氣渦輪增H、器給構(gòu)設(shè)計(jì) 2廢氣渦輪增壓器壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu) 離心式壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)由進(jìn)氣道、葉輪,擴(kuò)壓器和壓氣機(jī)蝸殼等部件組成。 2.1.1進(jìn)氣道 進(jìn)氣道的作用是將外界空氣導(dǎo)向附（機(jī)葉輪。為降低流動(dòng)損失，其通道為漸縮形進(jìn)氣 道可分為軸向進(jìn)氣道和徑向進(jìn)‘I道兩種基本形式：軸向進(jìn)氣道，氣流

23、沿轉(zhuǎn)子軸向不轉(zhuǎn)彎進(jìn) 人壓氣機(jī),其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、流動(dòng)損失小。中、小型渦輪增壓器多采用這種結(jié)構(gòu)：徑向進(jìn)氣道 的氣流開始是沿徑向進(jìn)人進(jìn)氣道,然后轉(zhuǎn)為軸向進(jìn)人出氣機(jī)葉輪此流動(dòng)損失較大一敵僅在 軸承外置的人型渦輪增汗器或空氣濾清器等裝宜的空問布譽(yù)受限時(shí).才采用這種形兒 2.1.2壓氣機(jī)葉輪 爪氣機(jī)葉輪是尿氣機(jī)中唯一對(duì)空氣作功的部件,它將渦輪提供的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝獾?爪力能和動(dòng)能口壓氣機(jī)葉輪分為導(dǎo)風(fēng)輪和」作葉輪兩部分.中、小型渦輪增壓器兩者做成一 體，人型渦輪増壓器則是將兩者裝配在一起，導(dǎo)風(fēng)輪是葉輪人口的軸向部分，葉片人口向 誕轉(zhuǎn)方向前傾,閆徑越大處前傾越多，其作用是使氣流以盡制:小的撞擊進(jìn)人葉輪.根據(jù)葉

24、輪輪盤的結(jié)構(gòu)形式，壓氣機(jī)葉輪可分為開式、半開式、閉式、星形等形式。開式葉輪沒冇 輪盤，流動(dòng)損失人，葉輪效率低?H葉片剛性差，易振動(dòng)口閉式葉輪既冇輪盤又冇輪蓋. 流道封閉,流動(dòng)損失小，葉輪效率高;但結(jié)構(gòu)復(fù)雜.制造困難?半開式葉輪只有輪盤,沒冇 輪蓋，1計(jì)I能介于開式和閉式Z間。但乩結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)也 制造方便，11強(qiáng)度和剛度都較高， 在禍輪增壓器中應(yīng)用廣泛，星形葉輪是在半開式葉輪的輪盤邊緣葉片之間挖去一塊，減輕 了葉輪質(zhì)量,從而減小了葉輪應(yīng)力,并保持一邇的剛度,因此能承受很高的轉(zhuǎn)速,多在小 型渦輪增吐器中應(yīng)用按葉片的K知，爪々用L葉輪還可分為全長(zhǎng)葉片葉輪和K知.葉片葉輪。 全長(zhǎng)葉片葉輪進(jìn)口流動(dòng)損失小，效

25、率高，但對(duì)于小H徑葉輪，進(jìn)口處氣流阻塞較為嚴(yán)重。 因此，小型渦輪增壓器中多采用長(zhǎng)短葉片葉輪。. 根據(jù)葉片沿徑網(wǎng)的彎曲形式，壓氣機(jī)葉輪又可分為前彎葉片葉輪、后彎葉片葉輪和徑 向葉片葉輪等，前彎葉片葉輪的葉片沿徑向向旋轉(zhuǎn)方向彎曲’這種葉輪對(duì)空氣的作功能力 最大，隹I其作功主要是增加了空氣的動(dòng)能,對(duì)壓力能卻提髙較少,這就要求空氣的動(dòng)能更 篡地要在擴(kuò)壓器和綱殼中轉(zhuǎn)化為爪力能。因?yàn)閿U(kuò)扭器和須殼的效率比葉輪低,因此壓氣機(jī) 效率低，渦輪増壓器中不采用這種葉輪口。 輕向葉片葉輪的葉片徑向分布,不彎曲?這種葉輪的壓氣機(jī)效率比前彎葉片就高，比 7 遼丫 I程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 后彎葉片的低

26、由于苴強(qiáng)度和剛度最好，能承受較高的圓周速度，從而在此前增壓比較低的 渦輪增丿k器中得到較多應(yīng)用。后彎葉片葉輪的逆旋轉(zhuǎn)方向彎曲，皿然它的作功能力小,但 空氣壓力的提高大部分是在葉輪巾完成的。這種葉輪由于壓氣機(jī)效率高,應(yīng)用也較多前 傾后彎式葉輪（也稱后掠式葉輪），其葉片沿禪向后彎的同時(shí)還向旋轉(zhuǎn)方向前傾，這種葉輪 不僅幾氣機(jī)效率高，而且高效率范圍寬戶,近年來在布用柴汕機(jī)渦輪增爪器上受到了収視 和應(yīng)用。 2.1.3擴(kuò)壓器 擴(kuò)壓器的作用是將壓氣機(jī)葉輪出口高速空氣的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?。擴(kuò)壓器的效率是動(dòng) 繫際轉(zhuǎn)化為壓力能的轉(zhuǎn)化童和沒冇任何混動(dòng)損失的定境過程動(dòng)能轉(zhuǎn)化為丿I、力能的轉(zhuǎn)化 量Z比，擴(kuò)丿k器效率對(duì)

27、壓氣機(jī)效率冇重要的影響按擴(kuò)丿k器中冇無葉片，可分為無葉擴(kuò)缶器 和葉片擴(kuò)壓器。 無葉擴(kuò)B器是一環(huán)彤通道’i流在擴(kuò)壓器中近似汨対數(shù)螺旋線的軌跡漩功.即氣流流動(dòng) 跡線在任意宜徑處9切向的夾角幕木不變。由十這一特點(diǎn)氣流的流動(dòng)路線流動(dòng)損失人， 效率低,書壓器出口流通面積小.擴(kuò)壓能力低,在同樣的擴(kuò)壓能力下,擴(kuò)壓器出口直徑較大 但無葉擴(kuò)壓器流址范悵寬,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造方便.在經(jīng)常處于變:r況運(yùn)行的小型禍輪增壓 粘上得到廣泛應(yīng)用。 葉片擴(kuò)壓器是在環(huán)形通道匕加冇若干導(dǎo)向葉片.使氣流沿葉片通道流動(dòng)，由于氣流的流 動(dòng)路線短，流動(dòng)損失小,故效率高。民葉片構(gòu)造角沿徑向增人,使氣流的流通血枳迅速增 大,貢此擴(kuò)?能力人。

28、尺寸小但出流毘偏離設(shè)計(jì)匸況，葉片人口氣流角不等十葉片溝造角 時(shí).將產(chǎn)牛撞擊損失，使效率急劇卜降，在丁況范圍變化不大的人、中刑渦輪增丿k器上，常 采用無葉擴(kuò)爪器和葉片擴(kuò)壓器的組合形式。氣流先經(jīng)過無葉擴(kuò)壓器,再進(jìn)人葉片擴(kuò)壓器. 代流的動(dòng)能攔要在葉片擴(kuò)壓器中轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?。葉片擴(kuò)壓St葉片的形式較多,圖z6示出r 常用的三種貝中，平板形葉片和圓弧形葉片兩種擴(kuò)壓器制造簡(jiǎn)單，但性能較差，在增壓比 較低、系列化生產(chǎn)的渦輪增壓郢中應(yīng)用褻多機(jī)翼形葉片擴(kuò)壓器流動(dòng)損失最小，壓氣機(jī)變丁 況性能相對(duì)較好,但制址較為復(fù)雜,多在增壓比燙求較高的渦輪增壓器中被采川，近年來 冇應(yīng)用越來越多的趨勢(shì)。 2.1.4壓氣機(jī)蝸殼 爪

29、氣機(jī)蝸心的作用是收集從擴(kuò)用黯出來的空氣?將其引導(dǎo)到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣件，由于rik 器出來的空氣仍冇較人的速度.在蝸充中還將進(jìn)一步耙動(dòng)能轉(zhuǎn)化為丿h力能，I丿、I此，爪‘I機(jī) 9 遼F |液技術(shù)人學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 戲楚涵：廢氣渦輪增爪器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 蝸蒐也冇一疋的擴(kuò)作用。蝸殼效率是動(dòng)能轉(zhuǎn)化為丿k力能的實(shí)際轉(zhuǎn)化玆和定嫡轉(zhuǎn)化量Z 比。 2.2壓氣機(jī)的主要工作參數(shù) 2.2.1設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù) 設(shè)計(jì)選擇4100巾柴汕機(jī) D=100 (mm) , S=118 (mm) , Vh =3.856 (L): 發(fā)動(dòng)機(jī)過量空氣系數(shù)a = 1.7； 容積系數(shù)〃,=0.9& 掃氣系數(shù)〃嚴(yán)1.02；

30、 ?氣過量空'i系數(shù)似=7 7 = 1； 壓氣機(jī)的1^-1.作參數(shù)是增壓比、效率、流址和轉(zhuǎn)速。通常以增爪比為縱坐標(biāo)，流量 為橫坐標(biāo)，轉(zhuǎn)速為參變數(shù)，并以等效率線繪制壓氣機(jī)的特性曲線,從而可方便地看出乞種 匸況下，壓氣機(jī)各主要工作參數(shù)的相互關(guān)系。 1) 增壓比:增壓比是壓氣機(jī)出口丿h力和進(jìn)口爪力Z比，增爪比是壓氣機(jī)故1要的I?作 指標(biāo).也是對(duì)壓氣機(jī)提出的基木要求。?氣機(jī)的增壓比主要是在工作輪和擴(kuò)壓器中獲得的。 離心式壓氣機(jī)工作壓力的提高，主要靠離心力作用產(chǎn)生。離心力與工作輪外徑處的圓周速 度的平方成正比,而且在理想情況卜，匸作輪能加給空氣的最大功也與工作輪外徑處的圓 周速度的平方成正比。因此,

31、選用高強(qiáng)度的材料制ii I f輪.川以提働H周速度,進(jìn)而提 高壓氣機(jī)的工作壓力。 2) 效率：效率是壓氣機(jī)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，說明壓氣機(jī)設(shè)計(jì)制造的完善程度，具中最重要 的有多變效率和等炳效率。名變效率是指壓氣機(jī)的多變壓縮功和壓氣機(jī)總功之比。等埔效 率是等埔壓縮功和壓氣機(jī)消耗的總功之比。在渦輪增爪器中，爪氣機(jī)的等埔效率一般為 0.70?0.85,個(gè)別的更高。由于多變壓縮功人于等炳壓縮功，故多變效率人于等埔效率， 一般等爛效率等于多變效率的0.97?0.99。 3) 流曲：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過壓氣機(jī)的氣體乘繪或容積稱為壓氣機(jī)的流曲。每一臺(tái)圧氣機(jī) 有一定的流童范例,可以用給定增壓比下,Jt最大流量和繪小流童

32、之比來表示。爪氣機(jī)的 流暈范I□決述了它適用的柴汕機(jī)功率范佛流星范FR愈寬，則孔適用的柴汕機(jī)功率范幗愈 大。 4) 轉(zhuǎn)速：圧氣機(jī)I.作輪每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)稱為壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速.因?yàn)閴簹鈾C(jī)I作輪和渦輪I 作輪裝在同一根轉(zhuǎn)軸上，所以壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速就是渦輪的轉(zhuǎn)速.也是渦輪增爪器的轉(zhuǎn)速。 初步設(shè)計(jì)的主要參數(shù)如卜I空氣流量Gc=O.35kg/s；增壓比％=2.9： # 遼F |液技術(shù)人學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 環(huán)境M力po=1.033Mpa；環(huán)境溫度To=293K；壓頭系數(shù)咅=0.72 2.3離心式壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 綾心式壓氣機(jī)的主要幾何尺寸，包括進(jìn)氣輪轂肓徑，輪緣貢徑，葉輪直徑，進(jìn)出口速 度,進(jìn)

33、氣口流動(dòng)角的-昨參數(shù)， 2.3.1進(jìn)氣道 辺氣道是把工體引入!1、氣機(jī)。它是氣機(jī)流程的第一部分，對(duì)壓氣機(jī)的工作有直接的 影響.葉輪進(jìn)口冇軸向進(jìn)氣,正預(yù)旋和負(fù)預(yù)旋3種情況,本設(shè)計(jì)采用軸向進(jìn)氣道。氣體沿 著和轉(zhuǎn)軸平行的方向進(jìn)入丿『（機(jī)。軸向進(jìn)氣具有進(jìn)氣均勻、流動(dòng)阻力損失小和給構(gòu)簡(jiǎn)單尊 優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)盡可能采用此種型式。但通常當(dāng)軸承布置為內(nèi)支承結(jié)構(gòu)或內(nèi)外支承結(jié)構(gòu)（壓'（ 機(jī)葉輪為懸臂支承）時(shí)，才能采用軸向進(jìn)氣道，因此，在小型渦輪增壓器上得到廣泛的應(yīng)用。 一般對(duì)進(jìn)氣道的要求是： （1） 進(jìn)氣均勻,便氣流均勻地充滿匸作輪的每個(gè)葉片通道。 （2） 流動(dòng)阻力損失小，進(jìn)氣道的流動(dòng)損失對(duì)壓氣機(jī)的效率有顯

34、著的影響,因?yàn)檫@流 動(dòng)損失導(dǎo)致-I作輪進(jìn)口的氣流溫度增加，所以壓縮功也就按比例增加，從ifu降低壓氣機(jī) 的效率。 （3） 結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單和緊湊。 （4） 要便于消咅和清除雜質(zhì)。 圖2?1軸向進(jìn)氣道的結(jié)構(gòu) Figure 2?l【he structure of (he axial inlet 根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行熱力計(jì)算: 進(jìn)氣方向 等嫡斥縮功 G=亠“」nT k?I 工h 為空氣絕熱指數(shù),"1.39： 尺一為空氣工體常數(shù)，R =22.4 : 11 遼F |液技術(shù)人學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 茨楚涵:廢氣渦輪増壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) Tcl環(huán)境溫度To=293K： 2.3.2導(dǎo)

35、風(fēng)輪的初步設(shè)計(jì) 氣體從進(jìn)氣道流出后，進(jìn)入旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)風(fēng)輪。它是丿k氣機(jī)L作輪進(jìn)口的葉片扭轉(zhuǎn)部分. 由于導(dǎo)風(fēng)輪的葉片適型比較父雜，為了加L制適方便，在名數(shù)怙況下，導(dǎo)風(fēng)輪和葉輪是分 開制適的。但在一些小型渦輪增壓器上,常把導(dǎo)風(fēng)輪和葉輪做成一體,把葉輪進(jìn)口部分的 葉片做成扭曲的形狀。木次設(shè)計(jì)也采用將導(dǎo)風(fēng)輪和葉輪做成一體的結(jié)構(gòu)。 導(dǎo)鳳倫的葉片型線上要冇圓邨、橢I員I和拋物線等三種型線。近來較多采用拋物線型線, 因?yàn)橛脪佄锞€構(gòu)成的型血?冇卜列優(yōu)點(diǎn)：能使氣流以較低的流動(dòng)損失半順地從周向轉(zhuǎn)到軸 向：導(dǎo)風(fēng)輪葉片n冇良好的強(qiáng)度特性；葉型加」?方法比較簡(jiǎn)單。拋物線型的葉片有平血拋 物線葉片和風(fēng)柱拋物線葉片兩種。麗

36、者是用'F血上的拋物線去構(gòu)成葉片型血，后者是用岡 柱面上的拋物線去構(gòu)成葉片型面，這兩種拋物線型的導(dǎo)風(fēng)輪見冇差別不人的氣體動(dòng)力性 能。木設(shè)計(jì)對(duì)導(dǎo)風(fēng)輪的葉片型線采用平血拋物線. 圖2-2導(dǎo)鳳輪的葉型 Figure 2-2 Wind round guide blade # 遼F |液技術(shù)人學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） # 遼F |液技術(shù)人學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 導(dǎo)風(fēng)輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 1.工作輪外徑處圓周速度 u2=,JgLa/Hc □2=336.68 m/s 2.導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口前軸向氣體速度 Cia=84.l7m/s T,=289.5K 取久=0?25“2?久=0

37、 3?導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口前氣休溫度 4. 進(jìn)氣道的多變指數(shù) 旺= 1.37 ?1.39 ni=1.38 # 遼『1?程技術(shù)夬學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5. 導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口前氣體用力 px = 1.033 x 0.957 = 0.989MPa 6. 導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口前氣體比雨 7 ?導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口前截血積 F\=M」&7滬 8.導(dǎo)風(fēng)輪葉片數(shù)JI作輪相同 Zr =14 片 9 ?導(dǎo)風(fēng)輪堵塞系數(shù)選取 r, =0.9 10.導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口后氣流軸向速度 c.7 =乩 CUl =93.52m/s II.輪徑比 12.輪徑比 選?。?.2-0.35） DIO / D2

38、 =0.31 選?。?5?0.7） DIW I D2= 0.7 13.倫徑比 DJD嚴(yán) = 0.541 14. I作輪外徑 =7d? 叫=73373r/min 15?壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速 16.輪轂n徑 />10 = 27.1 Smni 17 ?導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口外徑% = D? 如 D.h = 613Smni II 彊處涵：廢氣渦輪增壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18. 導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口平均直徑Dlm=D\~D^）九=47.43枷" 19. 導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口外徑周速 ulH =^nLu1 uXH = 235.7m/s ￡>2 20. 導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)U平均fl代處周速 %=許“2 /

39、^=182.l4m/s 21. 輪轂處周速 "廠虧2 5=104?37nVs 22. 導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口外徑處相對(duì)速度 亦=曲+如2 如?=253.5&毗 23.馬赫數(shù) 唄=； 〃亦 % = 0.85 24.導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口氣流角 c 9 UXH 件〃 =22。 25 ?粵風(fēng)輪進(jìn)口氣流角 c 9 0g = — % 九嚴(yán)27。 26.導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口氣流角 c 9 "1“ 久=42。 2.3.3葉輪（工作輪）的初步設(shè)計(jì) 壓氣機(jī)的匸作輪由導(dǎo)風(fēng)輪和葉輪組成。L作輪是壓氣機(jī)的主要工作元件。渦輪機(jī)輸給 壓氣機(jī)的機(jī)械能，就是通過工作輪傳遞給空氣的，因此工作輪出口的氣體壓力和溫度顯

40、著 增加，同時(shí)氣流速度也顯許提高，按照構(gòu)造型式不同,把I竹輪分為三類:閉式,半開式和 開式。 遼i丨程技術(shù)人學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 圖2?3星形工作輪 Figure 2-3 working round star 目前,如圖2?3在小型渦輪增壓器中,還常采用?種星形的I.作輪。它是介于半開式 和開式葉輪之間的一種型式.為了減少葉輪的重量,在葉輪的輪盤外緣對(duì)稱地公掉一部分, 從血減小了葉輪的應(yīng)力。因此它能承受很高的轉(zhuǎn)速，町在小型渦輪增爪器中應(yīng)川以獲得較 高的増壓壓力。 斥氣機(jī)匸作輪按葉片型式分也有三種:后彎葉片的葉輪,徑向葉片葉輪和前彎葉片的葉 輪。 木設(shè)計(jì)采用具有徑向葉片

41、的星形工作輪，這種」?作輪的主要優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度和剛性好，允 許較戀的圓周速度，葉倫傳遞給宇氣的能輦較人，能獲得較高的增爪爪力.同時(shí)制適也較 簡(jiǎn)便。但它的效率稍低,這左要因?yàn)椋喝~片一血敞丿I，増加了與機(jī)売間空氣的摩擦阻力損 失：葉片通道內(nèi)氣流速度場(chǎng)較不均勻，增加J'流動(dòng)阻力，葉輪出口的氣流絕對(duì)速度較高， 使擴(kuò)壓器中的流動(dòng)損失增加. 庚心式壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)為軸向進(jìn)氣，徑向排氣。無單獨(dú)導(dǎo)風(fēng)輪.工作輪釆用半開式■徑 向葉片? JE氣機(jī)工作輪套在銘鋁鋼制造的轉(zhuǎn)子軸上,用螺帕同緊，I d輪采用實(shí)心（；；村 ZL401切削，無葉擴(kuò)壓器，蝸殼流通斷血為圓形。 工作輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 1?工作輪葉片數(shù) Z, =10

42、 + 0.750/2 = 14片 2.功率系數(shù) "心?丄 如1 I □丿 “ =0.83 13 遼寧I程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 渡楚湍h廢氣渦輪增爪器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3?匸作輪出口氣流軸向分速 c貯叫 C2k = 27&24in/s 4. I】作輪出口阻塞系數(shù)選取 r2 =0.96 5. I?作輪出口氣體比貳 給定初值 /2 = 1.80^/w? 6. 工作輪出口氣流徑向分速 C/Cg C2r = 84.17iyi/s G 7. 工作輪出口葉片寬度 * = nDy C r % = 8.7呦 & i.作輪出口氣流速度 c2=7c2,2+cj C2 =

43、297.2 Im/5 9. 氣流角 c “2 = （trcta — a2 = 16.7° 10. 丁.作輪摩擦系數(shù) 選?。?.025?0.07） a = 0.05 為=7] + 2 2 J1005 11?工作輪出口氣流溫度 T2 =347?6K 12. I作輪多變效率 選?。?.85?0.93） 〃如 】3.指數(shù)廿亡"網(wǎng) 14?工作輪出口氣體壓力 p2 = 1 ? ISmpa 15. 驗(yàn)算I作輪出口氣體比重 # 遼寧I程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） /2 = 2?28kg / m' 2.3.4擴(kuò)壓器的初步設(shè)計(jì) 在葉輪出口應(yīng)冇一個(gè)裝置能夠把葉

44、輪出口的氣體速度冇效地降低卜來，使氣體動(dòng)能轉(zhuǎn) 化勢(shì)能，這就需要在葉輪出口安裝擴(kuò)壓器實(shí)現(xiàn)，擴(kuò)壓器冇兩種形式；一種是冇葉擴(kuò)壓器， 一種足無葉擴(kuò)兒器。在結(jié)構(gòu)上無葉擴(kuò)爪器所H、仃的一個(gè)突出符點(diǎn)是沒彳卩 血積療在，因 此在擴(kuò)圧器內(nèi)不可能出現(xiàn)堵賽流動(dòng)現(xiàn)線，因此木次設(shè)計(jì)采用無葉擴(kuò)斥器。 擴(kuò)壓器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 I. 馬赫數(shù) U u =—7=== M,2=0?91 2. 輪徑比2 3. 無葉擴(kuò)壓器出口直徑 選?。o葉擴(kuò)壓器邈" D2 ? =l(X).8w/n 4 ?無葉擴(kuò)壓器出口氣流速度 5.無葉擴(kuò)1KSSHI口氣流溫度 C產(chǎn)C3 = 258.44m/5 -D、 3 7,=7： +

45、 5 _5 7\= 357.6K 2010 6?無葉擴(kuò)爪器K度 l = （D.-D2）/2 7.無葉擴(kuò)川器多變效率 選?。?.6?0.8）"加=°?7 nx 心 k / = 6.6mm 亠= 2.5 心_] 9.無葉擴(kuò)壓器出口氣流tk力 Pi = Pt (丁 1 ?—心」p^\.9\mpa 10. 無葉擴(kuò)壓郢出口氣體比重 y嚴(yán)葺兒=2.38 Kl3 無葉擴(kuò)壓器出口寬度選取 15 遼寧I程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 襲處涵：廢氣渦輪増壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) b3 =b2 +(O 2)mm b3 = 10.7mm 12. 無葉擴(kuò)壓器出口氣流徑向分速 C5r

46、= 43.42w/5 # 遼寧I程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） # 遼寧I程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13. 無葉擴(kuò)汗器出口氣流周向分 C< = Jc；_c； Cg = 254.8m/ $ 14. 無葉擴(kuò)壓器出口氣流角度 5=9.6。 # 遼寧I程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） # 遼寧I程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2.3.5 其他參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算 壓氣機(jī)的其他參數(shù)設(shè)計(jì) 1. 蝸殼出口氣流速度 選取Cc=40m/s 2. 蝸応出口氣休溫度Tc=T. + C；~C； T< = 390/C 201

47、0 3. 4. 指數(shù)七化二宀〃“87)化= 3.4 w4 -1 n4 - 1 k - I n4 -1 Pc = 2J9mpa 蝸殼出口氣體壓力4=片 5. 6. T、 蝸心出口氣體比収 /c=-^-xl04 yc = 2.3kg Im' RTc 蝸殼出口面積耳=乜一叫=32.77⑷2 Cc/c 7. 腫(機(jī)出口滯止氣流溫度￡譏+蔬 心390就 壓氣機(jī)出口滯止氣流壓力耳=Pc P「=2?79?m 2.3.6對(duì)初步設(shè)計(jì)進(jìn)行校核 通過對(duì)離心式Fk氣機(jī)的初步優(yōu)化設(shè)計(jì)后.還帶要對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行?下校核，看看設(shè)計(jì)的 是否符合設(shè)計(jì)的要求，滿足設(shè)計(jì)出給的參數(shù)， 1. 校核

48、增壓比 n廠空n( =2.7 校核等墻壓縮功 # 遼i I卅技術(shù)大學(xué)華業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 75% 遼i I卅技術(shù)大學(xué)華業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3. 校核爪頭系數(shù) 4. 校核壓氣機(jī)效率 Lcs =7943.67檢//n 5 ?壓氣機(jī)消耗功率 0.746GA Nc =35.5br 75% 遼宇工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論? I 3廢氣渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 炭'（渦輪可分為軸流式和徑流式兩類,在軸流式渦輪中，廢氣沿渦輪旋轉(zhuǎn)軸線方向流 動(dòng)。當(dāng)流量較大時(shí),它的效率較高它適用于大呈的廢氣渦輪增壓器。在徑流式渦輪中

49、,廢 I沿⑺剛侖旋轉(zhuǎn)軸線相垂H的平面徑向流動(dòng).在流呈較小時(shí)?它的效率較高，制適又較猗 跟,適用打小流赧的廢氣渦輪增爪器。這里主要討論工作輪的設(shè)計(jì), 3.1廢氣渦輪結(jié)構(gòu) 典型的廢’i渦輪增壓器結(jié)構(gòu)如圖所示，基木構(gòu)造是把渦輪和爪氣機(jī)裝在同一軸上，并 由軸承、売體等組成.壓氣機(jī)葉輪是用鋁合金制作的精密鑄件.葉片的形狀通過應(yīng)用流線 解析、FEM技術(shù)等設(shè)計(jì)而成,近來離心式廢氣渦輪增壓器葉輪都采用后彎式,擴(kuò)壓器用無 葉型，以適應(yīng)汽車寬廣流杲范用。渦輪葉輪用耐熱性高的銀或鉆合金材料，應(yīng)用梢密鑄造 法報(bào)體鑄謚。任由渦輪止向渦輪葉輪流入的部分人影裝冇噴嘴.丨1詢，一般采川「、冇噴嘴 竹能的蝎殼,即所謂無噴嘴

50、的渦輪殼。設(shè)冇軸承,油道的中間光和渦輪禿間的汕」寸機(jī)構(gòu)都 很車實(shí)，這兆部分的堵蓋、環(huán)等是由各分公訶分別獨(dú)門設(shè)計(jì)的叫 1 一隔熱板：2—渦輪：3, 12—密擁環(huán)：4一渦輪殼：5—推力軸承：6—0型密封圈：7—膜片彈逐 8—密劉左：9-Ik氣機(jī)：10—轉(zhuǎn)「軸：II-Ik氣機(jī)葉輪：13-lk氣機(jī)后孟板：□一中間殼：15— k壞: 16—浮動(dòng)軸承 圖3-1渦輪增壓器結(jié)構(gòu)圖 Figure 3-1 lurbocharger Chart 徑流式向右渦輪在形狀匕很像離心式壓氣機(jī).但氣流的流動(dòng)方向與壓氣機(jī)相反,在一 定程度匕可以把徑流式向心渦輪的I作過程看成離心式汗氣機(jī)的逆過程。 徑流式向

51、心渦輪的進(jìn)氣殼，?般打推5連在?起進(jìn)氣道設(shè)置在噴嘴環(huán)徑向的周用， 離進(jìn)口越遠(yuǎn)，流通截血越小.以使流呆沿圓周均勻地分布。由于切向進(jìn)氣流動(dòng)損失小.因 此多采川切向進(jìn)氣形式按通 ‘叫分為m通迫、賈通道和三通道二和口常壓增壓便用單通 道.脈沖增兒多用雙通道或二通道，但以雙通道為多，雙通道乂有執(zhí)0全周進(jìn)氣和180。 分隔迪氣兩種。180。分隔開的雙通道進(jìn)氣是一種傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，卩I這種結(jié)構(gòu)使渦輪葉輪 始終處于半周進(jìn)V的不均勻狀態(tài).彩響T渦輪效率口因此 近來年360。個(gè)周進(jìn)'做用較為 普遍，進(jìn)氣道的截血形伏如同壓氣機(jī)蝸応 也分為圓形、梨形、矩形、梯形等形狀,梨形 蝸殼徑向尺寸較大,但效率高,在小型渦輪增壓

52、器上應(yīng)用較多為了減小氣體的余速損失, 提為淀輪效率，渦輪排氣殼為一擴(kuò)壓段?擴(kuò)壓段的形狀與尺寸由葉輪出口的葉輪直徑和輪 載宜徑?jīng)Q定，擴(kuò)張角一般為8°- 10% 徑流式向心渦輪的噴嘴環(huán)，抿據(jù)彳「無噴嘴葉片分為無葉噴嘴環(huán)和冇葉噴嘴壞。無葉 噴嘴”宀渦倫譏做成--休構(gòu)成尢葉蝸心無葉蝸心的徑向截面向噴嘴出口逐漸縮小，両■ 人口貝I?沒冇明確的界限?它不僅川負(fù)著一般蝸心的功能，同時(shí)還起石噴嘴環(huán)的作丿II。無葉 蝸殼曲特點(diǎn)是尺寸小，質(zhì)量輕,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單.成木低在變」】況工作時(shí)效率變化比較平坦，但 最高效率低一些.因此，無葉蝸殼用丁經(jīng)常處于變I況條件F工作的車用爲(wèi)輪增壓器中更 為適宜但無葉蝸殼匹配不同的發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)

53、,要用不問iffl道尺寸的蝸売，與有葉噴嘴只需更換 噴嘴環(huán)甚至只更換噴嘴葉片相比，其適用范圍較小。 有葉噴嘴環(huán)由噴嘴葉片和環(huán)形底板形成徑向收斂的通道。結(jié)構(gòu)形式有幣體鑄造式和 裝配式兩種。攤體鑄逍式制適方便,成木低?I作可羅;裝配式通過不同的安裝角可適應(yīng)不 同流莘和功率的發(fā)動(dòng)機(jī)的需要.局部損壞時(shí)nJ?單獨(dú)更換葉片?但氏零件數(shù)H多，加［及裝 配費(fèi)1時(shí)采用冇葉噴嘴只需更換噴嘴就吋得到適應(yīng)不同發(fā)動(dòng)機(jī)要求的變型產(chǎn)品.冇利于渦 輪增尿器的系列化， 3.2工作輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) I作輪是把從噴嘴環(huán)出來的高速?gòu)U氣的功能和H；力能轉(zhuǎn)換成為機(jī)械功.從流式渦輪的 I.作葉片打輪盤做成一體?葉片的形狀采用拋物線形,I作

54、輪采用星形。星形I?作輪是為 J'減輕審:量、減小工作輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、提高強(qiáng)度改善加速性能⑸。 3.3相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì) 3.3.1設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù) 設(shè)計(jì)選擇4100型柴汕機(jī) D=IO() (mm) , S=118 (mm) , =3.856 (L): 發(fā)動(dòng)機(jī)過時(shí)空氣系數(shù)a=1.7： 容積系數(shù)臥=0.98： 存氣系數(shù)〃,=1.02： T氣過空'I系數(shù)叭二n、q、=\； 3.3.2廢氣在單級(jí)渦輪內(nèi)的膨脹過程及效率 為了計(jì)算廢工在巾級(jí)渦輪內(nèi)的膨脹過程，常利用I-S圖來分析廢氣在單級(jí)渦輪內(nèi)的膨 脹過程?I-S圖繪出J'廢氣的膨脹過程在圖心點(diǎn)相、"|于廢氣進(jìn)入噴嘴環(huán)的狀態(tài)，由十廢I 進(jìn)入噴嘴環(huán)

55、時(shí)的速度I它的動(dòng)能為孕。段‘ I辿入噴嘴壞時(shí)的狀態(tài)用滯止參數(shù)表小/；(/； 點(diǎn))，/；=CPT；,即 i; = cj；E 圖3-2廢氣在單級(jí)渦輪內(nèi)的膨脹過程圖 Figure 3-2 Single-stage gas turbine in the process of the expansion plan 遼寧1 ?程技術(shù)人學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 涔廢氣的初始狀態(tài)為P； ■ 7；在單級(jí)渦輪中膨脹時(shí)，壓力由p：降到p汀如果,廢工在 巾??輪中擬 t程進(jìn)行序脹」 苛圖中”：一Q和I.D 住行。次二線段分 別表不廢氣在噴嘴環(huán)中和1/輪中的絕熱膨脹過程，可以認(rèn)為在過程中沒冇流動(dòng)損失及仃

56、 外界沒冇熱最交換，此時(shí)廢氣的熔降是件一心宀 以H表示.即H=/；-/2arfa它表示在 m級(jí)渦輪中進(jìn)行的膨脹功，迪」.：為絕熱膨脹功（或稱m用熔降〉，即廢氣在單級(jí)渦輪中 所作功的般大值叫 1）絕熱膨脹功H 它農(nóng)示在單級(jí)渦輪中進(jìn)行的膨脹功.即廢氣在單級(jí)渦輪中所能作功的報(bào)大值[4]? // = / " 2 小的（咗）丁咗叫 (3—1) (3—2) 遼寧1 ?程技術(shù)人學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 遼寧1 ?程技術(shù)人學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 式中￡一為廢氣絕熱指數(shù),"1.33； 為廢氣‘I體常數(shù)，心=29.2： 7；—滯止溫度,T,=313 （K）: 戀一增壓比

57、，^=1.84； 1 33 凹 H = —x 29.2x313(1.84 133 -1) = 5524.8 (J/kg) 1.33-1 2) 、渦輪的驅(qū)動(dòng)功率 1(X)0 x 〃皿（kW） (3—3) 遼寧1 ?程技術(shù)人學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 遼寧1 ?程技術(shù)人學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 式屮 6—為廢'（侮秒鐘進(jìn)入洶輪的流如 G,=I.3G ： G-單位時(shí)間內(nèi)通過柴汕機(jī)的空氣鈦 (3—) Gt = 1.3x0.35 = 0.46 (Rg?$)； Gr // 1 ()0() 0.46x5524.8 1000 x 0.79 x 0.98 = 2

58、 (kw)： 式中 幾一渦輪増丿k器的機(jī)械效率，久取值范圍0.95-0.99.取幾=0?98； 仍一為“效效率（渦輪效竹 渦輪軸匕的仃用功9廢卞」用的絕熱熔賂Z比般％ 取值范 111 0.75-0.80,取qT =0.79： nt —渦輪實(shí)際輸出的冇效功率: 遼r I程技術(shù)人學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 殳堆涵：廢氣渦輪增壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3）渦輪的反作用度° 棄渦輪中常用反作用度。來農(nóng)小廢氣的町用熔隆H在噴嘴環(huán)和L作輪Z間的分配比 例。反作用度Q足丨作輪中絕熱焙附何9叫用焰降H的比他。 H嚴(yán)pH — p)H I人此.Q值的人小.說明廢14丨竹忙內(nèi)膨脹多刀八如果; 畀1噴

59、嘴環(huán)中 完成.聞在1竹輪中不在膨脹?此時(shí)，p=0.這種渦輪成為沖山式渦輪。它表不竹用在L 作葉片上的力.完全是由于氣流運(yùn)動(dòng)方向的改變（因相對(duì)速度不變%二州），即是氣流沖 擊作用的結(jié)果.如果廢氣的熔降不匸個(gè)化噴嘴環(huán)中膨脹，而冇部分在工作輪內(nèi)膨脹.則 0

60、 (3—5) 取 p=().44： H =(1-0.44)x5524.8 = 3093.88 (J/kg)； 4）渦輪機(jī)的膨脹比曬問 (3—6) 式中p；_為渦輪機(jī)前的廢氣滯止壓力.p；=79.5 （kPa）； "2—為氣體背乩 〃2鴿十1?5倍的大氣從力,p2 =1.5x98.8 = 148.26 （ kPa ）: 148.26 _ °54 5）噴嘴環(huán)出口絕對(duì)速度6 (3—7) 遼r I程技術(shù)人學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 遼r I程技術(shù)人學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 0—速度系數(shù).-?般徑流式渦輪?的取值范［TI 0.94-0.97 Z間，取0=0.97；

61、 遼r I程技術(shù)人學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 6 = 0.97^2 x 9.8(1 - 0.44) x 3093.88 = 178.7 (m/s)； (3—8) 6) 噴嘴環(huán)出口Y體溫度7； T嚴(yán) T]——(K) 式中7；—為噴嘴環(huán)進(jìn)口溫度,7； =732 (K): 禺一為廢飛氣體常數(shù)./?產(chǎn)29.2； 17ft 7 2 7； =732 =718(K)； 2x9.8x292 ?… 133-1 7) 噴嘴環(huán)出口氣體壓力內(nèi) (3—9) 式中 幾一噴嘴環(huán)進(jìn)口壓力(渦輪進(jìn)口燃?xì)鈮毫?，= pr =79.5 (kPa): p. =79.5x(l 178.72 1 33

62、 2x9.8x29.2x——732 1.33-1 133 J 133 I ◎噴嘴環(huán)出口氣體收度z/i p, x IO4 (3—10) 9) I噴嘴環(huán)出口截而枳& 2) (3—11) 10)選擇噴嘴環(huán)為6個(gè)，工作輪葉片也為6片,由此可以計(jì)算出大圓半徑r 龍廠^6xFr (3—12) /6x F, _ (6x40 V =V 3.14 =9 (cm) 遼r I程技術(shù)人學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 襲楚涵:廢氣渦輪增J |＜器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4廢氣渦輪增壓器主軸軸承以及其它裝置的研究 4.1廢氣渦輪增壓器主軸 4軸rh 42CrMo鋼制成，一端女裝渦輪.另一端

63、安裝葉輪。其尺寸根據(jù)葉輪和渦輪的 尺寸而定。 4.2廢氣渦輪增壓器主軸軸承 軸承對(duì)渦輪增壓器丄作的叫靠性冇魚人關(guān)系，它不但要保證以高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子可靠地 工作而且還要使轉(zhuǎn)子確定在準(zhǔn)確的位置上。它承受著轉(zhuǎn)子部件的重力、氣休對(duì)轉(zhuǎn)了的作用 力、轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)繪引起的離心力和發(fā)動(dòng)機(jī)撮動(dòng)帶來的外我荷。渦輪增丿I、器I:的軸承冇徑 向軸承和推力軸承，徑向軸承又分為滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承過N采川滾動(dòng)軸承的較多.現(xiàn)在采 用滑動(dòng)軸承的較多，⑻ 常用滾動(dòng)軸承一般在外支承的軸承布邊方案中采用。這種軸承的匸要優(yōu)點(diǎn)迪機(jī)械摩擦 損失小彳jR好的起動(dòng)和加速性能.特別在人氣溫度較低時(shí)：能保證渦輪增H、器仃良好的起動(dòng) 條件:由于

64、機(jī)械摩擦牛熱較少.使?jié)櫥堑南妮^少;一般采用獨(dú)立的門行循環(huán)的潤(rùn)滑系統(tǒng). 可保寺渦輪增壓辭的渭潔;不需要單獨(dú)設(shè)置推力軸承但是?滾動(dòng)軸承有不容忽視的峽點(diǎn):為 適應(yīng)渦輪:噌壓器島轉(zhuǎn)速的要求，軸承的材料和加工粘丿2婆求很高;為防止振動(dòng)載荷，軸承支 座必須安裝減振裝置;目構(gòu)造較復(fù)雜，價(jià)格較高，工作壽命較短. 滑動(dòng)軸用包拈向心滑動(dòng)軸承和浮動(dòng)軸承.向心滑動(dòng)軸承：在渦輪增兒器屮，常用的 向心滔勸軸承分為篦汕模軸承和浮動(dòng)軸承.滑動(dòng)軸承構(gòu)追簡(jiǎn)草?價(jià)格便直.使用好命K, 可以用發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)的潤(rùn)滑汕匕作，對(duì)抿動(dòng)不敏感口如果潤(rùn)滑汕質(zhì)量好?轉(zhuǎn)了-動(dòng)平衡特度 高，我使用壽命相當(dāng)于柴汕機(jī)的大修期限茯至更長(zhǎng)。但它的缺點(diǎn)是

65、:機(jī)械摩擦損失較大，比 滾動(dòng)軸承大約高2?3倍消耗的潤(rùn)滑油量較多。滑動(dòng)軸承的材料要求耐炳、導(dǎo)熱常用錫宵銅 合金、高錫鋁合金、卄銅鍍錫等。滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)必須保證正常上作時(shí)形成液體摩擦軸 和軸承Z間有一定的間隙。這問隙的大小主要決定于轉(zhuǎn)速。隨轉(zhuǎn)速增加,必須加大間隙. 以保證通過較大的潤(rùn)滑汕埔和保證軸承溫度不致過一般轉(zhuǎn)軸和軸承Z間的間隙等于軸 頸肖徑的n .2% — ° .5%?、"|軸頸靜止時(shí)，由于轉(zhuǎn)軸木身電力的作用，軸頸和軸承在最低一 點(diǎn)處按觸，兩邊形成懊形的縫隙，勺軸頸按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，處I?接觸點(diǎn)右邊間隙的潤(rùn) 滑汕右曆擦力作用F而引起運(yùn)動(dòng)，越按近軸頸的汕從運(yùn)動(dòng)速度越人，緊貼軸頸的油層與軸

66、偵的運(yùn)動(dòng)速度柑同.血附看在軸承上的汕以速度為零口曲軸頸帶涪潤(rùn)滑汕通過最狹的間隙 時(shí).汕彼擠在最狹部分啲產(chǎn)牛H'一力在汕爪力竹用卜.軸頸便被抬起隨君軸頸轉(zhuǎn)速增加.油壓 遼F l卅技術(shù)大學(xué)華業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 力也增加,把軸頸和軸承完全隔開，在兩者Z間的下方后部油膜最薄，滑動(dòng)軸承的工佶條 fl収決于轉(zhuǎn)速和載荷。在高速、輕載情況下,紬在軸承的油層中會(huì)產(chǎn)生自瓠而產(chǎn)生這種 振動(dòng)的臨界轉(zhuǎn)速和振幅，決定于軸承和載荷的結(jié)構(gòu)形式。在一定的結(jié)構(gòu)及載荷卜?，為達(dá)到 -定轉(zhuǎn)速時(shí),軸在軸承的汕層中便開始出現(xiàn)口振，即所謂油膜振動(dòng).隨著轉(zhuǎn)速的提高，振 幅也迅速增人,使渦輪增咖運(yùn)轉(zhuǎn)極不穩(wěn)定,嚴(yán)幣:時(shí)會(huì)破壞軸的正常匚作,適成報(bào)臺(tái)增壓 器損壞，I人I此，在高速禍輪增壓器卜?使用滑動(dòng)軸承時(shí),必須解決汕膜械動(dòng)問題。朗 浮動(dòng)軸承又稱浮動(dòng)環(huán)，浮動(dòng)軸承工作時(shí),浮動(dòng)環(huán)和軸頸、浮動(dòng)環(huán)和釉承莊之間都冇一定 間15：汕均允滿汕膜，軸承上冇孔使內(nèi)外汕膜相通一燉浮動(dòng)環(huán)外間隙為內(nèi)間隙的2倍。曲轉(zhuǎn) 軸旋轉(zhuǎn)時(shí),由于潤(rùn)滑汕的粘性而引超麟擦力,使浮動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，比轉(zhuǎn)動(dòng)的速度一般為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn) 速的25%-30%.形成兩層汕膜由于浮動(dòng)環(huán)內(nèi)外都冇間隙，可以