科技成果——高性能船用渦輪增壓器設(shè)計技術(shù)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上科技成果高性能船用渦輪增壓器設(shè)計技術(shù)技術(shù)開發(fā)單位 中國兵器工業(yè)集團(tuán)公司中國北方發(fā)動機(jī)研究所技術(shù)簡介渦輪增壓技術(shù)可提高發(fā)動機(jī)功率、縮小體積、減少排量、降低油耗，已成為世界各大船用柴油機(jī)公司節(jié)能和減排的重要戰(zhàn)略措施和核心關(guān)鍵技術(shù)。我國船用增壓技術(shù)長期以來主要靠技術(shù)引進(jìn)、仿制制造為主，國內(nèi)產(chǎn)品市場份額占有量不大，國內(nèi)的船機(jī)增壓器市場基本上被ABB等國外增壓器公司所壟斷。隨著排放法規(guī)的進(jìn)一步實施，迫切要求國內(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

2、環(huán)境、工藝制造問題，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)工作過程模型，進(jìn)行船用發(fā)動機(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，研究三維流動耦合效應(yīng)對各部件匹配的影響機(jī)理，為船用高性能增壓器的設(shè)計奠定基礎(chǔ)。（2）壓氣機(jī)性能優(yōu)化分析利用Concepts NREC軟件進(jìn)行壓氣機(jī)葉輪、擴(kuò)壓器和蝸殼的初步設(shè)計，采用一維和準(zhǔn)三維流動分析技術(shù)，初步分析壓氣機(jī)的速度、壓力分布，調(diào)整造型規(guī)律，滿足合理氣體流動參數(shù)分布。采

3、用壓氣機(jī)三維跨聲速流動分析方法，進(jìn)行葉輪、擴(kuò)壓器和蝸殼全工況全三維CFD計算，優(yōu)化幾何結(jié)構(gòu)，減少流動損失，提高壓氣機(jī)的氣動性能和全工況范圍的優(yōu)化匹配。通過流動控制解決高壓比工作區(qū)域流量范圍過窄問題，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。通過壓氣機(jī)葉輪強(qiáng)度計算和可靠性分析，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，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、三坐標(biāo)測量驗證；進(jìn)一步優(yōu)化加工工藝，解決加工過程中刀具和工件振動，復(fù)雜曲面加工誤差等問題，提高加工精度、縮短加工時間

4、。針對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，分析研究凝固過程及結(jié)晶組織的檢測，找出零件結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、冷卻速度、液相溫度等對凝固過程及結(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)，通過控制鑄件凝固方式，使鑄件獲得工藝所需要的晶粒生長取向及分布狀態(tài)。技術(shù)指標(biāo)壓比：4.5流量：1.9kg/s壓氣機(jī)效率：80%增壓器總效率：58%可靠性指標(biāo)：增壓器裝船可靠運行500小時技術(shù)特點本項技術(shù)來源于第三代主戰(zhàn)坦克改進(jìn)型柴油機(jī)和兩棲裝甲突擊車柴油機(jī)重點裝備研制過程中形成的高壓比渦輪增壓器關(guān)鍵技術(shù)。本項技術(shù)具有高壓比、大流量、高效率的

5、特點，處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。目前我國船用柴油機(jī)增壓技術(shù)水平同發(fā)達(dá)國家相比差距較大，主要體現(xiàn)在以下幾方面：（1）不具備船用高效增壓器的自主研發(fā)能力我國船用的主要增壓器產(chǎn)品仍以引進(jìn)后國產(chǎn)化仿制為主或完全采用國外產(chǎn)品，尚沒有完全自主研發(fā)的產(chǎn)品。（2）船用增壓器的性能與國際先進(jìn)水平相比具有較大差距目前我國船用最先進(jìn)的增壓器其壓比僅為3.5，與國際上ABB最新產(chǎn)品壓比4.7甚至更高的先進(jìn)水平差距很大；在效率方面，我國船用增壓器與國外產(chǎn)品也具有很大的差距，無法滿足高性能船用發(fā)動機(jī)的使用要求。本項技術(shù)正可以彌補(bǔ)此項空白。技術(shù)水平 國內(nèi)領(lǐng)先可應(yīng)用領(lǐng)域和范圍中低速船用渦輪增壓器、發(fā)電機(jī)組用渦輪增壓器專利狀態(tài) 已申請專利8項技術(shù)狀態(tài) 小批量生產(chǎn)、工程應(yīng)用階段合作方式 合作開發(fā)投入需求 300萬元轉(zhuǎn)化周期 1.5年預(yù)期效益充分利用高壓比渦輪增壓器關(guān)鍵技術(shù)儲備，根據(jù)中低速船用混流增壓器產(chǎn)品需求，將重型車用渦輪增壓器技術(shù)推廣至船用領(lǐng)域，研制出與國際先進(jìn)產(chǎn)品水平相當(dāng)?shù)?，且滿足IMO第三階段排放要求的新一代渦輪增壓器，占領(lǐng)國內(nèi)船用增壓行業(yè)的制高點，從而促進(jìn)