科技成果-大馬力渦輪增壓技術(shù)

科技成果一一大馬力渦輪增壓技術(shù)技術(shù)開發(fā)單位中國兵器裝備集團(tuán)公司湖南天雁機(jī)械有限責(zé)任公司技術(shù)概述1、研發(fā)背景面對(duì)全球日益枯竭的不可再生資源，各國都在倡導(dǎo)節(jié)能減排，較大的能源需求、較高的排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)汽車、發(fā)動(dòng)機(jī)及關(guān)鍵零部件企業(yè)提出了更高要求。隨著內(nèi)燃機(jī)技術(shù)不斷朝著高功率密度、低速大扭矩發(fā)展，渦輪增壓器壓比和效率要求也越來越高。特別是在大排量、大馬力發(fā)動(dòng)機(jī)上，增壓器單級(jí)壓比普遍要達(dá)到3.2以上。目前大馬力渦輪增壓器在國外已得到了廣泛的應(yīng)用，特別是重型柴油機(jī)，大馬力渦輪增壓技術(shù)憑借其獨(dú)有的優(yōu)勢日漸風(fēng)行。2、技術(shù)突破為了滿足發(fā)動(dòng)機(jī)大馬力的要求，增壓器可以采用可變截面技術(shù)、兩級(jí)增壓技術(shù)等，但此兩種技術(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、匹配困難、還存在可靠性和保障的難題。如果能采用普通放氣閥渦輪增壓技術(shù)為基礎(chǔ)，提高渦輪增壓器的工作能力和效率，也可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)大馬力的需求。單級(jí)渦輪增壓要滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的要求必須具備高壓比、寬流量壓氣機(jī)，高耐溫性能和高強(qiáng)度的軸承系列。在研究中，利用新一代葉片機(jī)械空氣動(dòng)力學(xué)原理，設(shè)計(jì)出新型斜流壓氣機(jī)葉輪；根據(jù)模擬計(jì)算和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，調(diào)整零件材料，研制隔熱保護(hù)裝置，同時(shí)對(duì)軸承系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)化設(shè)計(jì)，以滿足高可靠性要求。3、實(shí)現(xiàn)原理、途徑大馬力增壓器的設(shè)計(jì)主要有以下幾點(diǎn)：高壓比、高效率的壓氣機(jī)設(shè)計(jì)。原有壓氣機(jī)葉輪出口為徑流式出口，為降低空氣在葉輪出口處的氣流流動(dòng)損失，將葉輪出口改為徑斜流式，如圖1所示。徑斜流壓氣機(jī)葉輪其葉輪出口采用斜流和徑流相結(jié)合，葉輪斜流出口斜邊與徑流出口邊線的相交處采用圓弧過渡，以減少相交處應(yīng)力集中。斜流出口可以改善葉輪輪緣曲率太大而導(dǎo)致的葉輪出口展向流場分布不均勻狀態(tài)，徑流出口可以平衡因斜流出口設(shè)置不當(dāng)而導(dǎo)致的擴(kuò)壓器入口輪轂處出現(xiàn)回流的情況。通過斜流出口與徑流出口二者有效組合，可明顯改善葉輪輪轂和輪緣兩側(cè)的流場，使無葉擴(kuò)壓器入口流場分布更理想，提高了壓氣機(jī)效率，并可提高壓氣機(jī)的流量范圍。本技術(shù)已獲得國家實(shí)用新型專利，專利號(hào)：ZL201420676228.8。高承載能力止推軸承的設(shè)計(jì)?；跍u輪增壓器工作環(huán)境的需求，結(jié)合流體動(dòng)壓潤滑理論，在止推軸承渦端、壓端油楔表面采用激光成型工藝加工出微型凹腔。工作時(shí)，通過油楔面和止推片之間的微型凹腔形成動(dòng)壓油膜，加強(qiáng)了承載能力，改善了摩擦特性，減小了增壓器軸向竄動(dòng)量，提高了渦輪增壓器的可靠性和耐久性。同時(shí)，該微型凹腔還具有收集硬質(zhì)顆粒和磨損磨粒的作用，改善了低速和惡劣工況下的磨擦學(xué)性能。本技術(shù)已獲得國家實(shí)用新型專利，專利號(hào)：ZL201520328575.6。（3）隔熱保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)。執(zhí)行器是通過氣壓推動(dòng)橡膠膜片來驅(qū)動(dòng)輸出軸工作的。在大馬力增壓器上，因發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度高，增壓器工作溫度較以往高很多，執(zhí)行器膜片為橡膠件，在高溫下易老化，因此需要對(duì)執(zhí)行器設(shè)計(jì)保護(hù)裝置。將隔熱罩設(shè)計(jì)為圓形杯體，隔熱罩本體的開口端設(shè)計(jì)有與執(zhí)行器氣嘴對(duì)應(yīng)的開口槽，隔熱罩底部中心設(shè)有推桿孔，圍繞中心設(shè)有若干個(gè)均布的螺栓孔。通過加裝隔熱罩可有效降低執(zhí)行器的熱負(fù)荷，同時(shí)其具有安裝方便，適用性好的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于不同安裝布置的增壓器。本技術(shù)已獲得國家實(shí)用新型專利，專利號(hào)：ZL201520040983.1。技術(shù)指標(biāo)最高壓比3.2以上，最高效率76%以上；技術(shù)特點(diǎn)1、高壓比、高效率。最高壓比3.2以上，最高效率76%以上。2、寬流量，設(shè)計(jì)了新型防喘振結(jié)構(gòu)壓氣機(jī)，有效擴(kuò)大了壓氣機(jī)工作范圍，同時(shí)滿足了高原和平原的性能要求。3、可靠性好。采用隔熱裝置對(duì)薄弱零件進(jìn)行保護(hù)；優(yōu)化設(shè)計(jì)了新型軸承系統(tǒng)，加強(qiáng)了軸承系統(tǒng)的工作能力，有效地保證了增壓器在高強(qiáng)度環(huán)境下的可靠性。先進(jìn)程度國內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)狀態(tài)小批量生產(chǎn)、工程應(yīng)用階段適用范圍7L-16L平臺(tái)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)均可適用。專利狀態(tài)獲國內(nèi)實(shí)用新型專利3項(xiàng)合作方式合作開發(fā)本技術(shù)轉(zhuǎn)化所需的時(shí)間為2-3年。大馬力發(fā)動(dòng)機(jī)配重型車輛近年來，隨著貨運(yùn)量增長，和計(jì)重收費(fèi)、超載超限的治理，需求越來越大。因?yàn)榭吹搅舜篑R力柴油機(jī)所具有的巨大優(yōu)勢，國內(nèi)各大主機(jī)廠目前都在開發(fā)大馬力柴油增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。大馬力發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器技術(shù)和可靠性要求高，相應(yīng)其價(jià)格和利潤也較高。預(yù)計(jì)到2022年左右，公司大馬力增壓器年產(chǎn)銷量將達(dá)到每年5萬臺(tái)