科技成果-大马力涡轮增压技术

科技成果一一大马力涡轮增压技术技术开发单位中国兵器装备集团公司湖南天雁机械有限责任公司技术概述1、研发背景面对全球日益枯竭的不可再生资源，各国都在倡导节能减排，较大的能源需求、较高的排放标准对汽车、发动机及关键零部件企业提出了更高要求。随着内燃机技术不断朝着高功率密度、低速大扭矩发展，涡轮增压器压比和效率要求也越来越高。特别是在大排量、大马力发动机上，增压器单级压比普遍要达到3.2以上。目前大马力涡轮增压器在国外已得到了广泛的应用，特别是重型柴油机，大马力涡轮增压技术凭借其独有的优势日渐风行。2、技术突破为了满足发动机大马力的要求，增压器可以采用可变截面技术、两级增压技术等，但此两种技术结构复杂、匹配困难、还存在可靠性和保障的难题。如果能采用普通放气阀涡轮增压技术为基础，提高涡轮增压器的工作能力和效率，也可以实现发动机大马力的需求。单级涡轮增压要满足发动机的要求必须具备高压比、宽流量压气机，高耐温性能和高强度的轴承系列。在研究中，利用新一代叶片机械空气动力学原理，设计出新型斜流压气机叶轮；根据模拟计算和试验数据的基础上，调整零件材料，研制隔热保护装置，同时对轴承系统进行强化设计，以满足高可靠性要求。3、实现原理、途径大马力增压器的设计主要有以下几点：高压比、高效率的压气机设计。原有压气机叶轮出口为径流式出口，为降低空气在叶轮出口处的气流流动损失，将叶轮出口改为径斜流式，如图1所示。径斜流压气机叶轮其叶轮出口采用斜流和径流相结合，叶轮斜流出口斜边与径流出口边线的相交处采用圆弧过渡，以减少相交处应力集中。斜流出口可以改善叶轮轮缘曲率太大而导致的叶轮出口展向流场分布不均匀状态，径流出口可以平衡因斜流出口设置不当而导致的扩压器入口轮毂处出现回流的情况。通过斜流出口与径流出口二者有效组合，可明显改善叶轮轮毂和轮缘两侧的流场，使无叶扩压器入口流场分布更理想，提高了压气机效率，并可提高压气机的流量范围。本技术已获得国家实用新型专利，专利号：ZL201420676228.8。高承载能力止推轴承的设计。基于涡轮增压器工作环境的需求，结合流体动压润滑理论，在止推轴承涡端、压端油楔表面采用激光成型工艺加工出微型凹腔。工作时，通过油楔面和止推片之间的微型凹腔形成动压油膜，加强了承载能力，改善了摩擦特性，减小了增压器轴向窜动量，提高了涡轮增压器的可靠性和耐久性。同时，该微型凹腔还具有收集硬质颗粒和磨损磨粒的作用，改善了低速和恶劣工况下的磨擦学性能。本技术已获得国家实用新型专利，专利号：ZL201520328575.6。（3）隔热保护装置的设计。执行器是通过气压推动橡胶膜片来驱动输出轴工作的。在大马力增压器上，因发动机强化程度高，增压器工作温度较以往高很多，执行器膜片为橡胶件，在高温下易老化，因此需要对执行器设计保护装置。将隔热罩设计为圆形杯体，隔热罩本体的开口端设计有与执行器气嘴对应的开口槽，隔热罩底部中心设有推杆孔，围绕中心设有若干个均布的螺栓孔。通过加装隔热罩可有效降低执行器的热负荷，同时其具有安装方便，适用性好的特点，可广泛应用于不同安装布置的增压器。本技术已获得国家实用新型专利，专利号：ZL201520040983.1。技术指标最高压比3.2以上，最高效率76%以上；技术特点1、高压比、高效率。最高压比3.2以上，最高效率76%以上。2、宽流量，设计了新型防喘振结构压气机，有效扩大了压气机工作范围，同时满足了高原和平原的性能要求。3、可靠性好。采用隔热装置对薄弱零件进行保护；优化设计了新型轴承系统，加强了轴承系统的工作能力，有效地保证了增压器在高强度环境下的可靠性。先进程度国内领先技术状态小批量生产、工程应用阶段适用范围7L-16L平台柴油发动机均可适用。专利状态获国内实用新型专利3项合作方式合作开发本技术转化所需的时间为2-3年。大马力发动机配重型车辆近年来，随着货运量增长，和计重收费、超载超限的治理，需求越来越大。因为看到了大马力柴油机所具有的巨大优势，国内各大主机厂目前都在开发大马力柴油增压发动机。大马力发动机增压器技术和可靠性要求高，相应其价格和利润也较高。预计到2022年左右，公司大马力增压器年产销量将达到每年5万台