涡轮增压器止推轴承润滑油供油量优化设计

针对某款涡轮增压器在工作中出现的润滑油供油量过大的问题,从优化止推轴承的角度出发,分析了止推轴承润滑机理和供油量的关系。采取了减小止推轴承的长宽比、将双油道供油方式设计为单油道供油方式两种改进方案,并对两种方案进行增压器性能和可靠性试验。试验结果表明改进方案在满足增压器性能和可靠性要求下,润滑油最大供油量较未改进前降低了19.1%,机械效率增加了3%,新方案还优化了止推轴承的结构,为止推轴承的设计提供了参考。     

船用柴油机止推轴承润滑特性分析及优化设计

针对某型高强化指标船用柴油机止推轴承在试验过程中出现的异常磨损问题,采用三维弹性流体动力学仿真分析方法,比较不同轴向力、油槽、油孔结构对止推轴承承载能力及润滑特性的影响规律并进行试验验证。试验结果表明：当止推轴承承受的轴向力增加时,峰值总压及平均热载最大值无明显变化,但区域有所扩展;采用更利于止推工作面滑油流通的油槽、油孔结构对止推轴承的润滑特性有较大改善,可显著提高其承载能力。     

相继增压系统切换过程对增压器辅推轴承轴向力影响与轴承优化研究

采用数值仿真方法研究基本增压器在系统切换过程中的轴向力变化规律,并提出了辅助推力轴承的改进设计方法。首先数值仿真研究了基本增压器的转子系统在切换时的压气机/涡轮关键典型截面气动参数分布情况,分析了在柴油机增压模式切换过程中基本增压器转子轴向力大小和方向变化规律,然后提出了增加轴承承力面及改变承力面材料的优化方案。结果表明：基本增压器辅助推力轴承在切换的5 s时间内轴向力发生翻转,最大约承受2 273 N的反向轴向力,是造成切换过程辅助推力轴承磨损的关键原因;优化方案最大承载能力为优化前的4.8倍,显著提升了辅助推力轴承承载力。经增压器平台可靠性验证,改进后的增压器辅助推力轴承在相同时间内未出现碰磨现象。     

浮环轴承温度预测模型的仿真及试验验证

综合考虑温黏效应和热膨胀导致的半径间隙变化,结合动载作用下的非线性油膜力,考虑压力流和剪切流对摩擦力矩的共同影响,建立了更为精确的涡轮增压器浮环轴承系统温度预测模型。在涡轮增压器浮环轴承试验台上对回油温度进行实测,并对仿真结果进行对比分析。研究结果表明:仿真所得结果与试验所测结果有较好的吻合性,证明了温度预测模型的准确性;温度和转速变化关系接近线性,温升、黏度、环速比和轴承间隙等变化均在合理范围之内,浮环轴承工作状态良好。     

基于正交试验的低速机增压器涡轮排气壳性能优化研究

为提升船用低速机涡轮增压器性能,对增压器涡轮排气壳底部流道结构进行参数化,设计并开展了以效率为优化目标的四因素三水平正交试验优化设计和增压器整机性能试验。首先,采用CFD数值模拟方法对不同参数组合的涡轮气动性能进行了计算,然后对涡轮排气壳底部流道结构参数开展了灵敏度分析,同时针对不同参数组结构开展了内部流场对比分析,明确结构因素对流动的影响机理;在此基础上对优化后方案开展了涡轮特性分析,最后在低速双燃料机平台上开展增压器整机试验验证。分析研究表明：在涡轮进气壳、喷嘴环和涡轮叶片等通流部件结构不变的前提下,涡轮排气壳排气方向轴向长度对涡轮整级效率的影响最大,优化后效率明显提升,设计点总压损失系数降低0.3874,静压恢复系数提升0.537,总静效率提升1.85%,其余工况总静效率最大提升2.4%。试验结果表明：优化后涡轮增压器整机效率在主机燃油模式和燃气模式下的全工况范围内效率均有提升,最大提升幅度分别达到1.4%和2.1%,涡轮性能和增压器整机性能改善明显。     

车用涡轮增压器瞬态响应性评估与测试

基于车用涡轮增压器瞬态响应的影响因素，提出独立于内燃机的车用涡轮增压器瞬态响应评估指标D_x。通过数值模拟和试验的方法研究在不同终了转速下D_x随不同初始压比的变化以及转子转动惯量、涡轮效率和压气机效率对D_x影响。研究结果表明：试验结果与仿真结果吻合较好，证明该测试方法可用于涡轮增压器的瞬态性能测试以及增压器瞬态性能的影响因素研究。使用误差传播理论对试验测得的瞬态响应评估参数D_x值进行系统误差估计，试验测得的系统不确定度为1.35%。     

VNT可变涡轮增压器与柴油机的匹配研究

根据一款WG增压柴油机原机的基本结构参数和试验数据,匹配一款VNT废气涡轮增压器,建立VNT增压柴油机的GT-Power一维计算模型,并对柴油机外特性工况和ESC工况进行仿真计算研究。分别以动力性和经济性参数为分析指标,对外特性工况和ESC工况的VNT开度进行优化选择。研究表明,开度优化选择后的VNT柴油机与柴油机原机相比,外特性转矩均有较大幅度提高,最大转矩工况的运行范围拓宽,且VNT增压器的转速在整个转速范围内提高,联合运行曲线的高效率范围扩展;ESC工况加权比油耗值下降幅度约为3.8%,且空燃比增大,VNT柴油机经济性获得提升。可以得出结论,VNT可变涡轮增压器与柴油机匹配良好。     

可变喷嘴涡轮增压器与柴油机匹配的数值模拟

利用GT-Power一维仿真软件,建立了J90S固定截面涡轮增压柴油机WD615.50的仿真计算模型,并与试验数据进行对比,验证模型的准确性。在此基础上,将原机的J90S固定截面涡轮增压器改为JK90S可变喷嘴涡轮增压器,建立可变喷嘴涡轮增压柴油机的仿真计算模型,对JK90S与WD615.50柴油机的匹配规律进行数值模拟。数值模拟结果表明:与固定截面涡轮增压器相比,在柴油机低速工况下,通过关小可变喷嘴涡轮增压器喷嘴环叶片的开度,柴油机进气更加充足,功率及转矩稍有增加,经济性有所改善。根据数值模拟结果,确定了最佳喷嘴环叶片开度随柴油机转速及负荷的变化规律。     

高背压柴油机涡轮增压器匹配设计试验

利用GT-POWER软件建立柴油机原机的一维性能仿真模型，基于标定后的模型修改涡轮喷嘴环直径，在高背压条件下进行涡轮和压气机初步选型，根据选型结果开展不同涡轮和压气机组合下的性能优化匹配试验。结果表明：EF06涡轮与HF11压气机的组合在典型排气背压工况下最大可持续功率可达1 665 kW，所对应的喘振裕度不低于15%。该结果证明了涡轮增压器匹配仿真及试验方法的正确性和有效性。     

一种车用涡轮增压器涡轮绝热效率测量的新方法

在传统的涡轮效率测量方法的基础上,提出了一种效率测量的新方法,这种新方法采用辅助增压器来替代传统的冷却器实现压气机的自循环加载.利用一维仿真计算和试验的手段对这一新方法的可行性进行了模拟计算,试验和计算结果表明这一新方法较之于传统的方法,拓宽了涡轮效率特性测量的范围.试验台因为去掉了体积较大的冷却器和整套循环水路而变得更加简单紧凑,试验的操作也更加的方便,为涡轮的设计、生产和增压器与发动机的匹配提供了一种有效的试验手段.在一维仿真计算的基础上,分析了辅助增压器选配的原则,提出了一种辅助增压器的选配方案,这种新方案可使被测涡轮工作在高转速大负荷工况时,辅助增压器耗功水平提高60%.     

轻便轴承对增压器机械效率及发动机加速性能的影响

为改善涡轮增压器机械效率及发动机加速性能,分析原轴承系统和轻便轴承系统的旋转部件质量及转动惯量,试验研究原轴承系统和轻便轴承系统的机械效率及发动机加速性能。结果表明:与原轴承系统相比,增压器转速为60000-80000 r/min时,轻便轴承系统机械效率改善2.73%-8.08%;增压器转速为60000-140000 r/min时,轻便轴承系统润滑油流量减少37.44%-46.75%;发动机带载加速试验及发动机自由加速试验表明,轻便轴承系统加速时间分别减少7.7%和11.7%。因此,轻便轴承系统可以改善增压器低速段机械效率、发动机加速性能及低速扭矩,是增压器的发展方向。     

High-speed and heavy-load tribological properties of hydrostatic thrust bearing with double rectangular recess

The rotational speed and load are two main factors affecting the tribological properties of the hydrostatic thrust bearing, especially under high-speed and heavy-load conditions. The three-dimensional simulation models of oil film and bearing friction pairs are established. The oil film pressure field, oil film temperature field, bearing friction pairs deformation field, and oil film thickness field are obtained and discussed under high-speed and heavy-load working conditions. A test rig for studying high-speed and heavy-load tribological properties of hydrostatic thrust bearing with double rectangular recess is developed. The feasibility of the simulation method is validated by experiments. It is found that a reasonable matching relationship between rotational speed and load is obtained, and the burden is the main factor affecting oil film pressure. Still, the rotational speed has a significant impact on the oil film temperature. The influence of friction pairs deformation on tribological properties under high-speed and heavy-load working conditions is explored, the oil film thickness is obtained, and dry friction will appear if the working conditions are further enlarged. This work guides the application of hydrostatic thrust bearing under working conditions of high speed and heavy load.     

船用轴流压气机推力轴承特性计算及试验研究

为获得某新型推力轴承在某船用轴流压气机中的工作特性并进行试验验证,基于ARMD Bearings软件及自编程序对推力轴承特性进行了模拟计算,在全尺寸高速大推力滑动轴承试验台上进行了轴承特性试验研究,并在实机台架试验中对轴瓦温度进行了监测。计算分析了15种工作条件下油膜的压力、厚度、温度、刚度、阻尼及能量损失与推力和转速关系。轴承特性试验主要包括9种稳定工况下的性能试验,以及轴承超载、超速试验中每块轴瓦表面温度及油膜压力的测量。结果表明：模拟计算结果及试验测试得到的油膜温度、压力随推力及转速变化规律基本一致;轴瓦表面最大油膜压力位于支承块背部附近,与推力基本呈线性关系;转子转速越低、推力越大,则油膜厚度越小、油膜刚度及阻尼越大;转子转速越高、推力越大,则油膜温度越高、能量损失越大;在设计点轴承运行参数均有一定安全裕度,该推力轴承可以满足机组使用要求。     

Heat transfer characteristics between inner and outer rings of an angular ball bearing

Heat transfer between the inner and the outer rings of an angular ball bearing is investigated experimentally and heat transport by balls is analyzed theoretically. The bearing used is lubricated by oil and rotated in the range from 600 to 4000 rpm. Considering heat generation by friction, the net heat flow between the rings is evaluated. The results show that balls are the dominant heat carrier and their conductance depends on rotational speed and thrust force. The other heat transfer route is supposed mainly to be between the rings based on the fact that its heat flow rate depends on the rotational speed. © 2002 Wiley Periodicals, Inc. Heat Trans Asian Res, 32(1): 42–57, 2003; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/htj.10070     

基于燃烧室与增压器匹配的柴油机热效率优化设计及仿真研究

以某重型柴油机为研究对象,采用仿真计算的方法探究了基于缸内燃烧系统和空气系统优化使发动机最低油耗区间匹配不同使用工况,提出满足发动机不同应用场景需求的匹配方案。研究结果表明:采用压缩比为19.5的燃烧室,缸内混合气过稀区减少,燃烧放热速率加快,热效率提高;通过合理匹配增压器和燃烧室可以实现柴油机最低油耗区间与目标工况区间的匹配。以优化低转速中低负荷工况油耗为目标,采用压缩比为19.5的燃烧室,同时采用较小的涡轮当量流通截面积,可以使最低油耗区匹配低转速中低负荷工况,低转速中负荷油耗改善3.1%。以优化中转速中高负荷油耗为目标,采用压缩比为18.5的燃烧室,结合增压器的优化匹配,可以使最低油耗区匹配中转速中高负荷工况,中转速中负荷油耗改善1.6%。以优化高转速高负荷油耗为目标,通过提高最高燃烧压力,采用压缩比为21.5的燃烧室,同时采用较大的涡轮当量流通截面积,高转速高负荷油耗可改善4.2%。     

MLX系列减速机用扇形可倾瓦滑动推力轴承润滑性能分析

以MLX系列减速机用扇形可倾瓦滑动推力轴承为研究对象,建立基于计算流体动力学(CFD)的有限元仿真分析模型和基于数值分析方法的数值分析模型分析流体润滑性能,利用有限元分析模型研究分析了轴承中润滑油膜压力场和温度场的分布及其随轴承转速、润滑油粘度的变化情况。利用数值分析方法建立轴承油膜厚度模型,分析了轴承扇形瓦块倾角的变化对轴承润滑性能的影响。结果表明：随着轴承转速和润滑油粘度的增加,油膜最高压力和最高温度持续线性增大;扇形瓦块的周向、径向倾角对轴承油膜压力和厚度会造成影响,且径向倾角的影响更大。     

水轮发电机组推力轴承内循环散热系统数值模拟

为解决推力轴承瓦温过高问题,采用数值模拟方法分析了国内某水轮发电机组推力轴承内循环散热系统内部流场。结果表明,靠近镜板处油的流速较大,远离镜板处油流速度小;镜板内缘压力最低,沿推力瓦径向向外压力增大;油槽内整体油温分布比较均匀,初始水温、初始油温一定时,随着瓦温降低,整体油温下降的幅度不大。研究结果为推力轴承油循环散热系统的结构优化设计提供参考。