機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-大功率渦輪增壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【全套圖紙】

1、<p>　　中 文 題 目：渦輪增壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　渦輪增壓器能在發(fā)動機(jī)排量不變的情況下，提高其動力性能，降低尾氣排放，最初主要用于柴油發(fā)動機(jī)。最近，汽油發(fā)動機(jī)也越來越多地安裝了渦輪增壓器。Turbo，即渦輪增壓，簡稱T，最早時候由瑞典的薩博（SAAB）汽車公司應(yīng)用于汽車領(lǐng)域?，F(xiàn)在很多人都知道了，

2、渦輪增壓簡稱TURBO，如果在轎車尾部看到TURBO或者T，即表明該車采用的發(fā)動機(jī)是渦輪增壓發(fā)動機(jī)。這些汽車的發(fā)動機(jī)工作，是靠燃料在發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)燃燒作功，從而對外輸出功率。在發(fā)動機(jī)排量一定的情況下，若想提高發(fā)動機(jī)的輸出功率，最有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，但要提供足夠量的空氣以支持燃料完全燃燒，靠傳統(tǒng)的發(fā)動機(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</p><p&

3、gt;　　全套圖紙，加153893706</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Turbochargers can improve engines’power performance and reduce exhaust emissions without changing their capacity.They were main

4、ly 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

5、is called TURBO, if saw in the passenger vehicle rear part TURBO or T, namely indicated this vehicle uses the engine is the turbocharging engine. These autom</p><p>　　Key words: Turbo; Air cylinder internal

6、combustion; Fuel</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1.渦輪增壓概述1</p><p>　　1.1渦輪增壓器的背景1</p><p>　　1.2渦輪增壓器產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展2</p><p>　　1.3渦輪增壓器原理3</p><

7、p>　　2渦輪增壓器壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.1 壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)6</p><p>　　2.1.1進(jìn)氣道6</p><p>　　2.1.2壓氣機(jī)葉輪6</p><p>　　2.1.3擴(kuò)壓器7</p><p>　　2.1.4壓氣機(jī)蝸殼7</p><p>　　2.2

8、壓氣機(jī)的主要工作參數(shù)8</p><p>　　2.2.1設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)8</p><p>　　2.3離心式壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.3.1進(jìn)氣道9</p><p>　　2.3.2導(dǎo)風(fēng)輪的初步設(shè)計(jì)9</p><p>　　2.3.3葉輪（工作輪）的初步設(shè)計(jì)12</p><p&

9、gt;　　2.3.4擴(kuò)壓器的初步設(shè)計(jì)15</p><p>　　2.3.5其他參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算16</p><p>　　2.3.6對初步設(shè)計(jì)進(jìn)行校核16</p><p>　　3渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.1渦輪結(jié)構(gòu)18</p><p>　　3.2工作輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)19</p><p&

10、gt;　　3.3相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)20</p><p>　　3.3.1設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)20</p><p>　　3.3.2廢氣在單級渦輪內(nèi)的膨脹過程及效率20</p><p>　　4渦輪增壓器主軸軸承以及其它裝置的研究24</p><p>　　4.1渦輪增壓器主軸24</p><p>　　4.2渦輪增壓器主軸軸承2

11、4</p><p>　　4.3渦輪增壓器主軸軸承的潤滑和冷卻系統(tǒng)25</p><p>　　4.4渦輪增壓器密封和隔熱系統(tǒng)26</p><p>　　5 經(jīng)濟(jì)性分析27</p><p><b>　　6.總結(jié)28</b></p><p><b>　　致謝 29</b>&l

12、t;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)30</b></p><p><b>　　1 渦輪增壓概述</b></p><p>　　1.1 渦輪增壓器的背景</p><p>　　說到渦輪增壓技術(shù)，它已經(jīng)有100多年歷史了。在1905年Alfred Buchi博士就申請了第一款渦輪增壓器的專利——動力驅(qū)動

13、的軸向增壓器。到了1961年，小轎車開始試探性地安裝增壓器，但因?yàn)樗查g產(chǎn)生的巨大壓力和熱量，使安裝后效果并不理想。而來自于北歐瑞典的Saab薩博公司則是第一家把渦輪增壓器應(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，使汽車發(fā)動機(jī)在應(yīng)用渦輪增壓技術(shù)上，真正開始走向成熟，它的到來同時宣告了汽車產(chǎn)業(yè)一個新時代的誕生。渦輪增壓技術(shù)改寫了“排量大小決定功率”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

14、方興未艾的發(fā)展勢頭。渦輪增壓是一項(xiàng)新技術(shù)，幾十年的發(fā)展歷史有力地表明，渦輪增壓是提高發(fā)動機(jī)功率和改善經(jīng)濟(jì)性的最有效措施，也是發(fā)動機(jī)強(qiáng)化的必然途徑，它已成為當(dāng)前內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的重要方向。渦輪增壓是使柴油機(jī)動力裝置降低成本、縮小體積、減輕重量最成功的方法。實(shí)踐證明，對于安裝尺寸受限制的應(yīng)用(如船舶、機(jī)車、卡車等)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過非增壓發(fā)動機(jī)。</p><p>　　60年

15、代增壓技術(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年代的石油危機(jī)，又促使經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)(包括降低燃油耗率和使用劣質(zhì)燃油)得到很大改善：80年代各國對環(huán)境污染的限制更為嚴(yán)格，制定了極為苛刻的環(huán)保法規(guī)，迫使柴油機(jī)制造廠商各自尋找對策以謀生存。新開發(fā)的柴油機(jī)必須在諸多方面能體現(xiàn)出優(yōu)越性，否則就無法適應(yīng)未來劇烈的市場競爭?？v觀我國中速機(jī)的現(xiàn)狀，應(yīng)該說己初步具備了研究、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)體系，但就總體水平而言，強(qiáng)化度不高，部分關(guān)鍵部件的可靠性

16、尚待進(jìn)一步提高，自動化程度低，減振降噪，措施尚未實(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)的系列化和零部件的通用化程度較低；部分零部件如高壓油泵和噴油器的偶件、調(diào)速器、軸瓦和活塞環(huán)等的制造工藝落后，質(zhì)量較差，引進(jìn)指標(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。</p><p>　　增壓技術(shù)由于在節(jié)能、提高功率及滿足環(huán)保等方面具有無可比擬的優(yōu)點(diǎn)而被眾多柴油機(jī)所采用，

17、而且發(fā)展越來越迅速。從發(fā)展趨勢來看，增壓程度越來越高，現(xiàn)在最大平均有效壓力已超過3.0MPa這樣高的平均有效壓力，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、低工況性能和瞬態(tài)特性變差等突出的問題，因此對增壓系統(tǒng)提出了越來越高的要求：要具有良好的全工況性能，主要是有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；有害排放物低；瞬態(tài)特性好；易于實(shí)現(xiàn)系列化生產(chǎn)；渦輪盡量采用單進(jìn)口。為了滿足這些要求，人們研發(fā)了多種增壓系統(tǒng)，尤其是為了改

18、善高增壓柴油機(jī)的低工況性能，國內(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【1】。</p><p>　　1.2 渦輪增壓器產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展</p><p>　　我國吳仲華先生創(chuàng)立的葉輪機(jī)械三元流理論，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展得到了廣泛的應(yīng)用。目前采用準(zhǔn)二維設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)離心式壓氣機(jī)與徑流渦輪已經(jīng)很普遍。因全于元流方法可以更準(zhǔn)確、更全面地描述葉輪內(nèi)部流場，利用它對各種損失模型與

19、葉輪內(nèi)部流場的深人研究已經(jīng)取得很大成績，現(xiàn)已成為渦輪增壓器葉輪設(shè)計(jì)的基本方法。我國近年也開始進(jìn)行空氣動力學(xué)計(jì)算、只元流場分析、葉輪及葉型設(shè)計(jì)、強(qiáng)度分析及性能預(yù)測等等。就設(shè)計(jì)方法而言，下一步的發(fā)展一是取決于理論上的突破，二是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。我國的增壓器工業(yè)的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)正處在“發(fā)展中”狀態(tài)，而西方國家已經(jīng)達(dá)到了“發(fā)達(dá)”狀態(tài) 今天的渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)已經(jīng)相當(dāng)緊湊、合理、完善，材料性能的提高對渦輪增壓器性能、成本的貢獻(xiàn)是相當(dāng)大的。可喜的是近

20、年來高新技術(shù)材料應(yīng)用研究進(jìn)展很快，對增壓器的發(fā)展起著非常重要的作用TiAl合金作為一種新型的高溫材料，密度小(約3.7-3. 9g/cm'，只有鎳基高溫合金7.8-!3. 3g/cm`的二份之一左右)、高溫強(qiáng)度及抗氧化性好，用于渦輪增壓器可以大幅度降低其轉(zhuǎn)動慣量，提高其瞬態(tài)響應(yīng)性。采用高頻感應(yīng)快速熔化澆鑄工藝鑄造渦輪葉輪已經(jīng)成功，采用粉末冶金</p><p>　　總的說來，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，渦輪增壓器的產(chǎn)

21、品基本結(jié)構(gòu)趨向一致，但小型化與運(yùn)用新技術(shù)優(yōu)化結(jié)構(gòu)卻方興未艾。社會發(fā)展對發(fā)動機(jī)提出了越來越高的要求，其必然對渦輪增壓器提出相應(yīng)的要求。由于制造工藝水平的提高，使流量范圍更廣、效率更高、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的渦輪增壓器制造成本降低，大批量生產(chǎn)成為可能。而新的發(fā)明創(chuàng)造有使渦輪增壓器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單化的傾向。就單個濾清器、增壓器、中冷器及進(jìn)排氣管道來說，分別提高他們的效率是早期的設(shè)計(jì)師們的工作，今天再要大幅度提高其效率是不可能的，而將他們的相互接口進(jìn)行優(yōu)化，

22、將他們作為一個整體、一個系統(tǒng)來考慮卻是大有可為的。這就是“渦輪增壓器系統(tǒng)”的意義。美國Honcywell,德國KKK公司(現(xiàn)在的BorgWarner公司)等在這個方面作了大量的工作，取得了很好的效果。如增壓器的渦輪殼與發(fā)動機(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，簡化了結(jié)構(gòu)、減少了氣體流動損失，同時利用計(jì)算機(jī)技術(shù)研究分析氣體在它們中的流動狀態(tài)，盡量減少各種損失，改進(jìn)設(shè)計(jì)，優(yōu)化整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使之右，局合理、緊湊，重量輕，總效率最

23、高。渦輪增壓器經(jīng)歷了基本型、增壓空氣控制旁通放氣、可變幾何或可變截面、電子控制</p><p>　　1.3 渦輪增壓器原理</p><p>　　渦輪增壓器實(shí)際上是一種空氣壓縮機(jī)，通過壓縮空氣來增加進(jìn)氣量。它是利用發(fā)動機(jī)排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內(nèi)的渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓進(jìn)入氣缸。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速增快，廢氣排出速度與渦輪轉(zhuǎn)速也同步增快，葉輪

24、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)增加燃料量和調(diào)整發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，就可以增加發(fā)動機(jī)的輸出功率了[2]。</p><p>　　發(fā)動機(jī)按增壓方式可分為四類：①不用專門增壓裝置的增壓，包括慣性增壓、動力增壓、諧波增壓等；②機(jī)械增壓，即利用機(jī)械傳動的增壓器進(jìn)行增壓；③發(fā)動機(jī)廢氣能量驅(qū)動增壓器，分廢氣渦輪增壓和氣波增壓兩種；④復(fù)合增壓，即同時采用兩種形式的增壓。</p>&l

25、t;p>　　渦輪增壓：利用發(fā)動機(jī)排出的廢氣能量驅(qū)動渦輪，再由渦輪帶動離心式壓氣機(jī)的方案。其工作原理如圖1.1所示：</p><p>　　圖1.1廢氣渦輪增壓系統(tǒng)工作原理</p><p>　　Figure 1.1 turbo exhaust system works</p><p>　　發(fā)動機(jī)排出的具有800~1000K高溫和一定壓力的廢氣經(jīng)排氣管（圖中紅色管路

26、）進(jìn)入渦輪殼里的噴嘴環(huán)。由于噴嘴環(huán)通過的面積是逐漸收縮的。因而廢氣的壓力和溫度下降，速度提高，使它的動能增加。高速的廢氣氣流按一定的方向沖擊渦輪，使渦輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)。廢氣的壓力、溫度和速度越高，渦輪轉(zhuǎn)的就越快。過渦輪的廢氣最后通入大氣。因?yàn)闇u輪和離心式壓氣機(jī)葉輪固裝在同一轉(zhuǎn)子軸上，所以兩者同速旋轉(zhuǎn)。這樣就將經(jīng)過空氣濾清器的空氣吸入壓氣機(jī)殼，高速旋轉(zhuǎn)的壓氣機(jī)葉輪把空氣甩向葉輪外緣，使其速度和壓力增加，并進(jìn)入擴(kuò)壓器。擴(kuò)壓器的形狀為進(jìn)口小出口大，

27、因此氣流的流速下降、壓力升高，再通過斷面由小到大的環(huán)形壓氣機(jī)殼使空氣的壓力繼續(xù)提高，這些壓縮的空氣經(jīng)進(jìn)氣管進(jìn)入汽缸。在渦輪增壓系統(tǒng)中，渦輪增壓器和發(fā)動機(jī)無任何機(jī)械傳動連接，廢氣渦輪增壓器是通過空氣和廢氣的流動與內(nèi)燃機(jī)耦合，自行調(diào)整，其轉(zhuǎn)速與內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速沒有聯(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。氣體在整個流道內(nèi)的壓力、溫度和速度的變化情況如圖1.2所示</p><p>　　p-靜壓力 T-溫度

28、c-速度</p><p>　　圖1.2壓氣機(jī)內(nèi)氣動參數(shù)的變化</p><p>　　Figure 1.2 Compressor Aerodynamic parameter changes within</p><p>　　廢氣渦輪增壓器用的壓氣機(jī)多數(shù)采用上述離心式，它的出口壓力可達(dá)140~300KPa，甚至可達(dá)500KPa[3]。</p><p&g

29、t;　　2 渦輪增壓器壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　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。</p><p><b>　　2.1.1 進(jìn)氣道</b></p><p>　　進(jìn)氣道的作用是將外界空氣導(dǎo)向壓氣機(jī)葉輪。為降低流動損失，其通道為漸縮形進(jìn)氣道可分

30、為軸向進(jìn)氣道和徑向進(jìn)氣道兩種基本形式：軸向進(jìn)氣道，氣流沿轉(zhuǎn)子軸向不轉(zhuǎn)彎進(jìn)人壓氣機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡單、流動損失小。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)人壓氣機(jī)葉輪其流動損失較大一般僅在軸承外置的大型渦輪增壓器或空氣濾清器等裝置的空問布置受限時.才采用這種形式。</p><p>　　2.1.2 壓氣機(jī)葉輪</p><p>　　壓氣機(jī)葉輪是壓氣機(jī)中

31、唯一對空氣作功的部件，它將渦輪提供的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝獾膲毫δ芎蛣幽芸趬簹鈾C(jī)葉輪分為導(dǎo)風(fēng)輪和工作葉輪兩部分.中、小型渦輪增壓器兩者做成一體，大型渦輪增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，葉片人口向旋轉(zhuǎn)方向前傾，直徑越大處前傾越多，其作用是使氣流以盡量小的撞擊進(jìn)人葉輪。根據(jù)葉輪輪盤的結(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。開式葉輪沒有輪盤，流動損失大，葉輪效率低，且葉片剛性差，易振動口閉式葉輪既有輪盤又有

32、輪蓋，流道封閉，流動損失小，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，沒有輪蓋，其性能介于開式和閉式之間。但其結(jié)構(gòu)較簡單，制造方便，且強(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，并保持一定的剛度，因此能承受很高的轉(zhuǎn)速，多在小型渦輪增壓器中應(yīng)用 按葉片的長短，壓氣機(jī)葉輪還可分為全長葉片葉輪和長短葉片葉輪。全長葉片葉輪進(jìn)口流動損失小，效率高，但對

33、于小直徑葉輪，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短葉片葉輪。.</p><p>　　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。這種葉輪對空氣的作功能力最大，但其作功主要是增加了空氣的動能，對壓力能卻提高較少，這就要求空氣的動能更多地要在擴(kuò)壓器和蝸殼中轉(zhuǎn)化為壓力能。因?yàn)閿U(kuò)扭器和蝸殼的效率比葉輪低，因此壓氣機(jī)效率

34、低，渦輪增壓器中不采用這種葉輪口。</p><p>　　徑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，比后彎葉片的低由于其強(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壓器中得到較多應(yīng)用。后彎葉片葉輪的逆旋轉(zhuǎn)方向彎曲，雖然它的作功能力小，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)，其葉片沿徑向后彎的同

35、時還向旋轉(zhuǎn)方向前傾，這種葉輪不僅壓氣機(jī)效率高，而且高效率范圍寬戶，近年來在布用柴油機(jī)渦輪增壓器上受到了重視和應(yīng)用。</p><p>　　2.1.3 擴(kuò)壓器</p><p>　　擴(kuò)壓器的作用是將壓氣機(jī)葉輪出口高速空氣的動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?。擴(kuò)壓器的效率是動能實(shí)際轉(zhuǎn)化為壓力能的轉(zhuǎn)化量和沒有任何流動損失的定墑過程動能轉(zhuǎn)化為壓力能的轉(zhuǎn)化量之比，擴(kuò)壓器效率對壓氣機(jī)效率有重要的影響按擴(kuò)壓器中有無葉片，可

36、分為無葉擴(kuò)壓器和葉片擴(kuò)壓器。</p><p>　　無葉擴(kuò)壓器是一環(huán)形通道氣流在擴(kuò)壓器中近似沿對數(shù)螺旋線的軌跡流動.即氣流流動跡線在任意直徑處與切向的夾角幕本不變。由十這一特點(diǎn)氣流的流動路線r-.流動損失大，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)壓器流量范匡寬，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，在經(jīng)常處于變丁況運(yùn)行的小型渦輪增壓器上得到廣泛應(yīng)用。</p><p

37、>　　葉片擴(kuò)壓器是在環(huán)形通道上加有若干導(dǎo)向葉片.使氣流沿葉片通道流動。由于氣流的流動路線短，流動損失小，故效率高。民葉片構(gòu)造角沿徑向增大，使氣流的流通面積迅速增大，因此擴(kuò)壓能力大。尺寸小但當(dāng)流量偏離設(shè)計(jì)工況，葉片人口氣流角不等十葉片溝造角時.將產(chǎn)牛撞擊損失，使效率急劇下降。在丁況范圍變化不大的大、中刑渦輪增壓器上，常采用無葉擴(kuò)壓器和葉片擴(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.氣流的動能主要在葉片擴(kuò)壓器中轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫?/p>

38、能。葉片擴(kuò)壓器葉片的形式較多，圖z6示出r常用的三種其中，平板形葉片和圓弧形葉片兩種擴(kuò)壓器制造簡單，但性能較差，在增壓比較低、系列化生產(chǎn)的渦輪增壓器中應(yīng)用較多機(jī)翼形葉片擴(kuò)壓器流動損失最小，壓氣機(jī)變丁況性能相對較好，但制造較為復(fù)雜，多在增壓比要求較高的渦輪增壓器中被采川，近年來有應(yīng)用越來越多的趨勢。</p><p>　　2.1.4 壓氣機(jī)蝸殼</p><p>　　壓氣機(jī)蝸殼的作用是收集從擴(kuò)

39、壓器出來的空氣.將其引導(dǎo)到發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣管，由于擴(kuò)壓器出來的空氣仍有較大的速度，在蝸殼中還將進(jìn)一步把動能轉(zhuǎn)化為壓力能，因此，壓氣機(jī)蝸殼也有一定的擴(kuò)壓作用。蝸殼效率是動能轉(zhuǎn)化為壓力能的實(shí)際轉(zhuǎn)化量和定嫡轉(zhuǎn)化量之比。</p><p>　　2.2 壓氣機(jī)的主要工作參數(shù)</p><p>　　2.2.1 設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)</p><p>　　設(shè)計(jì)選擇4100型柴油機(jī)</p

40、><p>　　D=100（mm），S=118（mm）， =3.856（L）；</p><p>　　發(fā)動機(jī)過量空氣系數(shù)=1.7；</p><p>　　容積系數(shù)=0.98；</p><p>　　掃氣系數(shù)=1.02；</p><p>　　掃氣過量空氣系數(shù)==1；</p><p>　　壓氣機(jī)的主要工作參數(shù)

41、是增壓比、效率、流量和轉(zhuǎn)速。通常以增壓比為縱坐標(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，從而可方便地看出各種工況下，壓氣機(jī)各主要工作參數(shù)的相互關(guān)系。</p><p>　　1）增壓比：增壓比是壓氣機(jī)出口壓力和進(jìn)口壓力之比。增壓比是壓氣機(jī)最主要的工作指標(biāo)，也是對壓氣機(jī)提出的基本要求。壓氣機(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

42、徑處的圓周速度的平方成正比，而且在理想情況下，工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，選用高強(qiáng)度的材料制造工作輪，可以提高圓周速度，進(jìn)而提高壓氣機(jī)的工作壓力。</p><p>　　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。其中最重要的有多變效率和等熵效率。多變效率是指壓氣機(jī)的多變壓縮功和壓氣機(jī)總功之比。等熵效率是等熵壓縮功和壓氣機(jī)消耗的總功之比。在渦輪增壓器中

43、，壓氣機(jī)的等熵效率一般為0.70～0.85，個別的更高。由于多變壓縮功大于等熵壓縮功，故多變效率大于等熵效率。一般等熵效率等于多變效率的0.97～0.99。</p><p>　　3）流量：單位時間內(nèi)流過壓氣機(jī)的氣體重量或容積稱為壓氣機(jī)的流量。每一臺壓氣機(jī)有一定的流量范圍，可以用給定增壓比下，其最大流量和最小流量之比來表示。壓氣機(jī)的流量范圍決定了它適用的柴油機(jī)功率范圍。流量范圍愈寬，則其適用的柴油機(jī)功率范圍愈大。&

44、lt;/p><p>　　4）轉(zhuǎn)速：壓氣機(jī)工作輪每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)稱為壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速。因?yàn)閴簹鈾C(jī)工作輪和渦輪工作輪裝在同一根轉(zhuǎn)軸上，所以壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速就是渦輪的轉(zhuǎn)速，也是渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　初步設(shè)計(jì)的主要參數(shù)如下：空氣流量 GC=0.35kg/s；增壓比 nc=2.9；</p><p>　　環(huán)境壓力 p0=1.033Mpa；環(huán)境溫度 T0=293K；壓頭系數(shù) =

45、0.72</p><p>　　2.3 離心式壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　離心式壓氣機(jī)的主要幾何尺寸，包括進(jìn)氣輪轂直徑，輪緣直徑，葉輪直徑，進(jìn)出口速度，進(jìn)氣口流動角的一些參數(shù)。</p><p>　　2.3.1 進(jìn)氣道</p><p>　　進(jìn)氣道是把氣體引入壓氣機(jī)。它是壓氣機(jī)流程的第一部分，對壓氣機(jī)的工作有直接的影響。葉輪進(jìn)口有軸向

46、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)入壓氣機(jī)。軸向進(jìn)氣具有進(jìn)氣均勻、流動阻力損失小和結(jié)構(gòu)簡單等優(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)(壓氣機(jī)葉輪為懸臂支承)時，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。</p><p>　　一般對進(jìn)氣道的要求是:</p><p>　?。?）進(jìn)氣均勻，使氣流均勻地

47、充滿工作輪的每個葉片通道。</p><p>　　（2）流動阻力損失小。進(jìn)氣道的流動損失對壓氣機(jī)的效率有顯著的影響，因?yàn)檫@流動損失導(dǎo)致工作輪進(jìn)口的氣流溫度增加，所以壓縮功也就按比例增加，從而降低了壓氣機(jī)的效率。</p><p>　　（3）結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡單和緊湊。</p><p>　?。?）要便于消音和清除雜質(zhì)。</p><p>　　圖2-1 軸

48、向進(jìn)氣道的結(jié)構(gòu)</p><p>　　Figure 2-1 the structure of the axial inlet</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行熱力計(jì)算：</p><p>　　等熵壓縮功 =8328.47kg.m</p><p>　　—為空氣絕熱指數(shù)，=1.39；</p><p>　　—為空氣氣

49、體常數(shù)，=22.4 ；</p><p>　　T0—環(huán)境溫度 T0=293K；</p><p>　　2.3.2 導(dǎo)風(fēng)輪的初步設(shè)計(jì)</p><p>　　氣體從進(jìn)氣道流出后，進(jìn)入旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)風(fēng)輪。它是壓氣機(jī)工作輪進(jìn)口的葉片扭轉(zhuǎn)部分。由于導(dǎo)風(fēng)輪的葉片造型比較復(fù)雜，為了加工制造方便，在多數(shù)情況下，導(dǎo)風(fēng)輪和葉輪是分開制造的。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

50、輪進(jìn)口部分的葉片做成扭曲的形狀。本次設(shè)計(jì)也采用將導(dǎo)風(fēng)輪和葉輪做成一體的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　導(dǎo)風(fēng)輪的葉片型線主要有圓弧、橢圓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)成的型面有下列優(yōu)點(diǎn)：能使氣流以較低的流動損失平順地從周向轉(zhuǎn)到軸向；導(dǎo)風(fēng)輪葉片具有良好的強(qiáng)度特性；葉型加工方法比較簡單。拋物線型的葉片有平面拋物線葉片和圓柱拋物線葉片兩種。前者是用平面上的拋物線去構(gòu)成葉片型面，后者是用圓柱面上的拋

51、物線去構(gòu)成葉片型面。這兩種拋物線型的導(dǎo)風(fēng)輪具有差別不大的氣體動力性能。本設(shè)計(jì)對導(dǎo)風(fēng)輪的葉片型線采用平面拋物線。</p><p>　　圖2-2導(dǎo)風(fēng)輪的葉型</p><p>　　Figure 2-2 Wind round guide blade</p><p>　　導(dǎo)風(fēng)輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　工作輪外徑處圓周速度</p>

52、<p>　　u2=336.68 m/s</p><p>　　2．導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口前軸向氣體速度</p><p><b>　　取，</b></p><p>　　Cla=84.17m/s</p><p>　　3.導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口前氣體溫度</p><p><b>　　T1=289.5K&l

53、t;/b></p><p>　　4．進(jìn)氣道的多變指數(shù)</p><p>　　1.37～1.39 </p><p><b>　　n1=1.38 </b></p><p>　　5．導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口前氣體壓力</p><p>　　6. 導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口前氣體比重</p><p>　　7

54、. 導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口前截面積</p><p>　　8．導(dǎo)風(fēng)輪葉片數(shù)與工作輪相同 </p><p>　　9. 導(dǎo)風(fēng)輪堵塞系數(shù)選取 </p><p>　　10. 導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口后氣流軸向速度</p><p>　　11. 輪徑比 選?。?.2～0.35） </p><p>　　12. 輪徑比 選?。?.5～0.7）</p

55、><p>　　13. 輪徑比 </p><p>　　14. 工作輪外徑 </p><p>　　15. 壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速 </p><p>　　16. 輪轂直徑 </p><p>　　17.導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口外徑 </p><p>　　18. 導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口平均直徑

56、 </p><p>　　19. 導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口外徑周速 </p><p>　　20. 導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口平均直徑處周速</p><p>　　21．輪轂處周速 </p><p>　　22. 導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口外徑處相對速度 </p><p>　　23．馬赫數(shù) </p><p>　

57、　24. 導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口氣流角 </p><p>　　25. 導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口氣流角 </p><p>　　26. 導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口氣流角 </p><p>　　2.3.3 葉輪（工作輪）的初步設(shè)計(jì)</p><p>　　壓氣機(jī)的工作輪由導(dǎo)風(fēng)輪和葉輪組成。工作輪是壓氣機(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

58、的，因此工作輪出口的氣體壓力和溫度顯著增加，同時氣流速度也顯著提高。按照構(gòu)造型式不同，把工作輪分為三類:閉式，半開式和開式。</p><p><b>　　圖2-3星形工作輪</b></p><p>　　Figure 2-3 working round star</p><p>　　目前，如圖2-3在小型渦輪增壓器中，還常采用一種星形的工作輪。它

59、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稱地去掉一部分，從而減小了葉輪的應(yīng)力。因此它能承受很高的轉(zhuǎn)速，可在小型渦輪增壓器中應(yīng)用以獲得較高的增壓壓力。</p><p>　　壓氣機(jī)工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。 </p><p>　　本設(shè)計(jì)采用具有徑向葉片的星形工作輪。這種工作輪的主要優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度和剛性好，允許較高的

60、圓周速度。葉輪傳遞給空氣的能量較大，能獲得較高的增壓壓力，同時制造也較簡便。但它的效率稍低，這主要因?yàn)椋喝~片一面敞開，增加了與機(jī)殼間空氣的摩擦阻力損失；葉片通道內(nèi)氣流速度場較不均勻，增加了流動阻力，葉輪出口的氣流絕對速度較高，使擴(kuò)壓器中的流動損失增加。</p><p>　　離心式壓氣機(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，工作輪采用半開式，徑向葉片。壓氣機(jī)工作輪套在鉻鋁鋼制造的轉(zhuǎn)子軸上，用螺帽固緊。工作輪采用

61、實(shí)心鋁材ZL401切削，無葉擴(kuò)壓器，蝸殼流通斷面為圓形。</p><p>　　工作輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　1. 工作輪葉片數(shù) </p><p>　　2. 功率系數(shù) </p><p>　　3. 工作輪出口氣流軸向分速 </p><p>　　4. 工作輪出口阻塞系數(shù) 選取 </p

62、><p>　　5. 工作輪出口氣體比重 給定初值 </p><p>　　6. 工作輪出口氣流徑向分速 </p><p>　　7. 工作輪出口葉片寬度 </p><p>　　8. 工作輪出口氣流速度 </p><p>　　9. 氣流角 </p><p>　　10. 工作輪

63、摩擦系數(shù) 選?。?.025～0.07）</p><p>　　11. 工作輪出口氣流溫度 </p><p>　　12. 工作輪多變效率 選取（0.85～0.93） </p><p>　　13. 指數(shù) </p><p>　　14．工作輪出口氣體壓力 </p><p>　　15. 驗(yàn)算工作輪出口氣體比重

64、</p><p>　　2.3.4 擴(kuò)壓器的初步設(shè)計(jì)</p><p>　　在葉輪出口應(yīng)有一個裝置能夠把葉輪出口的氣體速度有效地降低下來，使氣體動能轉(zhuǎn)化勢能，這就需要在葉輪出口安裝擴(kuò)壓器實(shí)現(xiàn)。擴(kuò)壓器有兩種形式：一種是有葉擴(kuò)壓器，一種是無葉擴(kuò)壓器。在結(jié)構(gòu)上無葉擴(kuò)壓器所具有的一個突出特點(diǎn)是沒有喉部面積存在，因此在擴(kuò)壓器內(nèi)不可能出現(xiàn)堵塞流動現(xiàn)象，因此本次設(shè)計(jì)采用無葉擴(kuò)壓器。</p>

65、<p>　　擴(kuò)壓器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　1. 馬赫數(shù) </p><p>　　2. 輪徑比 選?。o葉擴(kuò)壓器）</p><p>　　3. 無葉擴(kuò)壓器出口直徑 </p><p>　　4. 無葉擴(kuò)壓器出口氣流速度 </p><p>　　5. 無葉擴(kuò)壓器出口氣流溫度 &l

66、t;/p><p>　　6. 無葉擴(kuò)壓器長度 </p><p>　　7. 無葉擴(kuò)壓器多變效率 選取(0.6～0.8) </p><p><b>　　8. 指數(shù) </b></p><p>　　9. 無葉擴(kuò)壓器出口氣流壓力</p><p>　　10. 無葉擴(kuò)壓器出口氣體比重</p>&

67、lt;p>　　11. 無葉擴(kuò)壓器出口寬度 選取</p><p>　　12. 無葉擴(kuò)壓器出口氣流徑向分速 </p><p>　　13. 無葉擴(kuò)壓器出口氣流周向分速</p><p>　　14. 無葉擴(kuò)壓器出口氣流角度 </p><p>　　2.3.5 其他參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　壓氣機(jī)的其他參數(shù)設(shè)計(jì)&

68、lt;/p><p>　　蝸殼出口氣流速度 選取</p><p>　　蝸殼出口氣體溫度 </p><p><b>　　指數(shù) </b></p><p>　　蝸殼出口氣體壓力 </p><p>　　蝸殼出口氣體比重 </p><p>　　蝸殼出口面積 &l

69、t;/p><p>　　壓氣機(jī)出口滯止氣流溫度 </p><p>　　壓氣機(jī)出口滯止氣流壓力 </p><p>　　2.3.6 對初步設(shè)計(jì)進(jìn)行校核</p><p>　　通過對離心式壓氣機(jī)的初步優(yōu)化設(shè)計(jì)后，還需要對本設(shè)計(jì)進(jìn)行一下校核，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)。</p><p>　　1. 校

70、核增壓比 </p><p>　　2．校核等熵壓縮功 </p><p>　　3. 校核壓頭系數(shù) </p><p>　　4．校核壓氣機(jī)效率 </p><p>　　5. 壓氣機(jī)消耗功率 </p><p><b>　　3 渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　廢氣渦

71、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。當(dāng)流量較大時，它的效率較高它適用于大量的廢氣渦輪增壓器。在徑流式渦輪中，廢氣沿與渦輪旋轉(zhuǎn)軸線相垂直的平面徑向流動。在流量較小時，它的效率較高，制造又較簡單，適用與小流量的廢氣渦輪增壓器。這里主要討論工作輪的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　3.1 渦輪結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　典型的廢

72、氣渦輪增壓器結(jié)構(gòu)如圖所示，基本構(gòu)造是把渦輪和壓氣機(jī)裝在同一軸上，并由軸承、殼體等組成。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)汽車寬廣流量范圍。渦輪葉輪用耐熱性高的鎳或鈷合金材料，應(yīng)用精密鑄造法整體鑄造。在由渦輪殼向渦輪葉輪流入的部分大多裝有噴嘴，目前，一般采用具有噴嘴性能的蝸殼，即所謂無噴嘴的渦輪殼。設(shè)有軸承，油道的中間殼和渦

73、輪殼間的油封機(jī)構(gòu)都很重要，這些部分的堵蓋、環(huán)等是由各分公司分別獨(dú)自設(shè)計(jì)的[4]。</p><p>　　1－隔熱板；2－渦輪；3，12－密封環(huán)；4－渦輪殼；5－推力軸承；6－O型密封圈；7－膜片彈簧；8－密封套；9－壓氣機(jī)；10－轉(zhuǎn)子軸；11－壓氣機(jī)葉輪；13－壓氣機(jī)后蓋板；14－中間殼；15－卡環(huán)；16－浮動軸承</p><p>　　圖3-1渦輪增壓器結(jié)構(gòu)圖</p><

74、p>　　Figure 3-1 turbocharger Chart</p><p>　　徑流式向心渦輪在形狀上很像離心式壓氣機(jī)，但氣流的流動方向與壓氣機(jī)相反，在一定程度上可以把徑流式向心渦輪的工作過程看成離心式壓氣機(jī)的逆過程。</p><p>　　徑流式向心渦輪的進(jìn)氣殼，一般與排氣殼連在一起進(jìn)氣道設(shè)置在噴嘴環(huán)徑向的周圍，離進(jìn)口越遠(yuǎn)，流通截面越小，以使流量沿圓周均勻地分布。由于切向進(jìn)氣

75、流動損失小，因此多采川切向進(jìn)氣形式按通道數(shù)可分為單通道、雙通道和三通道三種。常壓增壓使用單通道，脈沖增壓多用雙通道或三通道，但以雙通道為多。雙通道又有360°全周進(jìn)氣和180°分隔進(jìn)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，但這種結(jié)構(gòu)使渦輪葉輪始終處于半周進(jìn)氣的不均勻狀態(tài)，影響T渦輪效率口因此，近來年360°全周進(jìn)氣使用較為普遍。進(jìn)氣道的截面形伏如同壓氣機(jī)蝸殼，也分為圓形、梨形、矩形

76、、梯形等形狀，梨形蝸殼徑向尺寸較大，但效率高，在小型渦輪增壓器上應(yīng)用較多為了減小氣體的余速損失，提高渦輪效率，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直徑?jīng)Q定，擴(kuò)張角一般為8°一10°。</p><p>　　徑流式向心渦輪的噴嘴環(huán)，根據(jù)有無噴嘴葉片分為無葉噴嘴環(huán)和有葉噴嘴環(huán)。無葉噴嘴環(huán)與渦輪殼做成一體構(gòu)成無葉蝸殼無葉蝸殼的徑向截面向噴嘴出口逐漸縮小，而噴嘴人口則沒有明

77、確的界限, 它不僅擔(dān)負(fù)著一般蝸殼的功能，同時還起著噴嘴環(huán)的作用。無葉蝸殼的特點(diǎn)是尺寸小，質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)簡單.成本低.在變工況工作時效率變化比較平坦，但最高效率低一些。因此，無葉蝸殼用于經(jīng)常處于變工況條件下工作的車用渦輪增壓器中更為適宜但無葉蝸殼匹配不同的發(fā)動機(jī)時，要用不同通道尺寸的蝸殼，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。</p><p>　　有葉噴嘴環(huán)由噴嘴葉片和環(huán)形底板形成徑向收斂的

78、通道。結(jié)構(gòu)形式有整體鑄造式和裝配式兩種。攤體鑄造式制造方便，成本低，工作可靠;裝配式通過不同的安裝角可適應(yīng)不同流量和功率的發(fā)動機(jī)的需要，局部損壞時可單獨(dú)更換葉片，但其零件數(shù)目多，加工及裝配費(fèi)工時采用有葉噴嘴只需更換噴嘴就可得到適應(yīng)不同發(fā)動機(jī)要求的變型產(chǎn)品.有利于渦輪增壓器的系列化。 </p><p>　　3.2 工作輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　工作輪是把從噴嘴環(huán)出來的高速廢氣的

79、功能和壓力能轉(zhuǎn)換成為機(jī)械功。徑流式渦輪的工作葉片與輪盤做成一體。葉片的形狀采用拋物線形，工作輪采用星形。星形工作輪是為了減輕重量、減小工作輪轉(zhuǎn)動慣量、提高強(qiáng)度改善加速性能[5]。</p><p>　　3.3 相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì) </p><p>　　3.3.1 設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)</p><p>　　設(shè)計(jì)選擇4100型柴油

80、機(jī)</p><p>　　D=100（mm），S=118（mm）， =3.856（L）；</p><p>　　發(fā)動機(jī)過量空氣系數(shù)=1.7；</p><p>　　容積系數(shù)=0.98；</p><p>　　掃氣系數(shù)=1.02；</p><p>　　掃氣過量空氣系數(shù)==1；</p><p>　　3.3

81、.2 廢氣在單級渦輪內(nèi)的膨脹過程及效率</p><p>　　為了計(jì)算廢氣在單級渦輪內(nèi)的膨脹過程，常利用I—S圖來分析廢氣在單級渦輪內(nèi)的膨脹過程，I—S圖繪出了廢氣的膨脹過程在圖點(diǎn)相當(dāng)于廢氣進(jìn)入噴嘴環(huán)的狀態(tài)，由于廢氣進(jìn)入噴嘴環(huán)時的速度，它的動能為。廢氣進(jìn)入噴嘴環(huán)時的狀態(tài)用滯止參數(shù)表示（點(diǎn)），=，即=+</p><p>　　當(dāng)廢氣的初始狀態(tài)為、在單級渦輪中膨脹時，壓力由降到。如果，廢氣在單級渦

82、輪中按理想過程進(jìn)行膨脹，就沿著圖中—和—線段進(jìn)行。次二線段分別表示廢氣在噴嘴環(huán)中和工作輪中的絕熱膨脹過程，可以認(rèn)為在過程中沒有流動損失及與外界沒有熱量交換。此時廢氣的焓降是—，以H表示，即H=—。它表示在單級渦輪中進(jìn)行的膨脹功，通常稱為絕熱膨脹功（或稱可用焓降），即廢氣在單級渦輪中所作功的最大值[6]。</p><p><b>　　1）絕熱膨脹功</b></p><p&g

83、t;　　它表示在單級渦輪中進(jìn)行的膨脹功，即廢氣在單級渦輪中所能作功的最大值[4]。</p><p>　　（J/kg） （3—1）</p><p>　?。?—2）式中 —為廢氣絕熱指數(shù)，=1.33；</p><p>　　—為廢氣氣體常數(shù)，=29.2；</p><p>　　—滯止溫度，=313（K）；</p><

84、p>　　—增壓比，=1.84；</p><p><b>　　（J/kg）</b></p><p>　　2）、渦輪的驅(qū)動功率</p><p>　?。╧W） （3—3）</p><p>　　式中 —為廢氣每秒鐘進(jìn)入渦輪的流量，=1.3；</p><

85、;p>　　—單位時間內(nèi)通過柴油機(jī)的空氣量；</p><p>　　()； （3—4）</p><p><b>　?。╧w）；</b></p><p>　　式中 —渦輪增壓器的機(jī)械效率，取值范圍0.95～0.99，取=0.98；</p><p>　　—為

86、有效效率（渦輪效率）渦輪軸上的有用功與廢氣可用的絕熱焓降之比。一般取值范圍0.75～0.80，取=0.79；</p><p>　　—渦輪實(shí)際輸出的有效功率；</p><p><b>　　3）渦輪的反作用度</b></p><p>　　在渦輪中常用反作用度來表示廢氣的可用焓降H在噴嘴環(huán)和工作輪之間的分配比例。 反作用度是工作輪中絕熱焓降與可用焓降

87、H的比值。</p><p>　　由 </p><p>　　得 </p><p>　　因此，值的大小，說明廢氣在工作輪內(nèi)膨脹多少。如果廢氣的焓降全部在噴嘴環(huán)中完成，而在工作輪中不在膨脹，此時，=0，這種渦輪成為沖擊式渦輪。它表示作用在工作葉片上的力，完

88、全是由于氣流運(yùn)動方向的改變（因相對速度不變），即是氣流沖擊作用的結(jié)果。如果廢氣的焓降不完全在噴嘴環(huán)中膨脹，而有一部分在工作輪內(nèi)膨脹，則 ，這種渦輪成為反作用式渦輪。此時，因氣體相對加速度增加所產(chǎn)生的作用在工作葉片的力，可看作是氣體從工作葉片流出時的反作用力。</p><p>　　在近代的廢氣渦輪增壓器中常采用反作用式渦輪，值常在0.40～0.50之間，由于廢氣分別在噴嘴環(huán)和工作輪中膨脹，可以降低氣流的絕對加速度和

89、相對加速度，從而減少了流動損失，提高了渦輪的效率。[7]</p><p>　?。↗/kg） （3—5）</p><p><b>　　取 =0.44；</b></p><p><b>　?。↗/kg）；</b></p><p>　　4）渦輪機(jī)的膨脹比[13]&l

90、t;/p><p><b>　?。?—6）</b></p><p>　　式中 —為渦輪機(jī)前的廢氣滯止壓力，=79.5（）；</p><p>　　—為氣體背壓，等于1.5倍的大氣壓力，（）；</p><p>　　5）噴嘴環(huán)出口絕對速度</p><p>　　(m/s)

91、 （3—7）</p><p>　　—速度系數(shù)，一般徑流式渦輪的取值范圍0.94~0.97之間，取=0.97；</p><p><b>　?。╩/s）；</b></p><p>　　6）噴嘴環(huán)出口氣體溫度</p><p>　　(K) （3—8）</p>&

92、lt;p>　　式中 —為噴嘴環(huán)進(jìn)口溫度，=732（K）；</p><p>　　—為廢氣氣體常數(shù)，=29.2；</p><p><b>　?。↘）；</b></p><p>　　7）噴嘴環(huán)出口氣體壓力</p><p><b>　?。?—9）</b></p><p>　　

93、式中 —噴嘴環(huán)進(jìn)口壓力（渦輪進(jìn)口燃?xì)鈮毫Γ?=79.5（kPa）；</p><p><b>　?。╧pa）；</b></p><p>　　8）噴嘴環(huán)出口氣體重度[8]</p><p><b>　?。?—10）</b></p><p>　　9）噴嘴環(huán)出口截面積</p><p&g

94、t;　?。ǎ?（3—11）</p><p>　　10）選擇噴嘴環(huán)為6個，工作輪葉片也為6片，由此可以計(jì)算出大圓半徑r</p><p>　　r2 6Fr （3—12）</p><p><b>　　r==9 (cm)&

95、lt;/b></p><p>　　4 渦輪增壓器主軸軸承以及其它裝置的研究</p><p>　　4.1 渦輪增壓器主軸</p><p>　　主軸由42CrMo鋼制成，一端安裝渦輪，另一端安裝葉輪。其尺寸根據(jù)葉輪和渦輪的尺寸而定。</p><p>　　4.2 渦輪增壓器主軸軸承</p><p>　　軸承對渦輪增壓

96、器工作的可靠性有重大關(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、氣體對轉(zhuǎn)子的作用力、轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量引起的離心力和發(fā)動機(jī)振動帶來的外載荷。渦輪增壓器上的軸承有徑向軸承和推力軸承，徑向軸承又分為滾動軸承和滑動軸承過去采用滾動軸承的較多.現(xiàn)在采用滑動軸承的較多。[8]</p><p>　　常用滾動軸承一般在外支承的軸承布置方案中采用。這種軸承的主要優(yōu)點(diǎn)是:機(jī)械摩

97、擦損失小有良好的起動和加速性能.特別在大氣溫度較低時。能保證渦輪增壓器有良好的起動條件;由于機(jī)械摩擦生熱較少，使?jié)櫥偷南妮^少;一般采用獨(dú)立的自行循環(huán)的潤滑系統(tǒng)，可保寺渦輪增壓器的清潔;不需要單獨(dú)設(shè)置推力軸承但是，滾動軸承有不容忽視的缺點(diǎn):為適應(yīng)渦輪增壓器高轉(zhuǎn)速的要求，軸承的材料和加工精度要求很高;為防止振動載荷，軸承支座必須安裝減振裝置;且構(gòu)造較復(fù)雜，價格較高，工作壽命較短。</p><p>　　滑動軸承包括

98、向心滑動軸承和浮動軸承。 向心滑動軸承：在渦輪增壓器中，常用的向心滑動軸承分為多油楔軸承和浮動軸承。 滑動軸承構(gòu)造簡草.價格便宜，使用壽命長?？梢杂冒l(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)的潤滑油匕作，對振動不敏感口如果潤滑油質(zhì)量好.轉(zhuǎn)子動平衡精度高，其使用壽命相當(dāng)于柴油機(jī)的大修期限甚至更長。但它的缺點(diǎn)是:機(jī)械摩擦損失較大，比滾動軸承大約高2-3倍消耗的潤滑油量較多?；瑒虞S承的材料要求耐磨、導(dǎo)熱常用錫青銅合金、高錫鋁合金、青銅鍍錫等。 滑動軸承的結(jié)構(gòu)必須保證正常

99、上作時形成液體摩擦軸和軸承之間有一定的間隙。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滑油量和保證軸承溫度不致過高。一般轉(zhuǎn)軸和軸承之間的間隙等于軸頸肖徑的。.2%一。.5%‘當(dāng)軸頸靜止時，由于轉(zhuǎn)軸本身重力的作用，軸頸和軸承在最低一點(diǎn)處接觸，兩邊形成懊形的縫隙。當(dāng)軸頸按順時針方向轉(zhuǎn)動時，處十接觸點(diǎn)右邊間隙的潤滑油在靡擦力作用下而引起運(yùn)動，越接近軸頸的油層運(yùn)動速度越大，緊貼軸頸的油層與軸碩的運(yùn)動速度相同，而附著

100、在軸承上的油層速度為零口當(dāng)軸頸帶著潤滑油通過最狹的間隙時，油被擠在最狹部分而產(chǎn)生壓力在油壓力作用下.軸頸便被</p><p>　　浮動軸承又稱浮動環(huán),浮動軸承工作時，浮動環(huán)和軸頸、浮動環(huán)和軸承莊之間都有一定間隙并均充滿油膜，軸承上有孔使內(nèi)外油膜相通一般浮動環(huán)外間隙為內(nèi)間隙的2倍。當(dāng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，由于潤滑油的粘性而引起摩擦力，使浮動環(huán)轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)動的速度一般為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的25%-30%，形成兩層油膜由于浮動環(huán)內(nèi)外都有間隙

101、，可以增加潤滑油量，以降低軸承工作溫度。同時，由于浮動環(huán)內(nèi)外都有油層存在，因而具有彈性，可以消減轉(zhuǎn)子的振動。由于浮動環(huán)轉(zhuǎn)動，降低了相對于轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動速度。因而更適合于高轉(zhuǎn)速下工作，在小型高速徑流式渦輪增壓器中得到廣泛應(yīng)用。浮動軸承在結(jié)構(gòu)上分為整體式和分開式。整體式浮動軸承的兩個軸承由中間過渡段連為一體.兩端面可兼作止推軸承.但質(zhì)量大，慣性大，加土精度要求高;分開式浮動軸承的兩軸承分為兩體，每個軸承兩端由擋圈或墊片定位，質(zhì)量輕，慣性小，易于

102、加工〕高速渦輪增壓器多用分開式浮動軸承。</p><p>　　本設(shè)計(jì)主要采用浮動軸承。</p><p>　　4.3 渦輪增壓器主軸軸承的潤滑和冷卻系統(tǒng)</p><p>　　為了保證軸承可靠地工作，必須供給軸承足夠的潤滑油，對軸承進(jìn)行潤滑和冷卻。</p><p>　　在渦輪增壓器采用滾動軸承時一般采用單獨(dú)的潤滑系統(tǒng)，潤滑方式有飛濺式和泵噴射式兩

103、種。在增壓比較低、轉(zhuǎn)速較低的渦輪增壓器中，滾動軸承的機(jī)械摩擦損失很小，所生的熱量較少，因此需要的潤滑油量較少這時，可采用裝在轉(zhuǎn)軸端的甩油盤，使?jié)櫥惋w濺起來，一部分飛濺的潤滑油通過軸承座上的通道進(jìn)人軸承進(jìn)行潤滑和冷卻。在增壓比和轉(zhuǎn)速較高的渦輪增壓器中，由于機(jī)械摩擦生熱較多，需要較多的潤滑油，這時可在轉(zhuǎn)抽端部安裝一個專門的潤滑油泵，將潤滑油噴人軸承中.以加強(qiáng)軸承的潤滑和冷卻。本設(shè)計(jì)采用泵噴射式潤滑系統(tǒng)。</p><p&

104、gt;　　在渦輪增壓器采用滑動軸承時，由于摩擦產(chǎn)生的熱量很大.特別是在徑流式渦輪增壓器中，由于渦輪工作輪處在高溫氣體中，一部分熱量從工作輪經(jīng)過轉(zhuǎn)軸傳給軸承，因此必須供給大量的潤滑油，對軸承進(jìn)行潤滑和冷卻。為了能夠形成油膜，必須采用壓力潤滑方式，可與柴油機(jī)共用潤滑油系統(tǒng)，一般潤滑油的壓力為250-400kPa。冷卻與潤滑機(jī)油是從發(fā)動機(jī)機(jī)油濾清器出來，進(jìn)人渦輪增壓器中間殼上方的進(jìn)油口，然后分別去潤滑各軸承。對于浮動軸承，潤滑油是沿徑向從中間

105、部位流人，鉛軸向從兩端面排出對于推力軸承，潤滑油從推力軸承上部的油孔進(jìn)人，沿內(nèi)部的油孔進(jìn)到潤滑部位，然后排出。排出的潤滑油經(jīng)中間殼回油孔回到發(fā)動機(jī)的油底殼軸承工作時產(chǎn)生的熱量，除靠潤滑油帶走外，有的還要采取其他冷卻措施如有的在渦輪殼和中間殼上設(shè)置水腔進(jìn)行水冷有的對壓氣機(jī)端軸承處的機(jī)殼進(jìn)行氣冷.[10] </p><p>　　4.4 渦輪增壓器密封和隔熱系統(tǒng)</p><p>　　渦輪增壓器的

106、密封裝置包括氣封和油封兩種作用。防止壓氣機(jī)的壓縮空氣與渦輪的燃?xì)膺M(jìn)入潤滑油腔，稱為氣封;防止軸承處潤滑油漏入輪增壓器氣流通道，稱為油封。良好的密封裝置是渦輪增壓器可靠工作不可缺少的組成部分口。</p><p>　　渦輪增壓器的密封方式分為接觸式密封和非接觸式密封。接觸式密封主要是用密封環(huán)密封，非接觸式密封有迷宮式、甩油盤和擋油板等幾種密封形式</p><p>　　在大型軸流式渦輪增壓器中，

107、多采用迷宮式密封裝置迷宮式密封是利用流體流過變截面的縫隙產(chǎn)生節(jié)流作用，造成壓力損失.使壓少下降，經(jīng)多次節(jié)流后，使流體的壓力接近外界的壓力，從而起到密封的作用。當(dāng)在迷宮內(nèi)通人一小股增壓后的壓縮空氣時，可加大密封間隙，因而降低了加工精度要求，減小了機(jī)械摩擦損失，并使渦輪端軸承得到較好的冷卻。</p><p>　　在小型徑流式渦輪增壓器中，由于結(jié)構(gòu)緊湊，不利于安排迷宮，常采用密封環(huán)密封輔以甩油盤和擋油板相結(jié)合的密封裝置

108、?？诿芊猸h(huán)密封是將數(shù)個密封環(huán)分別安裝在渦輪端和壓氣機(jī)端的密封環(huán)支承環(huán)槽內(nèi)，密封環(huán)依靠彈力漲緊在密封環(huán)支承的外體上。密封環(huán)支承隨轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)，而密封環(huán)不轉(zhuǎn)，其側(cè)壁與環(huán)槽之間有一定間隙進(jìn)行密封。密封環(huán)內(nèi)支承的內(nèi)部常做成甩油盤形式，靠旋轉(zhuǎn)離心力甩掉沾附在軸上的潤滑油，避免其流到密封環(huán)處。擋油板一般設(shè)在壓氣機(jī)端，避免油腔內(nèi)的潤滑油濺到密封環(huán)處</p><p>　　密封環(huán)的彈力要求非常嚴(yán)格，既不能太大也不能太小。密封環(huán)靠彈力

109、漲緊在外支承上的軸向靜摩擦力應(yīng)大于燃?xì)饣蚩諝鈮毫υ斐傻妮S向力，另外。也不能出現(xiàn)由于密封環(huán)和環(huán)槽側(cè)面的輕微摩擦造成的密封環(huán)隨軸旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象。但當(dāng)轉(zhuǎn)子軸向竄動時，密封環(huán)又應(yīng)能夠軸向移動以避讓，以免造成和環(huán)槽側(cè)面摩擦。密封環(huán)彈力主要是通過改變密封環(huán)材料的力學(xué)性能、自由狀態(tài)的開口間隙和改變密封環(huán)的徑向厚度進(jìn)行調(diào)整口。由于渦輪端的熱量會傳到壓氣機(jī)端及軸承處，不僅會使壓氣機(jī)內(nèi)的壓縮空氣溫度上升而降低壓氣機(jī)效率，而且還使軸承的工作可靠性受到威脅。因此，需

110、要采取隔熱措施。[12]本設(shè)計(jì)采用迷宮式密封裝置。</p><p><b>　　5 經(jīng)濟(jì)性分析</b></p><p>　　1) 渦輪增壓器的最大優(yōu)點(diǎn)是能在不加大發(fā)動機(jī)排量就能較大幅度地提高發(fā)動機(jī)的功率及扭力，一般而言，加裝增壓器后的發(fā)動機(jī)的功率及扭矩要增大20％~50％。</p><p>　　2)發(fā)動機(jī)在采用了增壓技術(shù)后，還能提高燃油經(jīng)濟(jì)性

111、和降低尾氣排放。</p><p>　　3)壓氣機(jī)消耗的功是渦輪從廢氣中回收的一部分能量，再加上相對地減少了機(jī)械損失和散熱損失，提高了機(jī)械效率和熱效率。</p><p>　　4) 渦輪增壓器的缺點(diǎn)是滯后，即由于葉輪的慣性作用對油門驟時變化反應(yīng)遲緩，使發(fā)動機(jī)延遲增加或減少輸出功率，這對于要突然加速或超車的汽車而言，瞬間會有點(diǎn)提不上勁的感覺。</p><p>　　5)汽油

112、機(jī)采用渦輪增壓技術(shù)有一定難度。</p><p><b>　　6 總結(jié)</b></p><p>　　通過對廢氣渦輪增壓器的研究和設(shè)計(jì)，更加深入的了解渦輪增壓器。渦輪增壓的主要作用就是提高發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量，從而提高發(fā)動機(jī)的功率和扭矩，讓車子更有勁。一臺發(fā)動機(jī)裝上渦輪增壓器后，其最大功率與未裝增壓器的時候相比可以增加40%甚至更高。這樣也就意味著同樣一臺的發(fā)動機(jī)在經(jīng)過增壓之后