渦輪增壓系統的案例
ABB副總裁奧利弗：從節能減排到數字化，渦輪增壓系統大有可為
ABB集團高級副總裁、ABB渦輪增壓業務單元全球負責人奧利弗（Oliver Riemenschneider）
日前，在 “ABB 2018電力與自動化世界”活動期間，ABB集團高級副總裁、ABB渦輪增壓業務單元全球負責人奧利弗（Oliver Riemenschneider）接受了本報記者的專訪。他表示，已有百年歷史的渦輪增壓技術在數字化時代仍將得到進一步發展，伴隨著“一帶一路”建設的不斷推進，ABB也將持續加大對渦輪增壓在華業務的投資力度，以更好地為中國和全球用戶提供服務。
奧利弗指出，渦輪增壓系統直接影響發動機的燃油效率。以低速機為例，渦輪增壓系統的效率每提高1個點，即可減少油耗0.3克/千瓦時；采用二級增壓技術后，柴油發動機的氮氧化物排放量和油耗將明顯降低。他說，ABB最新研發的Power2 800-M 兩級渦輪增壓系統，壓比達12，增壓系統效率達75%，可幫助發動機采用強米勒定時，以減少氣閥重疊角和提高功率密度，節省燃油高達10克/千瓦時。該增壓系統在國際海事組織（IMO）規定的氮氧化物排放控制區運行時可減少選擇性催化還原（SCR）系統的尿素消耗量，降低60%的氮氧化物排放。奧利弗表示，結合可變氣門等新技術的應用，渦輪增壓系統可顯著提升船舶發動機的節能減排效果。長期以來，ABB渦輪增壓系統以高于國際工業標準2個點的效率，為廣大終端用戶帶來了良好的效益。
進入數字化新時代，奧利弗認為，得益于數字化技術的支撐，現代的渦輪增壓系統可更全面、更及時地采集發動機工況數據，進行更加準確的診斷分析，以確保發動機的良好運轉。
展開 從飛機坦克到汽車 渦輪增壓以何站穩C位
根據國家燃油消耗法規，到2020年乘用車平均燃料消耗量需降到5L/100KM；到2025年乘用車平均燃料消耗量需降到4L/100KM，渦輪增壓技術在滿足油耗要求的同時提升汽車駕駛性能，作為經濟有效的節能減排技術被眾多車企廣泛采用。據蓋世汽車研究院預測，到2025年，中國汽車市場內燃機汽車渦輪增壓器滲透率將達到71%左右。
渦輪增壓的重要意義在于通過提高發動機進氣量提高發動機的功率和扭矩，裝配渦輪增壓器后的發動機最大功率可提升四成，同時提高近20%的燃油效率，減少近兩成的尾氣排放。而在功率不變的前提下，可降低發動機的整體尺寸，實現降本減重。據蓋世汽車研究院分析數據，當前全球增壓器市場的主要有博格華納、三菱重工、IHI、蓋瑞特（原霍尼韋爾交通系統）等，占據了中國乘用車市場大約95%市場份額。此外，目前寧波豐沃、奕森科技等國內品牌企業，也正在努力提升自主研發實力，這些供應商不斷通過創新持續推進渦輪增壓技術的升級。
渦輪增壓效率不斷提升
渦輪增壓器位于發動機進排氣系統，通過壓縮空氣來增加進氣量。不僅改善發動機排放，還提高車輛燃油的經濟性。博格華納首創的汽油機可變截面渦輪增壓器（VTG）通過改變廢氣渦輪的進氣截面，能大幅提升渦輪增壓器的響應和增壓效率，有效解決渦輪遲滯問題。此前受限于汽油發動機排氣的超高溫度，VTG技術只能用在柴油發動機上。博格華納對原用于柴油發動機的VTG渦輪增壓器進行重新設計，使其能夠應對高達1000°C的廢氣溫度，從而適用于汽油發動機。近年來博格華納對汽油機VTG渦輪增壓技術進行了持續的革新，推出面向各類汽油發動機的VTG渦輪增壓器。
2017年博格華納成功研發出了基于第六代產品設計的汽油機VTG渦輪增壓器，在裝配和結構上進行了更新換代，進一步提高了空氣動力學效率和可靠性，使其與混合動力汽車的新型內燃機系統也能完美匹配。
展開 雙渦輪增壓技術解析
雙渦輪增壓是渦輪增壓的方式之一。針對廢氣渦輪增壓的渦輪遲滯現象，串聯一大一小兩只渦輪或并聯兩只同樣的渦輪，在發動機低轉速的時候，較少的排氣即可驅動渦輪高速旋轉以產生足夠的進氣壓力，減小渦輪遲滯效應。
在雙渦輪增壓的汽車上會看到2組渦輪通過串聯或者并聯的方式連接。并聯指每組渦輪負責引擎半數汽缸的工作，每組渦輪都是同規格的,它的優點就是增壓反應快并減低管道的復雜程度。
使用雙渦輪增壓，就是采用2個相互獨立的渦輪增壓器的增壓系統。當發動機在2個渦輪增壓器的共同作用時，進氣效率大幅提升，增壓效果更加顯著，動力性得到很大提升。在發動機轉速較低時，只有一個低速渦輪工作，這時較少的排氣即可驅動這只渦輪高速旋轉以產生足夠的進氣壓力，當發動機轉速提升以后，高速渦輪工作繼續進入高增壓值的狀態，提供一個連貫的強勁動力。
雙渦輪增壓技術在提高發動機動力性的同時，可以改善渦輪增壓的“遲滯現象”。但是，雙渦輪增壓發動機并不能完全消除“渦輪遲滯”現象，畢竟，渦輪增壓器葉輪的慣性作用依然存在。在實際使用中，雙渦輪增壓發動機通常都裝備在直列6缸或V型等排量較大的發動機上。
展開 應用CFD提高增程式電動車的渦輪增壓器的效率
人們認為這樣做的作用類似于提高渦輪機的效率，ACR的工程師們將使用CFD模擬來進一步評估這一點。
ACR還利用熱流體模擬來設計和開發催化裝置。他們利用模擬來評估新催化劑和材料的混合器設計。ACR的工程師還在內部設計、開發和生產了許多小型發動機測試設備。這些設備包括燃料噴射系統的測試儀器，評估氣缸內產生的渦流的測量工具，以及渦輪增壓器的特殊測試設備。除此之外，ACR甚至還開發了生產噴嘴的制造工藝和機器。他們開發了自己的加工技術，并能夠在更短的時間內以更低的成本生產新的燃油噴射系統，因而無需使用專門的制造供應商。
雖然渦輪增壓器的開發對ACR來說是新的領域，但Kishishita先生在以前的工作中擁有豐富的經驗。他聲稱，曾幾何時，人們認為在柴油機上添加渦輪增壓器會降低可靠性，然而由于公司面臨著提高燃油效率的需要，他們不得不開發渦輪增壓器，岸下先生被分配到這個項目上，他說他以前的經驗對他現在的工作有幫助。
盡管岸下先生有豐富的經驗，但ACR作為一家公司，在發動機開發方面是完全陌生的。Kishishita先生以前的發動機經驗是鑄鐵缸體的柴油機，而目前項目的缸體是由鋁制成的。但鋁制缸體的剛性并不像Kishishita先生最初希望的那樣好。此外 ，開發燃料噴射設備和其他發動機部件和系統也使該項目具有挑戰性。
使用CFD模擬也在幫助ACR降低成本。盡管一個渦輪增壓器測試的實驗數據點可以在大約5分鐘內獲得，但測試的原型大約需要2萬美元(250萬日元) 。用于制造原型模具的失蠟鑄造也很昂貴和費時。即使使用數控機床制作原型，成本也將達到1000美元或更多(10萬至20萬日元) ，并需要兩周時間來生成模型數據。ACR的工程師們發現，他們可以通過安裝金屬3D打印機來更準確地表示幾何形狀。
展開 
渦輪增壓系統故障排查方法
故障排查：
發現增壓器過熱時應首先檢查發動機的供油正時和噴油質量；然后檢查增壓器潤滑油供應是否正常，最后檢查增壓器的內部機件是否有損壞。
3，增壓器異常損傷
原因分析：
潤滑油不清潔，增壓器的工作轉速在6000轉／分鐘以上，它的軸承要求實現液體潤滑，因此潤滑油的清潔度對其使用壽命的影響非常大；
潤滑油壓力低，供油量不足。增壓器潤滑油的壓力通常在200千帕以上，機油壓力低會造成軸承的供油不足，從而喪失液體潤滑條件，引起軸承的異常磨損。
故障排查：
在使用過程中要注意潤滑油的清潔，經常檢查和保養空氣濾清器，要保證潤滑油的壓力，對壓力不足時要及時進行排除故障。
4，增壓壓力下降
原因分析：
進氣阻力增大，它包括濾清器有臟物、中冷器有臟物及進氣蝸殼內有臟物等；
壓氣機轉速下降，它包括渦輪有積碳、渦輪排氣阻力增大、軸承磨損、轉子與殼體有刮碰、海拔高度增加等。
展開 應用CFD提高增程式電動車的渦輪增壓器的效率
Kishishita先生的其他設計目標之一是使渦輪增壓器蝸殼更薄。當氣體進入和離開蝸殼時，熱量通過熱傳導流失到外部環境。熱損失的數量取決于蝸殼的位置 。ACR通過使蝸殼變薄和用隔熱材料包裹它以減少熱傳導來最大限度地減少熱損失。人們認為這樣做的作用類似于提高渦輪機的效率，ACR的工程師們將使用CFD模擬來進一步評估這一點。
ACR還利用熱流體模擬來設計和開發催化裝置。他們利用模擬來評估新催化劑和材料的混合器設計。ACR的工程師還在內部設計、開發和生產了許多小型發動機測試設備。這些設備包括燃料噴射系統的測試儀器，評估氣缸內產生的渦流的測量工具，以及渦輪增壓器的特殊測試設備。除此之外，ACR甚至還開發了生產噴嘴的制造工藝和機器。他們開發了自己的加工技術，并能夠在更短的時間內以更低的成本生產新的燃油噴射系統，因而無需使用專門的制造供應商。
雖然渦輪增壓器的開發對ACR來說是新的領域，但Kishishita先生在以前的工作中擁有豐富的經驗。他聲稱，曾幾何時，人們認為在柴油機上添加渦輪增壓器會降低可靠性，然而由于公司面臨著提高燃油效率的需要，他們不得不開發渦輪增壓器，岸下先生被分配到這個項目上，他說他以前的經驗對他現在的工作有幫助。
盡管岸下先生有豐富的經驗，但ACR作為一家公司， 在發動機開發方面是完全陌生的。Kishishita先生以前的發動機經驗是鑄鐵缸體的柴油機，而目前項目的缸體是由鋁制成的。但鋁制缸體的剛性并不像Kishishita先生最初希望的那樣好。此外 ，開發燃料噴射設備和其他發動機部件和系統也使該項目具有挑戰性。
使用CFD模擬也在幫助ACR降低成本。盡管一個渦輪增壓器測試的實驗數據點可以在大約5分鐘內獲得，但測試的原型大約需要2萬美元(250萬日元) 。用于制造原型模具的失蠟鑄造也很昂貴和費時。
展開 設計仿真 | 應用CFD提高增程式電動車的渦輪增壓器的效率
Kishishita先生的其他設計目標之一是使渦輪增壓器蝸殼更薄。當氣體進入和離開蝸殼時，熱量通過熱傳導流失到外部環境。熱損失的數量取決于蝸殼的位置 。ACR通過使蝸殼變薄和用隔熱材料包裹它以減少熱傳導來最大限度地減少熱損失。人們認為這樣做的作用類似于提高渦輪機的效率，ACR的工程師們將使用CFD模擬來進一步評估這一點。
ACR還利用熱流體模擬來設計和開發催化裝置。他們利用模擬來評估新催化劑和材料的混合器設計。ACR的工程師還在內部設計、開發和生產了許多小型發動機測試設備。這些設備包括燃料噴射系統的測試儀器，評估氣缸內產生的渦流的測量工具，以及渦輪增壓器的特殊測試設備。除此之外，ACR甚至還開發了生產噴嘴的制造工藝和機器。他們開發了自己的加工技術，并能夠在更短的時間內以更低的成本生產新的燃油噴射系統，因而無需使用專門的制造供應商。
雖然渦輪增壓器的開發對ACR來說是新的領域，但Kishishita先生在以前的工作中擁有豐富的經驗。他聲稱，曾幾何時，人們認為在柴油機上添加渦輪增壓器會降低可靠性，然而由于公司面臨著提高燃油效率的需要，他們不得不開發渦輪增壓器，岸下先生被分配到這個項目上，他說他以前的經驗對他現在的工作有幫助。
盡管岸下先生有豐富的經驗，但ACR作為一家公司， 在發動機開發方面是完全陌生的。Kishishita先生以前的發動機經驗是鑄鐵缸體的柴油機，而目前項目的缸體是由鋁制成的。但鋁制缸體的剛性并不像Kishishita先生最初希望的那樣好。此外 ，開發燃料噴射設備和其他發動機部件和系統也使該項目具有挑戰性。
使用CFD模擬也在幫助ACR降低成本。盡管一個渦輪增壓器測試的實驗數據點可以在大約5分鐘內獲得，但測試的原型大約需要2萬美元(250萬日元) 。用于制造原型模具的失蠟鑄造也很昂貴和費時。
展開 2023上海國際汽車改裝與定制技術展覽會
展品范圍：
各種品牌整車改裝等;
各種非量產定制車:包括概念車、超級跑車、個性定制車等;
各種賽事競技用車:包括F1、A1、拉力賽、越野賽、耐力賽、漂移賽賽車等;
汽車外飾改裝:適用于小轎車，SUV，商務車，越野車，皮卡車，特種車型的智能改裝，智能電動尾門，智能電動踏板，智能電動座椅，電動渦輪增壓系統，電子節氣門控制器，手自一體控制系統，智能駕駛控制系統，電動后備箱蓋，電動后視折疊鏡等；
外飾改裝改裝：輪胎、輪轂、包圍、尾翼、中網、護杠、改色膜、車貼拉花、行李架、平衡拉桿、避震、剎車、底盤強化、進氣、排氣、渦輪增壓、ECU、腳踏板等；
動力系統:點火、供油、排氣系統,發動機、外圍件、電腦芯片改裝,渦輪增壓系統等;
操控系統:懸掛、安全系統、傳動系統、輪胎及輪轂等;
照明系統: HID、LED、 射燈、裝飾燈、項燈、防霧燈、儀表燈、剎車燈等;
汽車外觀套件:包圍、平衡、尾翼、空氣擾流輔件、身貼紙等;
影音設備:車載功放、車用喇叭、隔音材料、音響線材、均衡器、低音炮、其他附件，無損音響改裝等；
汽車車膜: 防爆膜，隔熱膜，漆面保護膜，特種窗膜，電光改色膜，自動變色窗膜，改色膜，建筑膜，新功能防爆窗膜，汽車噴涂式車衣，多功能膜等；
2023上海國際汽車改裝技術及零部件展覽會-組委會
聯系人:金女士137 6181 8142（同微信）
QQ：362502110
網站：www.cvpe-china.com
展開 GT-Power建模--汽車機械、渦輪增壓兩級增壓仿真分析 ￥300
"GT-Power 專業的發動機及車輛仿真軟件，本文作者根據客戶要求，利用GT-Power建立機械增壓+渦輪增壓兩級增壓的乘用車仿真模型，分析兩種增壓方式及兩級增壓對車輛性能的影響"
詳細分析及模型：QQ315673349
一、不帶渦輪增壓的自然吸氣發動機仿真
1、仿真模型
2、仿真結果
2.1功率：
2.2扭矩：
2.3油耗率
3、簡要分析
自然吸氣發動機，最大功率108kW最大扭矩186.8kW。在2000至3000RPM公開燃油消耗率最低為280g/kWh
展開 MAN主機渦輪增壓器排氣葉片損傷故障原因分析
圖1 NR34/S型增壓器整體結構
NR34/S型增壓器整體結構如圖1所示，在柴油機的運行中，柴油機燃燒后的廢氣進入排煙總管后，從①位置進人增壓器廢氣渦輪入口，經過廢氣渦輪入口的噴嘴環②葉片導向，推動廢氣渦輪③轉動，之后廢氣進入尾端的排煙管⑤排到大氣中。
在廢氣渦輪轉動同時，新鮮空氣通過進氣濾器(6.1)、 消 音 器(6.2) 進人進氣渦輪⑧，通過進氣渦輪的轉動壓縮空氣，壓縮后的空氣通過擴壓器⑨和壓氣機外殼①進入進氣管內。
增壓器轉子軸承箱里有兩個軸承支撐整個轉子，一個滑動軸承，一個推力軸承，推力軸承靠近壓氣機葉輪側，起到定位及支撐作用。
兩個軸承通過公用管線提供潤滑油。
2、MAN主機增壓器故障檢查
MAN主機停機后，首先檢查了主機的現場控制盤故障記錄，從主機的運行記錄中查看,在主機A/B側排煙溫度高關停前并無其他不正常的報警，因此初步判斷為主機增壓器故障，并且在主機關停前8s,增壓器轉速助推氣打開，說明因為某種原因，增壓器當時出現了轉速降低的現象。
隨后對主機增壓器B進行了拆卸檢查，同時內窺檢查了主機缸頭氣門。氣門及缸頭并未發現異常。
在主機增壓器拆解中，增壓器壓氣機葉片與導流罩之間有摩擦痕跡，葉片邊緣磨損嚴重，葉片整體無缺損，如圖2所示。
展開 借助轉子動力學分析評估渦輪增壓器設計
在生活中，人們經常用 turbocharged（渦輪增壓）這個詞來形容一種精神百倍的狀態，比如 turbocharged 咖啡比一杯普通咖啡更加提神。但渦輪增壓器的真正功能不是提升精神，而是提升速度；不是在清晨的咖啡杯中，而是在內燃機中發揮作用。渦輪增壓器利用渦輪實現強制進氣，它通常使用流體動力軸承作為支撐。然而，軸承會自然產生可導致負阻尼和系統故障的交叉耦合軸承力。借助轉子動力學建模，你可以分析交叉耦合軸承力給渦輪增壓器設計帶來的影響。
什么是渦輪增壓器？
渦輪增壓器通過迫使額外的空氣進入發動機燃燒室來增加內燃機的效率和功率輸出。這種裝置通常應用于基本交通運輸方式中，例如汽車（包括燃氣動力和柴油車）和摩托車，也應用于大型的交通工具，例如火車、輪船、飛機和航天器。
航天器推進系統中的渦輪增壓器的剖面圖。圖片由 Quentin Schwinn（美國宇航局）提供，此作品在美國處于公有領域，通過 Wikimedia Commons 分享。
在發動機系統中，支撐渦輪增壓器的流體動力軸承中存在的交叉耦合力在轉子中通常起負阻尼作用。負阻尼會增加軸承失效的風險，實際上整個系統的故障風險都會增大。如果車輛發動機中的渦輪增壓器發生故障，汽車可能會起火。
為了設計能夠平穩運行的渦輪增壓器，你可以使用“轉子動力學模塊”進行轉子動力學分析，此模塊屬于“結構力學模塊”和 COMSOL Multiphysics? 軟件的附加產品。
COMSOL? 軟件中適用于渦輪增壓器設計的 2 種研究
該示例中的簡單渦輪增壓器模型包含一個渦輪機、一個壓縮機和兩個流體動力軸承：
“轉子動力學模塊”提供了兩個專用于渦輪增壓器建模的功能，方便用戶創建幾何模型以及物理場和研究設置。
適用于渦輪增壓器模型的兩種轉子動力學研究。
展開 
基于SimSolid的渦輪增壓器配機試驗的減振分析
Turbo-trail vibration simulate based on SimSolid.pdf
分析簡介：
分析目標：由于試驗需要，增加 EGR 系統及適配器，導致整個系 統伸出量很長，在發動機運行試驗過程中，估計會導致振動幅度 過大和零部件失效。試通過計算找出強度薄弱位置，和伸出端的 支承建議方案。
分析手段和類型：1）靜力分析，快速找出結構薄弱位置；2）模態分析及隨機振動響應分析，對比各個支承方案的減振效果。
具體分析結果：見附件。
使用心得：
簡潔高效，減少工程師對工具熟悉和建模的工作量，人工效率和計算效率都極大的提升。我在3天之內一邊學習一邊嘗試十多種設計方案的求解，這是傳統有限元即使是熟練工程師都難以做到的。
特別適用于大規模復雜裝配體，對幾何缺陷和裝配容差的容忍度較高。這在傳統有限元中是非常大的挑戰。
精度方面做過一些案例對比，總體分布趨勢和數量級和傳統有限元結果差別不大，局部會有較大差異，但仍不失為一款優秀的CAE工具，尤其在產品概念階段或定性分析是一個非常強大高效的工具。
在數據導入導出及結果后處理功能上還有待完善。
祝愿SimSolid功能日益強大，早日拓展到電磁、聲學等多物理場分析。也希望數據處理功能更完善簡潔，讓CAE更簡單高效，讓工程師脫離枯燥繁重的建模工作，更多注意力在產品設計和優化上。
展開 Fluent仿真實例：渦輪增壓機流場仿真
渦輪增壓機，葉片的轉速是28,000 RPM，空氣進口溫度是302.6K，進口流量是1500 SCFM，壓力出口總壓是153507 Pa。
渦輪增壓器的網格劃分分成3部分：進風管道、葉片和蝸殼。分別獨立劃分網格，需要在交界面處網格加密，有利于交界面的數據精確傳遞。
渦輪增壓機的葉片如下：
1、啟動軟件導入網格
1.1 啟動Fluent軟件，選擇3D求解器。
1.2 導入網格。
重排網格分區，操作：Mesh > Reorder > Domain。
2、模型設置
設置湍流模型為k-epsilon模型。
3、材料設置
渦輪增壓機的轉速很快，會對空氣進行壓縮并產生熱量，所以這里將空氣設置為理想氣體。將空氣設置為理想氣體，軟件會提示將能量方程啟動。
4、計算域設置
首先設置轉速的單位，菜單欄Define > Units…
由于葉片區域是旋轉的，需要設置impeller區域。
在打開的設置頁面設置如下。
5、邊界設置
5.1 進口inlet邊界，Type設置為mass-flow-inlet類型。
5.2 出口outlet，Type設置為pressure-outlet類型。
5.3 葉片旋轉邊界impeller_wall，Type設置為wall類型。
5.4 其他的壁面設置，shell_wall和windin_wall，即所有與周圍空氣接觸的壁面。由于增壓機壁面會和周圍環境對流換熱，這里將對流系數設置為10 w/m2-k。
展開 ANSYS|渦輪增壓器零件結構分析
ANSYS|渦輪增壓器零件結構分析
ANSYS | 渦輪增壓器零件結構分析
ANSYS | 渦輪增壓器零件結構分析
