渦輪增壓系統故障的案例
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 MAN主機渦輪增壓器排氣葉片損傷故障原因分析
在近幾年的運行中，該型號增壓器轉子反復出現轉子進氣端、廢氣端葉片及轉子軸承損壞情況，不僅對現場操作人員造成很大的操作風險，同時也造成巨大的財產損失。
在問題原因查找中，也未找到增壓器損壞相同故障現象的案例參考借鑒。
由于這幾次增壓器轉子損壞前設備運轉正常，突然的設備故障危害更大，而增壓器損壞一般有外部和內部原因兩種，本文從這兩個方面入手，希望找到故障根源。
在國內柴油機增壓器運用比較廣泛，這些故障的查明和解決，不僅能處理棘手的問題,同時也能為現在使用的柴油機公司和企業提供借鑒，通過一些措施和方法，避免設備資產損失及人員傷害。
一、主機增壓器工作原理、故障現象及檢查
動力值班人員在日常的主機房巡檢時，發現2號主機B側增壓器突然發生進氣氣流不穩定，氣流出現流向逆反并從進氣濾棉側反流出來;增壓器振動和噪聲瞬間增大。
隨后2號主機在幾秒內自動緊急關停。
1、MAN NR34/S主機渦輪增壓器的工作原理
柴油機增壓器運行中，利用發動機排出的廢氣來推動渦輪室內的渦輪，渦輪又帶動同軸上的葉輪轉動，葉輪的轉動時會吸入空氣并壓縮，壓縮后的空氣壓力增大，通過空氣冷卻器冷卻后進入氣缸，空氣壓力和密度增大可以增加柴油主機的輸出功率。
NR34/S增壓器包含一個一級徑流式廢氣葉輪和一個一級徑流式壓氣葉輪,整個轉子通過2個滑動軸承支撐。
展開 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 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 
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 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 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
你知道，渦輪增壓技術到底是誰發明的嗎？
在汽車渦輪增壓發動機如此流行的今天，很多小伙伴都關心這項技術到底是誰發明的，有些人說是日本人發明的，有些人說是德國人發明的，有些人說是來自瑞典的薩博公司發明的，今天就來看看到底渦輪增壓是誰發明的。
渦輪增壓，是一種利用內燃機運作轉產生的廢氣驅動空氣壓縮機的技術。渦輪增壓技術可不是僅僅應用在民用汽車發動機上的，最初是應用在飛機和坦克上的。
渦輪增壓的主要作用就是提高發動機進氣量，從而提高發動機的功率和扭矩，讓車子更有勁。一臺發動機裝上渦輪增壓器后，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動機在經過增壓之后能夠輸出更大的功率。
所以目前比較公認的說法，蘇爾壽（Sulzer）兄弟研發公司的總工程師阿爾佛雷德J波西（Alfred J Buchi）博士在瑞士溫特圖爾首次提出了渦輪增壓的概念，并于當年的11月16日，被德國專利局授予了第204630號專利“內燃機輔助增壓器技術”，這標志著渦輪增壓技術正式誕生。所以要說渦輪增壓這項技術是誰發明的——瑞士人波西！
雖然渦輪增壓技術誕生的很早，但直到1961年美國通用汽車公司才將渦輪增壓器試探性地裝在其生產的雪佛蘭車型上。
展開 Toyota Motorsports 通過 Fidelity 提高渦輪增壓器壓縮機效率
專門從事賽車發動機的高科技開發，渦輪增壓器組件已經是最先進的。為了進一步提高性能，豐田必須依靠傳統的試錯程序和原型之外的東西，因為這些東西的周轉時間太長了。與手動實現相比，數值優化使工程師能夠探索和評估更多的設計備選方案。
轉向數值優化的另一個原因是，壓縮機葉輪的設計工作已經非常接近它們所用材料的結構-機械極限。大多數形狀變化會立即導致超出可接受的壓力水平。僅考慮空氣動力學行為的優化并不能保證最終設計在結構上也是可行的。需要同時進行包括空氣動力學和結構力分析在內的優化。換句話說：將計算流體動力學 (CFD) 與計算結構力學 (CSM) 模擬相結合的多學科優化。
耦合 CFD-CSM 工作流程
本文將介紹用于廢氣渦輪增壓器的離心式壓縮機的多學科 CFD-CSM 優化。所研究的壓縮機級包括一個帶六個主葉片和六個帶無葉片擴散器的分流葉片的徑向葉輪。要實現兩個空氣熱力學目標、一個結構力學目標和兩個空氣動力學目標：
增加等熵效率
相同或更高的絕對總壓比
與原始幾何形狀相同的扼流圈質量流量
向失速裕度方向擴展操作范圍
最大 von Mises 應力低于極限
CFD 和 CSM 模擬被集成到 Cadence 的Fidelity Optimization中的單一優化工作流程中。每個新設計首先由 CSM 求解器進行結構檢查，只有那些不超過最大 von Mises 應力的設計才會被納入更耗時的 CFD 過程。結構上不可接受的設計被輸入到學習數據庫中以驅動優化器。
參數化和網格劃分
共有 154 個參數定義了葉輪、經向通道和實體。然而，定義葉輪輪轂殼的參數與基本設計保持不變，以排除許多結構機械不可行的設計。并且為了進一步減少自由參數的數量，也沒有修改沿弧度曲線的厚度分布。
展開 HyperWorks幫助BorgWarner實現確定溫度和機械應力對渦輪增壓器共同作用的流程自動化
行業：汽車
挑戰：捕捉溫度如何影響機械應力
Altair 解決方案：捕捉溫度如何影響機械應力
優點：更快、更準確 ；后處理客戶化 ； 在一個環境中聯合多種仿真
背景介紹
BorgWarner是一家資產達56.5億美元的動力總成系統解決方案的全球科技領 導者。它在發動機正時系統、增壓系統、點火系統、空氣和噪音管理系統、冷卻系 統、傳輸系統和四輪驅動系統上的專長幫助全世界的汽車生產商制造具有更高的燃 油經濟性和排放性能的汽車。BorgWarner的一個關鍵產品是它的渦輪增壓器，由發 動機的廢氣驅動的渦輪是用尾氣去驅動一臺壓縮機，從而提高進入發動機的空氣密 度，結果是在沒有大幅增加其重量的前提下顯著提高發動機的功率。
挑戰
事實上渦輪增壓器會受到廢熱氣體的不利影響，熱氣會對渦輪增壓器外殼的材 料強度產生影響，導致其性能下降、潛在蠕動或渦輪機磨損。當極端波動發生時，渦輪增壓器可能產生過早的熱疲勞導致開裂。
因為渦輪增壓器承受相當大的溫度變化，而設備的耐久性不僅取決于材料組成和它承受的機械應力，而且取決于外界溫度。由于受到機械應力和溫度效應相互作用，在確定整個渦輪增壓器的設計時這兩者都必須考慮。
BorgWarner的工程師們已經對渦輪機外殼進行了結構分析以確定其疲勞壽命。一旦熱廢氣在渦輪增壓器中開始流動就要進行預測溫度分布的計算。該公司沒有簡單的方法從應力和溫度兩方面整合數據來獲得一個系統性能的總體預測，因此在特 定的位置處熱應力可能很小。但如果廢氣的溫度很高，應力和溫度的組合會導致過 早的部件失效。在特定位置處的應力必須與在任何給定的溫度下的材料屈服強度進 行比較。
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