增壓器葉輪
關注創建者：破曉2017 創建時間：2017-03-01
增壓器葉輪的視頻教程
fluent專家-動網格-葉輪攪拌器內旋轉流場模擬
幾何模型如下圖所示，葉輪輪軸直徑為400mm，葉片外徑為1000mm，攪拌器直徑為1200mm，葉輪在攪拌器中心以2rad/s的速度旋轉。 知識點：幾何建模、網格劃分、動網格設置、滑移網格設置、interface創建、后處理等
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Fluent專家-動網格-案例3-葉輪攪拌器內旋轉流場模擬
幾何模型如下圖所示，葉輪輪軸直徑為400mm，葉片外徑為1000mm，攪拌器直徑為1200mm，葉輪在攪拌器中心以2rad/s的速度旋轉。 知識點：幾何建模、網格劃分、動網格設置、滑移網格設置、interface創建、后處理等
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NUMECA FINE/TURBO 一瞥
葉輪機在今日社會的應用比較多，風扇、通風機、空調風機、油煙機、水輪機、汽輪機、燃氣輪機、飛機發動機、推進器、汽車增壓器等都屬于葉輪機。 NUMECA FINE TURBO軟件是葉輪機內部流動數值仿真軟件。仿真計算速度和內存需求比較小，計算精度多次獲得行業評測前列成績。 軟件分為數值仿真計算和葉輪設計優化兩個部分。課程對這兩個部分的功能和界面進行介紹和演示。
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增壓器葉輪的實例教程
關于檢測與算法的結合如何用到產品的質量管理上，本期谷.專欄特別推薦materialise的一篇案例《利用CT（計算機斷層掃描）提高渦輪增壓器葉輪的金屬3D打印質量》 。
為金屬部件尋找正確的工藝參數
質量是當下增材制造行業關注的熱點，企業正通過大力投資數字化解決方案來改進質量。過去的幾年里，在技術和經濟效益方面我們看到了很多的進步，但每個專業的金屬3D打印工程師都知道，目前還有不少問題需要解決，才能夠對復雜部件的質量進行認證。本期，通過分享Materialise 3D打印葉輪的案例，來領略復雜零部件質量認證與控制的思路與方法。
渦輪增壓器通常用于提高諸如汽車上的內燃機（ICE）的效率和功率輸出。渦輪增壓器通常包含安裝在公共軸上的兩個葉輪：其中一個葉輪用作渦輪，而另一個葉輪用作壓縮。
圖片：渦輪增壓器中的兩個葉輪，來源Materialise
在運行過程中，葉輪高速旋轉并處于高溫下，出現疲勞是一個很現實的問題。采用增材制造設計的部件相比鑄造部件質量更輕，能實現葉輪更高的轉速和更好的性能。最小化孔隙率并實現具備嚴格幾何公差的精準制造對于確保部件的長期運行至關重要。
在用3D打印制造葉輪時，需要明確兩個目標：
第一個目標是最大限度地減少打印過程中的熱形變，并確保部件的對稱性。不對稱的葉輪會導致效率降低，在最壞的情況下還可能造成災難性的損壞。
第二個目標是保持低孔隙率；Materialise的目標是讓葉輪的密度高于99.9％。這對于做過減重優化的零件尤為重要，因為相對來說孔隙率對疲勞壽命影響更大。
為了實現3D打印葉輪的這些質量目標，Materialise與Volume Graphics合作，該公司提供對X射線計算機斷層掃描（CT）數據進行分析和可視化的軟件。
展開 離心空壓機通過葉輪的高速旋轉對工質進行做功,持續輸出壓縮空氣,離心空壓機的性能主要由其中的葉輪決定。燃料電池空壓機葉輪與傳統車用渦輪增壓器葉輪的設計需求差別較大,傳統渦輪增壓器葉輪需要較寬的流量范圍;而燃料電池所需要的離心空壓機需要較高的壓比,不需要過寬的流量范圍。
1 葉輪的設計
1.1 設計方法
高性能葉輪的葉片是復雜的三維結構,在設計時不僅要考慮到氣動性能與結構強度,還要考慮加工工藝,以便于進行側銑加工,總體設計難度較大。葉輪設計基本有兩種方式:(1)根據設計目標全新設計;(2)對現有葉輪進行設計優化。
全新設計葉輪需要根據設計目標,首先從一維設計軟件中預測基本的幾何參數,再通過三維設計軟件對性能進行優化。全新設計葉輪需要很長的時間周期,而且設計難度較大。在工程開發上多采用第二種方式,即對現有葉輪重新設計并進行優化。
文中采用第二種方式,對現有某車用渦輪增壓器葉輪進行快速設計,以達到燃料電池離心空壓機的設計目標需求。
展開 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 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。
廢氣葉輪與轉子軸是整合一體的，近氣壓縮葉輪通過外部鎖緊螺母裝配到轉子軸上。
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。
展開 主要是用三元催化器， 三元催化器的載體部件是一塊多孔陶瓷材料，安裝在特制的排氣管當中。稱它是載體，是因為它本身并不參加催化反應，而是在上面覆蓋著一層鉑、銠、鈀等貴重金屬和稀土涂層。是安裝在汽車排氣系統中最重要的機外凈化裝置。
原理
三元催化器的工作原理是:當高溫的汽車尾氣通過凈化裝置時，三元催化器中的凈化劑將增強CO、碳氫化合物和NOx三種氣體的活性，促使其進行一定的氧化-還原化學反應，其中CO在高溫下氧化成為無色、無毒的二氧化碳氣體;碳氫化合物在高溫下氧化成水(H20)和二氧化碳;NOx還原成氮氣和氧氣。三種有害氣體變成無害氣體，使汽車尾氣得以凈化。前提是還有氧氣可用，空燃比要合理。
保養
由于中國的燃油品質普遍較差，燃油中含有硫、磷以及三元催化所使用的抗爆劑MMT中含有錳，這些化學成分在燃燒后隨著廢氣的排出，會在氧傳感器表面和三元催化器內部形成化學絡合物。另外，由于駕駛員的不良駕駛習慣，或者長期行駛在擁堵路面，發動機經常處于不完全燃燒狀態，會在氧傳感器和三元催化器內形成積炭。此外，國內很多地區使用乙醇汽油，這種汽油有很強的清洗作用，會將燃燒室內的積垢清洗但不能分解燃燒，因此隨著廢氣的排放這些污垢也會沉積在氧傳感器表面和三元催化器內。正是由于諸多因素，使得汽車在行駛一段里程后，除了會在進氣門和燃燒室內產生積炭外，還會造成氧傳感器和三元催化器中毒失效、三元催化器堵塞以及EGR閥被沉積物阻塞卡滯等故障，造成發動機工作不正常，造成油耗增加、動力下降和尾氣超標等問題。
傳統的發動機定期保養僅限于潤滑系統、進氣系統以及燃油供給系統的基本養護，卻無法滿足現代發動機潤滑系統、進氣系統、燃油供給系統和排氣系統的全方位保養要求，特別是排放控制系統保養的要求。因此車輛即使長期正常保養，也難以避免上述問題的產生。
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于是對增壓器損壞的斷裂面進行了金相顯微鏡檢查，檢查是否有疲勞原因造成葉片脫落，從未動平衡損壞造成增壓器軸承和進氣葉輪的損壞。
金相檢查顯示:
增壓器葉片斷裂位置較平整，未見疲勞擴展延伸裂紋，出現葉片斷裂較大可能為來自機體內異物撞擊轉子葉片造成的。
項目背景
ACR在汽車尾氣催化轉化器方面具有熟練的技術能力，他們目前正在開發用于EREV(增程式電動車) 的微型柴油發動機。海克斯康工業軟件旗下的Cradle CFD軟件在微型柴油發動機的開發過程中發揮了重要作用。
燃料電池空壓機葉輪與傳統車用渦輪增壓器葉輪的設計需求差別較大,傳統渦輪增壓器葉輪需要較寬的流量范圍;而燃料電池所需要的離心空壓機需要較高的壓比,不需要過寬的流量范圍。
項目背景
ACR在汽車尾氣催化轉化器方面具有熟練的技術能力，他們目前正在開發用于EREV(增程式電動車) 的微型柴油發動機。海克斯康工業軟件旗下的Cradle CFD軟件在微型柴油發動機的開發過程中發揮了重要作用。
ACR在開發卡車和其他柴油動力車輛的排放控制裝置方面具有很高的技術能力
在逐步嚴苛的排放法規下，全球各大主機廠陸續推出了對應的解決方案。雖然不同的技術路線都有各自的應用場景，但也都存在各種各樣的問題。純電動車受限于電池容量，其行駛里程大多在300~1000km，而充電速率慢、充電站建設不完善，又進一步限制了它的應用，降低了用戶體驗。傳統燃油車的改進大多集中在發動機上，提高發動機效率、降低排放，則一些傳統主機廠急需解決的問題。
產品介紹
項目背景
ACR在汽車尾氣催化轉化器方面具有熟練的技術能力，他們目前正在開發用于EREV(增程式電動車) 的微型柴油發動機。海克斯康工業軟件旗下的Cradle CFD軟件在微型柴油發動機的開發過程中發揮了重要作用。
2023 年 3 月 9 日? 5 分鐘閱讀
Toyota Motorsports 是一家位于德國科隆的高性能測試和開發機構。他們的重點之一是汽車和賽車運動的底盤和發動機設計。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
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。
無論在賽道上還是在賽道外，速度才是致勝的關鍵，而風馳電掣的背后仰賴的是強大的工程設計和制造能力。競爭日趨白熱化，零件的設計與制造也同樣面臨巨大的挑戰。以提速的首要裝備——渦輪增壓器為例，賽車領域的渦輪增壓器有極為復雜的形狀、幾何特征和材質。因此，熔模鑄造是曾經唯一可用的方法，但它的缺點和局限也同樣明顯：
△傳統熔模鑄造生產的渦輪增壓器
賽車需要提升競爭力，必須在遵循簡潔設計的原則下使關鍵零件達到更高的性能
