科技成果——高性能船用渦輪增壓器設(shè)計(jì)技術(shù)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上科技成果高性能船用渦輪增壓器設(shè)計(jì)技術(shù)技術(shù)開(kāi)發(fā)單位 中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)公司中國(guó)北方發(fā)動(dòng)機(jī)研究所技術(shù)簡(jiǎn)介渦輪增壓技術(shù)可提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率、縮小體積、減少排量、降低油耗，已成為世界各大船用柴油機(jī)公司節(jié)能和減排的重要戰(zhàn)略措施和核心關(guān)鍵技術(shù)。我國(guó)船用增壓技術(shù)長(zhǎng)期以來(lái)主要靠技術(shù)引進(jìn)、仿制制造為主，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品市場(chǎng)份額占有量不大，國(guó)內(nèi)的船機(jī)增壓器市場(chǎng)基本上被ABB等國(guó)外增壓器公司所壟斷。隨著排放法規(guī)的進(jìn)一步實(shí)施，迫切要求國(guó)內(nèi)有相應(yīng)的增壓器產(chǎn)品，滿足柴油機(jī)主機(jī)廠在研發(fā)出新產(chǎn)品后的增壓匹配需求，打破船用柴油機(jī)增壓器市場(chǎng)由外資品牌壟斷的不利局面。技術(shù)開(kāi)發(fā)單位根據(jù)中低速船用柴油機(jī)的增壓匹配需求和使用

2、環(huán)境、工藝制造問(wèn)題，將重型車用渦輪增壓技術(shù)推廣至船用領(lǐng)域，能夠研制出與目前國(guó)際先進(jìn)產(chǎn)品相當(dāng)?shù)?、滿足IMO第三階段排放要求的新一代渦輪增壓器。關(guān)鍵技術(shù)突破途徑（1）船用柴油機(jī)增壓匹配特性分析建立船用環(huán)境柴油機(jī)工作過(guò)程模型，進(jìn)行船用發(fā)動(dòng)機(jī)性能以及增壓系統(tǒng)性能變化影響分析；建立增壓進(jìn)排氣系統(tǒng)三維模型，并利用一/三維耦合仿真，研究三維流動(dòng)耦合效應(yīng)對(duì)各部件匹配的影響機(jī)理，為船用高性能增壓器的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。（2）壓氣機(jī)性能優(yōu)化分析利用Concepts NREC軟件進(jìn)行壓氣機(jī)葉輪、擴(kuò)壓器和蝸殼的初步設(shè)計(jì)，采用一維和準(zhǔn)三維流動(dòng)分析技術(shù)，初步分析壓氣機(jī)的速度、壓力分布，調(diào)整造型規(guī)律，滿足合理氣體流動(dòng)參數(shù)分布。采

3、用壓氣機(jī)三維跨聲速流動(dòng)分析方法，進(jìn)行葉輪、擴(kuò)壓器和蝸殼全工況全三維CFD計(jì)算，優(yōu)化幾何結(jié)構(gòu)，減少流動(dòng)損失，提高壓氣機(jī)的氣動(dòng)性能和全工況范圍的優(yōu)化匹配。通過(guò)流動(dòng)控制解決高壓比工作區(qū)域流量范圍過(guò)窄問(wèn)題，利用有葉擴(kuò)壓器的匹配與性能優(yōu)化，提高壓氣機(jī)的性能。通過(guò)壓氣機(jī)葉輪強(qiáng)度計(jì)算和可靠性分析，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，在滿足可靠性要求的前提下減輕重量。（3）關(guān)鍵件制造工藝分析壓氣機(jī)葉輪銑削主要在原有工藝方案的基礎(chǔ)上，利用CAD/CAM技術(shù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)三維建模、整體銑削工藝分析研究，進(jìn)行五軸數(shù)控編程、三坐標(biāo)測(cè)量驗(yàn)證；進(jìn)一步優(yōu)化加工工藝，解決加工過(guò)程中刀具和工件振動(dòng)，復(fù)雜曲面加工誤差等問(wèn)題，提高加工精度、縮短加工時(shí)間

4、。針對(duì)渦輪用高溫合金材料（K418）鑄造工藝，結(jié)合現(xiàn)有高溫合金材料的研究成果，分析研究凝固過(guò)程及結(jié)晶組織的檢測(cè)，找出零件結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、冷卻速度、液相溫度等對(duì)凝固過(guò)程及結(jié)晶組織的影響，從而更準(zhǔn)確把握凝固前沿狀態(tài)及結(jié)晶組織狀態(tài)。確定渦輪鑄造工裝系統(tǒng)、工藝參數(shù)，通過(guò)控制鑄件凝固方式，使鑄件獲得工藝所需要的晶粒生長(zhǎng)取向及分布狀態(tài)。技術(shù)指標(biāo)壓比：4.5流量：1.9kg/s壓氣機(jī)效率：80%增壓器總效率：58%可靠性指標(biāo)：增壓器裝船可靠運(yùn)行500小時(shí)技術(shù)特點(diǎn)本項(xiàng)技術(shù)來(lái)源于第三代主戰(zhàn)坦克改進(jìn)型柴油機(jī)和兩棲裝甲突擊車柴油機(jī)重點(diǎn)裝備研制過(guò)程中形成的高壓比渦輪增壓器關(guān)鍵技術(shù)。本項(xiàng)技術(shù)具有高壓比、大流量、高效率的

5、特點(diǎn)，處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。目前我國(guó)船用柴油機(jī)增壓技術(shù)水平同發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距較大，主要體現(xiàn)在以下幾方面：（1）不具備船用高效增壓器的自主研發(fā)能力我國(guó)船用的主要增壓器產(chǎn)品仍以引進(jìn)后國(guó)產(chǎn)化仿制為主或完全采用國(guó)外產(chǎn)品，尚沒(méi)有完全自主研發(fā)的產(chǎn)品。（2）船用增壓器的性能與國(guó)際先進(jìn)水平相比具有較大差距目前我國(guó)船用最先進(jìn)的增壓器其壓比僅為3.5，與國(guó)際上ABB最新產(chǎn)品壓比4.7甚至更高的先進(jìn)水平差距很大；在效率方面，我國(guó)船用增壓器與國(guó)外產(chǎn)品也具有很大的差距，無(wú)法滿足高性能船用發(fā)動(dòng)機(jī)的使用要求。本項(xiàng)技術(shù)正可以彌補(bǔ)此項(xiàng)空白。技術(shù)水平 國(guó)內(nèi)領(lǐng)先可應(yīng)用領(lǐng)域和范圍中低速船用渦輪增壓器、發(fā)電機(jī)組用渦輪增壓器專利狀態(tài) 已申請(qǐng)專利8項(xiàng)技術(shù)狀態(tài) 小批量生產(chǎn)、工程應(yīng)用階段合作方式 合作開(kāi)發(fā)投入需求 300萬(wàn)元轉(zhuǎn)化周期 1.5年預(yù)期效益充分利用高壓比渦輪增壓器關(guān)鍵技術(shù)儲(chǔ)備，根據(jù)中低速船用混流增壓器產(chǎn)品需求，將重型車用渦輪增壓器技術(shù)推廣至船用領(lǐng)域，研制出與國(guó)際先進(jìn)產(chǎn)品水平相當(dāng)?shù)?，且滿足IMO第三階段排放要求的新一代渦輪增壓器，占領(lǐng)國(guó)內(nèi)船用增壓行業(yè)的制高點(diǎn)，從而促進(jìn)