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| 项目名称 |
高性能船用涡轮增压器设计技术 |
| 行业分类 |
装备制造 |
| 项目简介 |
研发背景涡轮增压技术可提高发动机功率、缩小体积、减少排量、降低油耗，已成为世界各大船用柴油机公司节能和减排的重要战略措施和核心关键技术。我国船用增压技术长期以来主要靠技术引进、仿制制造为主，国内产品市场份额占有量不大，国内的船机增压器市场基本上被ABB等国外增压器公司所垄断。随着排放法规的进一步实施，迫切要求国内有相应的增压器产品，满足柴油机主机厂在研发出新产品后的增压匹配需求，打破船用柴油机增压器市场由外资品牌垄断的不利局面。我所柴油机高增压技术国防科技重点实验室利用研制三代改和两栖装甲车辆重点装备过程中形成的高压比涡轮增压器关键技术储备，根据中低速船用柴油机的增压匹配需求和使用环境、工艺制造问题，将重型车用涡轮增压技术推广至船用领域，能够研制出与目前国际先进产品相当的、满足IMO第三阶段排放要求的新一代涡轮增压器。关键技术突破途径 1) 船用柴油机增压匹配特性分析建立船用环境柴油机工作过程模型，进行船用发动机性能以及增压系统性能变化影响分析；建立增压进排气系统三维模型，并利用一/三维耦合仿真，研究三维流动耦合效应对各部件匹配的影响机理，为船用高性能增压器的设计奠定基础。 2) 压气机性能优化分析利用Concepts NREC软件进行压气机叶轮、扩压器和蜗壳的初步设计，采用一维和准三维流动分析技术，初步分析压气机的速度、压力分布，调整造型规律，满足合理气体流动参数分布。采用压气机三维跨声速流动分析方法，进行叶轮、扩压器和蜗壳全工况全三维CFD计算，优化几何结构，减少流动损失，提高压气机的气动性能和全工况范围的优化匹配。通过流动控制解决高压比工作区域流量范围过窄问题，利用有叶扩压器的匹配与性能优化，提高压气机的性能。通过压气机叶轮强度计算和可靠性分析，进行结构优化设计，在满足可靠性要求的前提下减轻重量。 3）关键件制造工艺分析压气机叶轮铣削主要在原有工艺方案的基础上，利用CAD/CAM技术进行计算机三维建模、整体铣削工艺分析研究，进行五轴数控编程、三座标测量验证；进一步优化加工工艺，解决加工过程中刀具和工件振动，复杂曲面加工误差等问题，提高加工精度、缩短加工时间。针对涡轮用高温合金材料（K418）铸造工艺，结合现有高温合金材料的研究成果，分析研究凝固过程及结晶组织的检测，找出零件结构、化学成分、冷却速度、液相温度等对凝固过程及结晶组织的影响，从而更准确把握凝固前沿状态及结晶组织状态。确定涡轮铸造工装系统、工艺参数，通过控制铸件凝固方式，使铸件获得工艺所需要的晶粒生长取向及分布状态。 |
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