可调向心涡轮增压器调节机构优化设计

中国机械工程

可调向心涡轮增压器调节机构优化设计

邢世凯1;李聚霞2;马朝臣3;陈立辉1;李晴1

1.河北师范大学职业技术学院，石家庄，050024
2.石家庄信息工程职业学院，石家庄，050035
3.北京理工大学机械与车辆学院，北京，100081

出版日期:2017-01-25 发布日期:2017-01-20
基金资助:
河北省科技支撑计划资助项目(15273703D);
河北省高等学校自然科学研究青年基金资助项目(QN20131017,QN2014164);
河北师范大学博士基金、应用开发基金资助项目(L2016B15，L2015K08)

Optimal Design for Regulating Mechanisms of Variable Radial Turbocharger

XING Shikai1;LI Juxia2;MA Chaochen3;CHEN Lihui1;LI Qing1

1.School of Vocational and Technical，Hebei Normal University,Shijiazhuang，050024
2.Shijiazhuang Information Engineering Vocational College，Shijiazhuang，050035
3.School of Mechanical Engineering，Beijing Institute of Technology，Beijing，100081

Online:2017-01-25 Published:2017-01-20

摘要/Abstract

摘要： 提出了一种新型的增压器调节机构设计方案，该设计方案取消了传统增压器调节机构中的喷嘴座或定距套结构，利用3个固定导叶来控制喷嘴环的宽度。该设计方案力图减小蜗壳或导叶流道中由于特定结构所导致的局部扰动，减小其流动损失，提高涡轮效率。对该设计方案与喷嘴座结构方案、定距套结构方案进行了相同工况的数值计算，通过计算结果的对比，从理论上验证了设计方案的可行性。

关键词: 可变几何截面涡轮增压器, 调节机构, 优化设计, 涡轮效率, 数值计算

Abstract: A design scheme of turbocharger regulating mechanisms was proposed. In the design scheme, nozzle seat or spacer sleeve structure in traditional turbocharger was replaced by three fixed guide vanes to control the width of the nozzle ring. The design scheme was expected to realize the decrease of the local disturbance in the volute or in the nozzle ring field caused by the special structure, the decrease of the flow loss and the improvement of the turbine stage efficiency. The numerical calculations of the designed model, the nozzle seat structure model and the spacer sleeve structure model were conducted under the same operating conditions. Comparisons among the results of these three types of turbines validated the feasibility of the novel design scheme in theory.

Key words: variable geometry turbocharger, regulating mechanism, optimal design, turbine efficiency, numerical calculation

中图分类号:

TK421.8

邢世凯, 李聚霞, 马朝臣, 陈立辉, 李晴. 可调向心涡轮增压器调节机构优化设计[J]. 中国机械工程.

XING Shikai, LI Juxia, MA Chaochen, CHEN Lihui, LI Qing. Optimal Design for Regulating Mechanisms of Variable Radial Turbocharger[J]. China Mechanical Engineering.

参考文献

[1]HU L J，SUN H，YI J W，et al. Investigation of Nozzle Clearance Effects on a Radial Turbine：Aerodynamic Performance and Forced Response[C]//SAE 2013 World Congress & Exhibition. Detroit, 2013: 2013-01-0918.
[2]王正，王增全，何洪，等.车用增压器涡轮的超速可靠性增长研究[J]. 中国机械工程，2016，27(3)：408-412.
WANG Zheng，WANG Zengquan，HE Hong，et al. Study on Reliability Growth of Turbine of Turbocharger for Vehicle Applications with Over-speed Failure Mode[J]. China Mechanical Engineering，2016，27(3)：408-412.
[3]MA Chaochen，LYU Wei，ZHANG Zhiqiang，et al. Investigation on Mechanical Characteristics of Air Jet Acting on Nozzle Vanes of VNT[J]. Journal of Beijing Institute of Technology，2010，19(2)：136-142.
[4]潘航宇. 2.0L柴油机可变截面涡轮增压器研制[D]. 北京：北京理工大学，2014.
PAN Hangyu. Development of a Variable Nozzle Turbocharger for an 2.0L Diesel Engine[D]. Beijing：Beijing Institute of Technology，2014.
[5]邱济宝，王威，沈春雷，等.一种可变喷嘴涡轮增压器：中国，201420000470.3 [P]. 2014-07-09.
QIU Jibao，WANG Wei，SHEN Chunlei，et al. A Variable Nozzle Turbocharger：China，201420000470.3 [P]. 2014-07-09.
[6]赵奔，马朝臣，胡良军，等. 导叶间隙不确定性对可调向心涡轮影响数值研究[J]. 推进技术，2014，35(4)：492-498.
ZHAO Ben，MA Chaochen，HU Liangjun，et al. Numerical Investigation on Effects of Uncertain Nozzle Vane Clearance on Variable Geometry Radial Turbine Performance[J]. Journal of Propulsion Technology，2014，35(4)：492-498.
[7]吕伟，马朝臣，祁明旭，等. 内燃机增压器可调涡轮喷嘴环叶片受力状态研究[J]. 内燃机学报，2009，27(6)：546-551.
LYU Wei，MA Chaochen，QI Mingxu，et al. Study on Status of Force Acting on VNT Guide Vanes under Different Engine Working Conditions[J]. Transactions of CSICE， 2009，27(6)：546-551.
[8]刘贻雄，老大中，刘尹红，等. 导叶间隙和开度变化对转子叶片振动特性的影响[J]. 内燃机工程，2014，35 (4)：492-498.
LIU Yixiong，LAO Dazhong，LIU Yinhong，et al. Influences of Nozzle Vane Clearance and Opening on Vibration Characteristics of Rotor Blades[J]. Chinese Internal Combustion Engine Engineering，2014，35(4)：492-498.
[9]邢世凯，马朝臣，吕伟. JK90S可调喷嘴涡轮喷嘴冲角特性[J]. 哈尔滨工程大学学报，2013，34(5)：635-640.
XING Shikai，MA Chaochen，LYU Wei. The Investigation on Characteristics of Nozzle Incidence of JK90S Variable Nozzle Turbine[J]. Journal of Harbin Engineering University，2013，34(5)：635-640.
[10]刘尹红. VNT向心涡轮内部流动特性及激波调制方法研究[D]. 北京：北京理工大学，2015.
LIU Yinhong. Investigation on the Flow Characteristic and Shock Modulation Method of VNT Radial Turbine[D]. Beijing：Beijing Institute of Technology，2015.
[11]肖昕，李云清. 车用涡轮增压器蜗壳内三维流场模拟分析[J]. 汽车技术，2011(9)：1-3.
XIAO Xin，LI Yunqing. Simulation Analysis of 3D Flow Field in Volute of an Automotive Turbocharger[J]. Automobile Technology，2011(9)：1-3.
[12]邢世凯.非均匀布置可调导叶向心涡轮性能研究[D]. 北京：北京理工大学，2015.
XING Shikai. Performance Investigation of a Variable Radial Turbine with Non-uniform Arranged Guide Vanes[D]. Beijing：Beijing Institute of Technology，2015.
[13]邢世凯，马朝臣，胡辽平，等. 蜗壳周向流动非均匀性对可调向心涡轮性能的影响[J]. 内燃机学报，2015，33(5)：265-271.
XING Shikai，MA Chaochen，HU Liaoping，et al. Influence of Volute Inflow Inhomogeneity on the Characteristic of Variable Radial Inflow Turbine[J]. Transactions of CSICE，2015，33(5)：265-271.

[1]	鲁开讲, 师俊平, 张锋涛. 平面三自由度并联机构动力学优化设计 [J]. J4, 201016, 21(16): 1926-1931.
[2]	张琦1;李增亮1;董祥伟1;刘延鑫1;王雨婷2. 大功率潜水电机冷却系统分析方法与试验研究[J]. 中国机械工程, 2021, 32(03): 368-377.
[3]	李钧亮;王时龙;王四宝;夏长久. 基于工件材料去除率的滚齿机床能耗模型[J]. 中国机械工程, 2020, 31(21): 2626-2631.
[4]	刘世豪, 林茂. [综述]高速数控转台优化设计方法研究现状与展望[J]. 中国机械工程, 2020, 31(13): 1629-1637.
[5]	高富东;王德心;王海东;曹建平. 基于射流冲击作用的舰机适配性数值分析与优化[J]. 中国机械工程, 2020, 31(12): 1425-1436.
[6]	吕凤鹏;李朝阳;黄健;陈兵奎. RV减速器转臂轴承的优化设计[J]. 中国机械工程, 2020, 31(09): 1043-1048.
[7]	邹伟生1;刘瑞仙1;刘少军2. 粗颗粒海底矿石浆体提升电泵研究[J]. 中国机械工程, 2019, 30(24): 2939-2944.
[8]	杨奇;甄文强;姬永强. 以减小初始扰动为目标的火箭弹定心部优化设计[J]. 中国机械工程, 2019, 30(21): 2611-2615.
[9]	陈东1;许敏2;李治3;郭松1;高彦凯1. 不等厚板激光拼焊在线碾压机构碾压轮结构参数优化设计[J]. 中国机械工程, 2019, 30(07): 872-876.
[10]	张旭1,2;张孟洁1;王格格1;李伟2,3;阮江涛1. 叶片表面粗糙条件下钝尾缘翼型优化设计[J]. 中国机械工程, 2019, 30(06): 728-734.
[11]	柯庆镝;李杰;吕岩;刘光复;宋守许. 基于结构和性能相似度分析函数的机械产品优化设计方法[J]. 中国机械工程, 2019, 30(05): 586-594.
[12]	朱佳栋;苏少辉;陈昌;刘桂英. 面向产品配置设计的改进交互式遗传算法[J]. 中国机械工程, 2018, 29(20): 2474-2478.
[13]	王倩蓉;姜潮;方腾. 一种考虑参数相关性的可靠性优化设计方法[J]. 中国机械工程, 2018, 29(19): 2312-2319,2326.
[14]	胡朝辉;崔雪姣;成艾国;秦晓凯. 基于均匀化循环理论的车身焊点布局优化方法[J]. 中国机械工程, 2018, 29(19): 2384-2388.
[15]	唐新姿;肖鹏;蔡鹏;彭锐涛. 变流量工况下小型离心压气机多目标优化设计[J]. 中国机械工程, 2018, 29(16): 1975-1983.