废气涡轮增压器涡轮结构及工艺设计教材.doc

PAGE  PAGE 1 目 录  TOC \o 1-3 \u 前.言 1 1 废气涡轮结构设计 2 1.1 工作轮结构设计 2 1.1.1 工作轮结构 2 1.2 相关参数计算 2 1.2.1 设计原始数据 2 1.2.2废气在单级涡轮内的膨胀过程及效率 2 2 废气涡轮工艺设计 7 2.1叶轮的材料 7 2.2 材料的获得…… 7 2.3造型材料和造型方法…… 7 2.4零件的获得…… 7 3 结论 8 参考文献 9  废气涡轮增压器涡轮结构及工艺设计 课程设计 PAGE 10 PAGE 9 前言 1905 年瑞士工程师波希(Alfred Buchi)首先提出涡轮增压柴油机概念，这是一件对内燃机发展具有深远意义的大事，五十年代以来，涡轮增压技术在国内外均得到飞速的发展，它已经成为增加内燃机功率，降低单位功率重量，降低制造成本的最有效方法。自从20世纪70年代涡轮增压在车用发动机上得到推广以后，更有了突飞猛进的发展。目前，己被世人公认为内燃机技术的发展方向之一，迄今仍保持着方兴未艾的发展势头。涡轮增压是一项新技术，几十年的发展历史有力地表明，涡轮增压是提高发动机功率和改善经济性的最有效措施，也是发动机强化的必然途径，它已成为当前内燃机发展的重要方向。涡轮增压是使柴油机动力装置降低成本、缩小体积、减轻重量最成功的方法。实践证明，对于安装尺寸受限制的应用(如船舶、机车、卡车等)上是最受欢迎的，涡轮增压在降低比油耗、减少噪声以及高原性能等方面胜过非增压发动机[10]。 60年代增压技术在中速柴油机上得到普遍应用，使强化指标有了很大提高；70年代的石油危机，又促使经济性指标(包括降低燃油耗率和使用劣质燃油)得到很大改善：80年代各国对环境污染的限制更为严格，制定了极为苛刻的环保法规，迫使柴油机制造厂商各自寻找对策以谋生存。新开发的柴油机必须在诸多方面能体现出优越性，否则就无法适应未来剧烈的市场竞争。纵观我国中速机的现状，应该说己初步具备了研究、设计和生产体系，但就总体水平而言，强化度不高，部分关键部件的可靠性尚待进一步提高，自动化程度低，减振降噪，措施尚未实际应用(但高速机上已有应用)，排放研究还处于议论阶段：整机的系列化和零部件的通用化程度较低；部分零部件如高压油泵和喷油器的偶件、调速器、轴瓦和活塞环等的制造工艺落后，质量较差，引进指标较高机型的这些零部件仍依赖进口，这些薄弱环节也限制了自行开发机型强度的提高。 增压技术由于在节能、提高功率及满足环保等方面具有无可比拟的优点而被众多柴油机所采用，而且发展越来越迅速。从发展趋势来看，增压程度越来越高，现在最大平均有效压力已超过3.0MPa这样高的平均有效压力，使得高增压柴油机出现了机械负荷和热负荷严重、低工况性能和瞬态特性变差等突出的问题，因此对增压系统提出了越来越高的要求：要具有良好的全工况性能，主要是有利于改善低工况性能；较高的排气能量利用率；气缸扫气顺利；有害排放物低；瞬态特性好；易于实现系列化生产；涡轮尽量采用单进口。为了满足这些要求，人们研发了多种增压系统，尤其是为了改善高增压柴油机的低工况性能，国内外研究人员通过各种途径做了大量的工作，并取得了较显著的成绩。 1　废气涡轮结构设计 废气涡轮可分为轴流式和径流式两类。在轴流式涡轮中，废气沿涡轮旋转轴线方向流动。当流量较大时，它的效率较高它适用于大量的废气涡轮增压器。在径流式涡轮中，废气沿与涡轮旋转轴线相垂直的平面径向流动。在流量较小时，它的效率较高，制造又较简单，适用与小流量的废气涡轮增压器。这里主要讨论工作轮的设计 1.1　工作轮结构设计 1.1.1　工作轮结构 工作轮是把从喷嘴环出来的高速废气的功能和压力能转换成为机械功。径流式涡轮的工作叶片与轮盘做成一体。叶片的形状采用抛物线形，工作轮采用星形。星形工作轮是为了减轻重量、减小工作轮转动惯量、提高强度改善加速性能。 1.2　相关参数设计 1.2.1 设计的原始数据 设计选择4102型柴油机 D=102（mm），S=118（mm）， =3.856（L）； 发动机过量空气系数=1.7； 容积系数=0.98； 扫气系数=1.02； 扫气过量空气系数==1； 1.2.2 废气在单级涡轮内的膨胀过程及效率 为了计算废气在单级涡轮内的膨胀过程，常利用I—S图来分析废气在单级涡轮内的膨胀过程，I—S图绘出了废气的膨胀过程在图点相当于废气进入喷嘴环的状态，由于废气进入喷嘴环时的速度，它的动能为。废气进入喷嘴环时的状态用滞止参数表示（点），=，即=+。 图2-1废气在单级涡轮内的膨胀过程图 I S 当废气的初始状态为、在单级涡轮中膨胀时，压力由降到。如果，废气在单级涡轮中按理想过程进行膨胀，