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高原高压比增压器气动设计报告

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目录

一、设计要求 1

设计指标 1

几何约束条件 1

二、柴油发动机设计参数推测 3

三、压气机设计点选择与一维设计 6

压气机设计点选择 6

压气机一维设计 8

四、涡轮设计点选择与一维设计 9

涡轮设计点选择 9

涡轮一维设计 11

五、压气机详细设计 12

压气机三维详细设计结果 12

压气机叶轮和扩压器设计结果 12

压气机蜗壳设计结果 12

压气机机匣处理 13

压气机设计工况CFD分析 14

压气机性能预估 16

六、涡轮设计 18

涡轮三维详细设计 18

设计工况CFD分析 19

涡轮性能曲线预估 20

结论 22

附表 23

一、设计要求

一、设计要求

设计指标

压气机约束目标：

压气机叶轮进口根部直径为60mm，叶轮外径≤290mm，叶轮流道轴向长度

≤105mm，最高实际转速40000 rpm。压比5.5时，转速≤38000rpm。尺寸限制详见附件1。具有进气再循环（机匣处理）结构。试验标准大气状况：大气压力为100kPa，环境温度为25℃。乙方设计的压气机叶轮、叶轮罩壳、扩压器和蜗壳应满足甲方的加工设备和结构

强度要求。

涡轮约束目标：

轴流涡轮，涡轮内径≥175mm，涡轮动叶片加喷嘴环叶片轴向宽度≤80mm。涡轮当量通流面积120cm2-139cm2（该值为设计建议值，配机时允许超出范围）。乙方设计的涡轮动叶片、喷嘴环叶片应满足甲方的加工设备和结构强度要求。

设计目标：

设计需满足以下三个工况点的要求：

工况点1：压比4.4，流量4.0kg/s，压气机效率≥79%，涡轮效率≥75%，增压器总效率≥59.5%，等压比喘振裕度≥15%；

工况点2：压比5.0，流量4.4kg/s，压气机效率≥80%，涡轮效率

≥75%，Pk/Pt(压气机出口压力/涡轮进口压力)1.25-1.35（该值为设计建议值，配机时允许超出范围），增压器总效率≥59.5%，等压比喘振裕度≥15%；

工况点3：压比5.5，流量4.8kg/s，压气机效率≥79% ，涡轮效率≥75%，增

压器总效率≥58.5%，等压比喘振裕度≥15%。

几何约束条件

几何约束条件见图1。

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图1压气机和涡轮几何约束条件

二、柴油发动机设计参数推测

二、柴油发动机设计参数推测

由于缺少发动机设计参数，并且企图反推发动机设计者在设计时使用的“设计值”是徒劳的！这里，我们仅根据大连机车研究所提供的试车数据，寻找出该发动机试车性能表现最佳的某工况点，将其暂时称为“设计点”，并将此工况点作为增压器设计的依据。

大连机车研究所提供的12V265发动机参数有：发动机缸数i 12

缸径D(mm) 265

冲程S(mm) 300

冲程数c 4

发动机设计转速r/min 1000

油耗率设计值(g/kW) 200

由此可算出：

每秒循环数nc(1/s) 100

单缸几何容积v

(m3) 0.0165

E发动机容积通量V(m3/s) 1.6546

E

依据大连机车研究所提供的发动机试车数据整理后可得，图2燃油消耗率与单缸单循环喷油量的关系。参考该图，发动机单缸单循环供油量qC设计值取为1.67g。

2.500_4100m2.000_4600m1.500_

2.500_

4100m

2.000_

4600m

1.500_

1.000_

0m

0.500_

柴油机转

0.000_

160.0_170.0_180.0_190.0_200.0_210.0_220.0_230.0_240.0_250.0_260.0_270.0_280.0_

燃油消耗

发动机油耗量Q的设计值用下式算出，

Q?3.6ncqC?100?1.67?3.6?601.2

发动机功率N的设计值用下式算出，

kg/h

单

单缸每循环喷油

N?1000Q/q?3006 kW

发动机油耗量Q完全燃烧所需理想空气流量Ga用下式算出，Ga?14.3Q/3600?2.388kg/s

依据大连机车研究所提供的发动机试车数据整理后可得过量空气系数与燃油消耗率的

关系（图3）。该图显示，此发动机燃烧室在过量空气系数??2.0