涡轮增压论文（共15篇）
涡轮增压的优点，涡轮增压发动机攻略
随着市面上带“T”字号的车越来越多，涡轮增压也越来越被车主所熟悉。在这动力强劲的发动机面前，还是有很多车主犯起了嘀咕，李先生就是其中一个。如何在涡轮增加发动机和自然进气式发动机二者之间进行选择？
功率可增加40%以上
涡轮增压和自然进风式发动机相比，在动力方面的优势是很明显的，同样排量输出的最大功率可多40%以上。“涡轮增压的最大优点是它可在不增加发动机排量的基础上，大幅度提高发动机的功率和扭矩，一台发动机装上涡轮增压器后，其输出的最大功率与未装增压器相比，可增加大约40%甚至更多。”莫师傅在说到涡轮增压的好处时也承认，涡轮增加发动机的日常使用和保养会麻烦一些。“比起自然进气式发动机，涡轮增压发动机对工作环境和保养维护要求更严格。”
保养并不麻烦
虽然涡轮增压发动机会娇气一点，但只要保养使用得当还是非常听话的。莫师傅表示，平时只要稍加注意就可，并不麻烦。“首先在保养时尽量选择厂家指定或高级合成机油；再就是发动机的机油滤清器和空气滤清器必须保持清洁。”此外，莫斗文还表示要定期清洗或者更换滤清器
涡轮增压具有以下几个特点:
(1) 增压器与发动机只有气体管路连接而无机械传动, 因此增压方式结构简单, 不需要消耗功率。
(2) 在发动机重量及体积增加很少的情况下, 发动机结构无需做重大改动, 便很容易提高功率20%～50%。
(3) 由于涡轮增压回收了部分能量, 故增压后发动机经济性也有明显提高, 再加上相对减小了机械损失和散热损失, 提高了发动机的机械效率和热效率, 使发动机涡轮增压后燃油消耗率可降低5%～10%。
(4) 涡轮增压发动机对海拔高度变化有较强的适应能力, 因此装有废气涡轮增压的汽车在高原地区具有明显的优势。
涡轮增压器使用中应注意事项:
(1) 增压器的转子轴转速高达80 000～100 000r/min, 若用一般机械中的轴承将无法正常工作。因此, 增压器的全浮动轴承与转子轴和壳体轴承之间均有间隙, 当转子轴高速旋转时, 具有0.25～0.4MPa压力的润滑油充满这两个间隙, 使浮动轴承在内外两层油膜中随转子轴同向旋转浮动轴承具有高速轻载下工作可靠等优点, 但同时浮动轴承对润滑油的要求很高, 必须注意按规定牌号加注润滑油。
(2) 润滑油必须清洁, 否则将加速轴承磨损, 甚至导致增压器及发动机性能恶化。因此, 必须严格按照保养规定, 定期清洗机油滤清器滤芯。
(3) 按保养规定定期清洁空气滤清器, 每两年便更换一次空气滤清器滤芯或按行驶里程定期更换。使用中应经常检查进气系统和排气系统的密封性。
(4) 为确保浮动轴承的润滑, 发动机刚起动时, 应怠速运转几分钟 (至少30s) 。停机时也同样如此, 逐渐减少负荷, 直至怠速运转几分钟后方可停机。
(5) 增压器在使用了2000～2500h后, 应在发动机不解体的状态下测量转子轴的轴向移动量。若超差则应将增压器拆下检修, 或更换增压器。
(6) 增压器是一个精密部件, 如需要分解, 必须严格按说明书操作, 以免装配时破坏其原有动平衡。
(7) 分解后装配的增压器还需检查转子轴的轴向移动量及径向间隙。
摘要：涡轮增压器:它本身并不是一种动力源, 而是利用发动机排出的废气能量驱动涡轮高速旋转, 带动与涡轮同轴的压气机叶轮高速旋转, 将新鲜空气压缩输入发动机气缸, 这样就增加了燃烧室内氧气含量, 从而改善了燃油的燃烧条件, 提高了发动机功率, 降低了燃油消耗, 减少了废气有毒物质的排放, 并可降低噪声, 从而最终实现环保节能、提高功率的作用。
关键词：机械增压涡轮增压离心武压气机径流式涡轮机比较
中图分类号：U262文献标识码：A文章编号：1007-3973(2011)007-092-02
内燃机增压技术开始于19世纪末，在20世纪初期得到初步的应用和发展，在20世纪中期开始大规模应用。目前绝大部分内燃机都采用了增压技术。增压后的功率比原机提高40％-60％，发动机的平均有效压力可达3MPa，燃油经济性也有所提高，增压已经成为发动机强化有效手段之一。本文主要对机械增压和排气涡轮增压进行分析比较。
1原理
1.1机械增压原理
机械增压是直接利用内燃机出力来驱动增压器，将空气压缩成高密度的进气送入气缸内，从而提高了内燃机的输出功率。它的驱动力来自内燃机曲轴，一般的是利用皮带连接曲轴皮带轮，间接将曲轴运转的扭力带动增压器，达到增压目的。机械增压器的类型很多，主要有螺杆式，涡旋式，旋转活塞式和刮片式等。根据构造不同，机械增压出现过许多种类，包括叶片式、鲁氏、温克尔等型式。以鲁氏为例。鲁氏增压器有双叶与三叶转子两种型式，目前以双叶转子较普遍，其构造是在椭圆形的壳体中装两个茧形的转子，转子之间保有极小的间隙而不直接相连，藉由螺旋齿轮连动，其中一个转子的转轴与驱动的皮带轮连结，转子转轴的皮带轮上装有电磁离合器，在不需要增压时即放开离合器以停止增压，离合器则由计算机控制以达到省油的目的。机械增压可以增加进气管内的空气压力和密度，往发动机内压入更多的空气，使发动机每个循环可以燃烧更多的燃油，从而提高发动机的升功率和平均有效压力，使汽车动力性、燃油经济性和排放都得到改善。
1.2涡轮增压原理
涡轮增压的原理是利用原理利用内燃机运转时所排出来的废气，用废气来转动涡轮增压器中的排气侧转子，而排气侧转子与进气侧转子是同轴异室，当涡轮机转予达到一定转速时它带动另一侧的转子，使压气机转予引进外来的新鲜空气，经过压缩倒入进气管内，以此来实现进气增压的。内燃机排气涡轮增压系统包含压气机、涡轮机、中冷器等部件。内燃机的排气涡轮增压器可以分为两大类：径流式涡轮增压器和轴流式涡轮增压器。而车用发动机多采用径流式，以适应高转速及较高响应性能的要求。
在这里主要介绍一下径流式涡轮机的工作原理。径流式涡轮由同轴安装的涡轮和压气机组成，其中涡轮机转化发动机的排气能量，产生机械能，而压气机则消耗这部分能量，用以压缩进气，提高发动机的进气密度。
下面先简要介绍一下内燃机排气涡轮增压系统的两个主要组成部分。
2离心式压气机
单级离心式压气机主要由导流壳、叶轮罩、压气机叶轮、扩压器及蜗壳等组成。叶轮是压气机的主要部件，它与涡轮安装在同一转轴上。压气机叶轮上有一组径向叶片，叶片的前部呈弯曲形，后部为直叶片。扩压器在压气机叶轮的外缘，它是固定在机壳上的一个圆环状叶栅，叶片间形成渐扩形空气流道。
首先在很短的进口段，空气沿截面收缩的轴向进气道进入工作轮，压力下降，气流速度上升。随后气流进入高速旋转的工作轮上叶片组成的气流通道内，吸收叶轮的机械能，使气体的压力、流动速度和温度均有大幅的增加。驱动工作轮的机械功转化成空气能量的增加，而机械功又来自与同轴的涡轮。在出气蜗壳和扩压气的通道内，由于两者的截面积逐渐增大，气体的动能大部分转化为压力势能，压力和温度进一步的升高，速度下降。而出气蜗壳同时还兼有收集流出的气体以便向内燃机进气管输送的功能。
3径流式涡轮机
涡轮的功用是将发动机排出的高温燃气所拥有的能量尽可能多的转化为机械功，用来驱动压气机。径流式涡轮机由蜗壳、喷管、叶轮和出气道等组成。
涡轮机得工作原理与压气机正好相反，蜗壳的进口与发动机排气管相连，发动机排气经蜗壳引导进入叶片式喷管，叶片式喷管是由周向均匀安装、带有一定倾角的多个叶片组成，叶片之间形成渐缩通道，内燃机高温排气流过喷管时被加速，压力和温度下降，速度大大增加，一部分排气能量转化为气流的动能。具有一定方向的气流进入工作叶轮后继续膨胀，在向心流动的过程中继续加速，讲排气的能量转化为推动叶轮旋转的轴功，即气体推动叶片做功。从叶轮出口排出的气体仍然具有的一定速度，进入排气管后，该部分动能无法利用，形成余项损失。
涡轮出气道内排气的能量与进口处内燃机的排气能量相比有很大下降，表明排气的大部分能量已经传给了工作轮。
除了上述两种内燃机排气涡轮增压系统的部件外，还有一个不可缺少的部件——中冷器。由理想气体定律得出，气体在压缩时内能会增加，也就是温度升高，而同样气压下，气体密度会因温度升高而降低，所以将压缩后的高温气体降温，可以进一步的增加空气流量，而中冷器的作用就是将空气在进入气缸前降温，使发动机更多的吸入空气，并避免爆燃。经过机械增压之后的空气温度可以达到100℃，经过涡轮增压之后的温度就更高了，所以中冷器是个很有必要的部件。
4比较
两种增压方式各有好处也各有缺点。
首先是机械增压。有前面机械增压的原理可知，它是通过增压发动机的进气量来提升发动机的动力。只要发动机在运转，机械增压就会产生，且随着发动机转速的提高，压力度会变大，从而增强了动力。而在动力提升的同时，节气门的开度也是同步的，因此不会像涡轮增压一样，有一个较为明显的发力点。机械增压器的工作环境温度不高，增压后空气的温度也不高，因此对润滑和冷却的要求不高，工况稳定。总之，机械增压相比于涡轮增压在低速时的表现更好，且在车速控制方面也更加精确。
不过机械增压是需要消耗发动机动力的，并且单级压气机的增压幅度有限，一般都在0.6-1.2bar，最高也就1.5bar，而涡轮增压却可以很轻易的达到1 5bar。因此机械增压在经济性上表现稍差一些，且在高速时动力性不及涡轮增压。
再说说涡轮增压，它是以废气为动力带动涡轮为发动机提供更多的空气。在一般的民用发动机上加一个涡轮，就可将动力大幅度甚至成倍的提升。涡轮增压最大的特点是将尾气动力充分利用，因而可以在一定程度上节油。当然涡轮增压的节油效果不仅如此，在低速时，涡轮不介入，发动机处于较低的功率，相当于一台小排量发动机，油耗也就小了很多。
但涡轮增压发动机有一个通病——“涡轮迟滞”，它不能直接进行增压，低速状态下排出的废气不能推动风扇，要在一定转速以上才行，当涡轮介入，动力徒增，显得很突兀。靠涡轮增压增加动力输出虽然轻而易举，但伴随着增压所产生的高热必须妥善处理，高热会影响两部分，一个是负责直接冷却和润滑的机油，它会因为受到高热而快速氧化。因此涡轮增压引擎必须选用耐高温、抗氧化好的优质机油，而且机油更换周期会相应缩短，才不容易产生氧化物。还有一个受高温影响的就是进气部分的冷却系统。因此可以用水深火热来形容涡轮增压器的工作环境。所以涡轮增压对润滑和冷却的要求都是比较高的。
5结论
总体来说机械增压的表现形式更为稳定，工作更为线性，汽车启动就能工作，但它在告诉状态时损失动力较为明显。而涡轮增压表现更为粗暴，在低速时不能驱动涡轮增压，但在高速时动力增压很明显。
参考文献：
涡轮增压发动机加速表现更好。
这是因为涡轮发动机有着更大的肺活量，肺活量大的人运动起来当然更有劲。
涡轮增压发动机动力普遍能达到相当于其排量1.3～1.5倍左右的自然吸气发动机的水平。
但这只是笼统程度，实际表现上，涡轮发动机在3000转后的“后劲”会比自然吸气发动机强，相对来说，自然吸气发动机的“后劲”即使有，来得也没那么刺激。
自然吸气发动机优点
自然吸气的发动机比较容易做得完善。
怠速的安静平顺性、冷车发动时的噪音和运转平稳度，自然吸气发动机普遍会做得更好，而且自然吸气发动机的动力收放更容易掌控。
主要表现在细微操控油门时力度的输出上，例如你一直保持油门在某一个开度不变，自然吸气的车子加速会比较畅顺、加速度相对比较平均。
为了对比分析多级涡轮级间燃烧室发动机和常规涡轮喷气发动机性能,文中分别计算分析了多级涡轮级间燃烧室发动机和常规涡轮喷气发动机性能参数的`变化规律,并对配装相同参数的多级涡轮级间燃烧室发动机和常规涡轮喷气发动机的某型超音速导弹进行了飞行性能模拟.结果表明:多级涡轮级间燃烧室发动机具有比常规涡轮喷气发动机更大的推力和更高的Ma数飞行范围.与常规涡轮喷气发动机动力装置相比,配装多级涡轮级间燃烧室发动机的某型超音速导弹沿给定的飞行轨迹飞行时,加速度更大,飞行时间更短,剩余质量比更高,巡航距离更长,飞行性能优势明显.
作 者：骆广琦 郑九洲 张发启 LUO Guangqi ZHENG Jiuzhou ZHANG Faqi 作者单位：骆广琦,LUO Guangqi(西北工业大学动力与能源学院,西安,710072)
郑九洲,张发启,ZHENG Jiuzhou,ZHANG Faqi(空军工程大学工程学院,西安,710038)
涡轮叶片是航空发动机的关键件，其承受温度的能力是评价发动机性能和决定发动机寿命上的重要因素，为了使涡轮叶片获得高耐温能力，应从两方面进行考虑：铸造工艺和叶片材料。
涡轮叶片的工作环境极其恶劣，一方面叶片的工作温度很高，对于航机的涡轮进口温度最高已达1950℃,因此要求叶片材料在高温下应具有较高的持久强度和蠕变强度，足够的韧性，良好的抗热疲劳和机械疲劳性能，以及较高的抗高温氧化和抗热腐蚀能力。另一方面，由于叶片承受温度的不均匀性，使其存在很高的热应力，并且燃机在变工况时将承受很大的热冲击，所以要求叶片拥有耐热冲击能力。随着大推力、高效率、长寿命的涡轮发动机的发展，需要不断提高涡轮进口燃气温度，为适应这一要求，无论叶片结构还是叶片材料都应不断改进以提高其耐高温能力。
无余量熔模精密铸造目前为涡轮叶片制造的最佳手段。其工艺流程主要包括型芯模具的设计与制造、压制型芯、蜡模模具的设计与制造、装配注蜡、涂浆制壳、干燥型壳、脱蜡、烧结、浇注金属、脱壳脱芯、激光打孔等环节。
模具的设计定型：
1、精铸模具型腔体设计，首先建立叶片零件模型，包括叶身、缘板、榫头伸根的内型特征，以此构建叶身实体。此后进行叶片的多态模型转化，由叶片零件模型转化到型腔体模型。
2、型腔优化及精铸仿真，根据铸件的收缩原理采用反变形优化工艺方法对型腔进行放型最终得到模具型腔。
3、精铸模具结构设计与制造，确定核心包络块并设计叶片精铸模具模架，再由模具标准件经机械加工、表面处理、装配、检测、修模到定型。模具结构的合理性和尺寸精度对于熔模精铸件十分重要。设计制造高质量的内外型模具即精铸模具就成为精密熔模铸造技术的关键。
陶瓷型芯的制造：在叶片蜡型压制之前是需制作设计陶瓷型芯模具，并压制合格陶瓷型芯。陶瓷型芯的制备包括浆料的配制、型芯压制、型芯素肧的修理、烧结、强化及其过程质量控制与检验等。决定浆料性能的因素有陶瓷粉料的成分与颗粒形状、增塑剂的成分和性质、粉料和增塑剂的比例等。陶瓷型芯的质量很大程度上取决于素胚的压制质量，压制压力、锁模压力、浆料温度、保压时间等是影响陶瓷型芯压制质量的主要原因。
蜡模的制造工艺：合格的蜡型是制备精密铸件的前提，压制蜡型时，将陶芯放入蜡型模具中，并依靠定位元件对其定位。生产中大多采用压力把糊状模料压入压型的方法制造熔模。压制蜡基模料时，分型剂可为机油、松节油等；分型剂层越薄越好，使熔模能更好地复制压型的表面，提高熔模的表面光洁度。模料压制温度、压注压力、保压时间、压型温度、和模力、分型剂种类及其用量，以及制模和存放熔模的环境都会影响蜡模的质量。
熔模铸型的制造工艺：首先是熔模的组装，把形成铸件的熔模和形成浇冒口系统的熔模组合在一起，主要采用焊接法，用薄片状的烙铁，将熔模的连接部位熔化，使熔模焊在一起。后再经过若干次涂料、挂砂，干燥硬化，密封加固，脱蜡，焙烧最终制成型壳。型壳的性能与质量取决于面层与加固层材料的性能、相应涂挂工艺和过程控制。
合金浇铸工艺：高温合金熔模精密铸造广泛使用真空感应熔炼浇注。影响其工艺的主要因素有母合金棒锭的质量，熔炼浇注用陶瓷制件的质量，浇注工艺参数（浇注温度、浇注速度、型壳温度、冷却速度）。
影响涡轮叶片精铸尺寸精度的因素较多，例如模料的收缩、熔模的变形、型壳在加热和冷却过程中的线量变化、合金的收缩率以及在凝固过程中铸件的变形等。
采用模具型腔反变形补偿方法是提高涡轮叶片精铸尺寸精度的一个有效手段。铸造中，浇注后叶片的尺寸变形最大，高温液态合金注入模壳后，随温度的降低，会产生收缩变形，同时会产生弯曲变形和弯扭变形。为了有效地防止变形的产生，采用在传统的模具设计时考虑对收缩变形的补偿，通过数值模拟方法或者经验方法获得变形量，然后向与变形相反的方向预留一定的变形量，这样在变形后就会获得与设计模型一致的铸件。由于涡轮叶片外形复杂，仅采用一次位移场补偿的方法，很难达到精度要求。可以通过迭代法可以较为精确地逼近外形。
涡轮进口温度每提高100℃，航空发动机的推重比能够提高10％左右。据报道，自20世纪60年代中期至80年代中期，涡轮进口温度平均每年提高15℃，其中材料所做出的贡献在7℃左右。可见，材料的发展对提高涡轮进口温度起到了至关重要的作用。20世纪60年代以来，由于真空冶炼技术水平的提高和加工工艺的发展，铸造高温合金逐渐开始成为涡轮叶片的主选材料。定向凝固高温合金通过控制结晶生长速度使晶粒按主承力方向择优生长，改善了合金的强度和塑形，提高了合金的热疲劳性能。到20世纪80年代，随着单晶合金材料在涡轮叶片上成熟应用，更推动了涡轮叶片用材料的又一次革命。但是单晶叶片制造工序繁多，过程复杂，在表面处理、气膜孔加工、喷涂涂层等过程中非常容易产生外来应力，使其在后续长时间的高温使用过程中也有可能出现再结晶现象，为发动机涡轮叶片的安全可靠使用带来了潜在威胁。目前航空发达国家正在发展冷却效果达到0.75以上的层板、发散等先进涡轮叶片冷却方式，但随着冷却技术的不断改进，叶片内部的结构愈发复杂，对于涡轮叶片的材料设计和制造工艺设计提出了更高的挑战。
提高涡轮叶片的耐高温能力是我们的追求，目前解决这一问题的主要手段之一是在涡轮叶片表面采用热障涂层技术，热障涂层技术的基本设计思想是利用陶瓷材料优越的耐高温、耐腐蚀、耐磨损和绝热等性能使其以涂层形式和基体复合，以提高结构件抵抗高温腐蚀的能力。即研制既具有相当隔热效果又可经受长期高温氧化腐蚀的陶瓷热障涂层，通过将低导热性、耐高温的陶瓷材料以涂层的方式沉积到高温合金基体表面以达到隔热和降低工件表面工作温度的目的。热障涂层的应用可提高涡轮前燃气温度或减少冷却空气量，从而提高发动机性能或推力。国外热障涂层系统一般是两层结构，外层为隔热陶瓷层，利用其较低的热传导性和基体自带的冷却系统，可在陶瓷中产生较大的温度降。内层为粘结层，可以改善陶瓷层与金属基体的粘结性能，同时也具有抗氧化功能，保护叶片基体免受氧化侵害。我国在热障涂层研制方面起步较晚，目前我国的热障涂层技术也有了较大的进步，热障涂层已经应用于发动机燃烧室、喷口、涡轮叶片等处，涡轮叶片上热障涂层的制备方法，等离子喷涂热障涂层的工作原理是通过电离形成等离子气流，温度可达2 000℃，能在很短时间内迅速将涂层材料熔化或软化，然后以很高的速度(可达200 m/s)喷在预热的基体或已喷的涂层上，涂层与基体的结合方式主要是机械锁定。这种方法的优点是喷涂速度快，生产效率高，零件尺寸不受真空容器的体积限制，可以很大；缺点是不易用来喷涂形状复杂的零件，喷涂厚度不均匀，表面较粗糙，结合不牢，涂层寿命较低，因此不适于在对表面粗糙度和寿命都有很高要求的航空发动机涡轮叶片上应用。
从单晶合金的发展来看，使用温度已经超过了1200 ℃，与合金的初熔温度相比仅有不足200 ℃的差距，镍铝金属间化合物与铌-硅基合金是二种有希望成为新一代超高温材料的新型高温合金，它们的密度不足镍基高温合金的4/5，采用这两种合金制造的高压涡轮叶片估计能够使转子质量减轻30%左右。但它们也有两个致命的缺点，即抗氧化性能差和高温强度相对较低，目前的材料不能满足未来新一代战斗机发动机的设计使用要求，涡轮叶片用的材料的第三次革命还须等待，在未来一段时间内，先进单晶合金仍然是高性能航空燃气涡轮发动机涡轮叶片的主导材料。
关键词：涡轮增压叶轮,加工工艺,夹具,刀路
0 引言
学校与某公司的合作生产项目中, 需要加工一批涡轮增压叶轮, 如图1所示为涡轮增压叶轮零件图和立体图。该零件的材料为进口7075铝合金, 坯料为ϕ105 mm×40 mm圆铝, 生产总量为500件, 工时为2个月, 属小批量生产。
1 涡轮增压叶轮的工艺要求
涡轮增压叶轮转速高, 旋转运动时需要保持平衡, 为了保证叶轮的整体精度, 在加工时应尽量减少装夹次数。叶轮整体结构复杂, 叶片薄, 设置加工刀路时要避免干涉碰撞的现象, 叶片要保证一定的光洁度, 以降低叶轮高速旋转时产生的噪音。
2 涡轮增压叶轮的加工工艺方案
叶轮零件的尺寸精度不高, 只有ϕ35 mm的圆槽有尺寸公差要求, 且该尺寸公差只达IT9, 但叶轮要具有一定的形状要求, 叶轮共有9个叶片, 均匀分面在360°的圆周内, 叶片厚度只有1 mm, 表面精度要求达到Ra1.6, 该零件的加工其难点是叶片的加工。根据叶轮的工艺要求, 拟定加工工艺如表1。
3 涡轮增压叶轮加工中专用夹具的设计
(1) 专用夹具一的设计
专用夹具一是在工序四中使用, 用于在加工中心上加工3个ϕ3 mm工艺孔, 图2为专用夹具一定位件的零件图, 图3为该工序零件的装夹。设计时以ϕ35 mm圆柱面和ϕ100 mm圆柱的上表面为定位面, 限制工件的5个自由度 (x、y、z、x̑、y̑) [1], 再用2个压板螺栓夹紧工件, 限制工件z方向的转动自由度 (z̑) [1]。
专用夹具一定位件材料是45钢[2], 尺寸设计主要考虑ϕ35 mm圆柱的精度和高度。工件安装在定位件上, 叶轮反面Ø35 mm内槽与夹具中上的ϕ35 mm圆柱需要间隙配合, 已知内槽圆极限偏差为+0+0..080142, 尺寸公差等级为D9, 经查手册, 夹具上ϕ35 mm的圆柱尺寸公差等级应选为h9, 极限偏差为0-0.062。另外, 叶轮底面ϕ35 mm内圆槽深为25.78 mm, 为了防止铣刀的端面在铣3个ϕ3 mm的通孔时碰到圆柱的上表面, 圆柱高度要小于槽深, 尺寸为25.5 mm。
(2) 专用夹具二的设计
专用夹具二是在工序五中使用, 用于在五轴机床上加工叶片, 图4为专用夹具二定位件的零件图, 图5为该工序零件的装夹。设计时以ϕ35 mm圆柱轴线和ϕ100 mm圆柱的上表面为定位面, 限制工件的5个自由度 (x、y、z、x̑、y̑) [1], 以3个ϕ2.75 mm为定位销柱来限制工件的z̑转动自由度[1], 再在夹具上表面设计一个M10螺纹孔, 用螺钉拧紧后夹紧工件。
专用夹具二定位件材料是45钢[2], 尺寸设计主要考虑ϕ35 mm圆柱的精度和高度、定位销柱的位置以及夹具总的高度尺寸。ϕ35 mm圆柱的精度要求与专用夹具一定位件的直径尺寸相同, 高度可紧贴工件ϕ35 mm槽顶面, 尺寸为25.7 mm。定位销柱的位置主要考虑定位销柱均匀分布的定位圆和2个定位销柱与定位元件上对刀面的位置关系。定位销柱的分布定位圆取决于叶轮上3个ϕ3 mm工艺孔的定位圆, 2个定位销柱的垂直中心平面必须与一个对刀面平行, 以保证叶轮加工时ϕ3 mm的孔和叶片的位置关系。为防止加工中发生碰撞, 夹具的高度主要考虑五轴机床主轴头的最大半径和定位元件二下端压板螺栓的高度, 定位件二的高度要大于两者之和, 加工该叶轮采用的五轴机床是哈挺XR600 5AX, 主轴头的最大直径处尺寸为ϕ250 mm, 因此将专用夹具二定位件的高度尺寸设计为250 mm。
(3) 专用夹具三的设计
专用夹具三是在工序六中使用, 用于在加工中心上加工叶轮上的散热孔和沉头孔, 图6为专用夹具三定位件的零件图, 图7为该工序零件的装夹。专用夹具三限制工件的自由度与专用夹具二相同, 但该工序工件的夹紧是用2个压板螺栓。
专用夹具三定位件材料是45钢[2], 主要尺寸ϕ35 mm圆柱的精度和高度与专用夹具一相同, 定位销柱的设计尺寸与专用夹具二定位件相同。在该工序中, 定位销柱主要作用是保证加工叶轮上6个椭圆形的散热孔与工艺孔的位置关系。
4 涡轮增压器叶轮叶片加工刀路的编制
(1) 内槽叶片粗加工 (等高轮廓铣+平面铣削[3])
1) 粗加工、半精加工
设置工艺参数:选择直径为D6 mm的直柄立铣刀, 进给率设置为6 000 mm/min, 主轴转速为20 000 r/min。切削层深度为0.8 mm, 留侧面余量2 mm (半精加工为0.15 mm) , 底面余量0.1 mm。逆铣, 选择沿外形下刀, 斜角3°。切削走刀方式设定为深度优先。
2) 底面半精加工
设置工艺参数:切削用量、余量不变, 采用平面铣削方式, 加工区域为内槽底面, 切削走刀方式设定为跟随部件。形成刀路如图8所示。
(2) 内槽叶片侧壁精加工 (等高轮廓铣[3])
设置工艺参数:选择直径为D6 mm的直柄立铣刀, 进给率设置为1 000 mm/min, 主轴转速为15 000 r/min。切削层深度为5 mm, 侧面和底面余量均为0。逆铣。形成刀路如图9所示。
(3) 外圆叶片的粗加工 (等高轮廓铣[3])
使用偏移5.5的辅助曲面区分粗加工与半精加工。设置工艺参数:选择直径为D6 mm的直柄立铣刀, 进给率设置为6 000 mm/min, 主轴转速为18 000 r/min。留侧面余量0.5 mm, 底面余量0.1 mm。切削层深度为0.7 mm (半精加工为0.5 mm) 。形成刀路如图10所示。
(4) 内槽叶片清角精加工 (等高轮廓铣[3])
设置工艺参数:选择直径为D4mm R2mm的直柄球铣刀, 进给率设置为3 000 mm/min, 主轴转速为15 000 r/min。切削层深度为0.5 mm, 侧面与底面余量为0 mm。切削走刀方式设定为深度优先, 在切削方式中使用选择D8mm的立铣刀作为参考刀具计算刀路。形成刀路如图11所示。
(5) 外圆叶片的精加工
设置工艺参数:选择直径为D4mm R0.5mm的直柄球铣刀, 进给率设置为6 000 mm/min, 主轴转速为20 000 r/min。侧面与底面余量为0 mm。切削层深度为0.5 mm。形成刀路如图12所示。
(6) 内槽底面精加工 (平面铣削方式[3])
设置工艺参数:选择直径为D4mm R0.5mm的直柄牛鼻立铣刀, 进给率设置为1 500 mm/min, 主轴转速为16 000 r/min。留部件余量为0.1 mm, 部件半精加工底面余量为0.1 mm (精加工为0 mm) 。切削走刀方式设定为跟随部件。形成刀路如图13所示。
(7) 内槽底面清角 (等高轮廓铣[3])
设置工艺参数:选择直径为D4mm R0.5mm的直柄牛鼻立铣刀, 进给率设置为2 500 mm/min, 主轴转速为15 000 r/min。留部件与最终底面余量为0 mm。切削层深度为0.2 mm。直接加工底面。形成刀路如图14所示。
(8) 内槽叶片圆角精加工 (区域铣削方式[3])
设置工艺参数:选择直径为D4mm R2mm的直柄球铣刀, 进给率设置为3 500 mm/min, 主轴转速为20 000 r/min。部件余量为0。顺铣, 选择沿外形下刀, 斜角3°。切削走刀方式设定为跟随周边。形成刀路如图15所示。
(9) 外圆叶片的倒圆角 (区域铣削方式[3])
设置工艺参数:选择直径为D4mm R2mm的直柄球铣刀, 进给率设置为8 000 mm/min, 主轴转速为20 000 r/min。部件余量为0。顺铣, 选择沿外形下刀, 斜角3°。切削走刀方式设定为跟随周边。形成刀路如图16所示。
5 结束语
涡轮增压叶轮是一个包含数控车、加工中心、多轴机床加工的综合性数控生产案例, 本文结合该实例, 分析了叶轮的工艺要求, 提出了合理的工艺方案, 重点分析了叶轮加工中专用夹具的设计, 以及叶片加工刀路的编制。实际加工表明, 该方案的实施保证了叶轮的整体精度, 达到客户的要求, 也提高了生产效率[4,5]。
参考文献
[1]陈旭东.机床夹具设计[M].北京:清华大学出版社, 2010.
[2]吴拓.现代机床夹具设计[M].北京:化学工业出版社, 2011.
[3]吴惠文, 黄育佳, 姜星.UG NX数控加工案例精讲[M].北京:中国出版集团, 2011.
[4]王爱琴, 石登云, 祝雅芳.基于齿轮箱体零件特征相似的夹具设计[J].机电工程, 2013 (11) :1362-1365.
菲亚特500L
意大利车企计划在明年上市一款全新小型SUV车型——菲亚特500L。相比菲亚特500，500L拥有5平方英尺玻璃全景天窗，车长增加26英寸，车宽和车高均增加6英寸，车内空间更大，比三门版车型座舱空间增加40%以上。同时，500L后排座椅可拆分，或者根据需要前后滑动，进一步增大后备厢空间。这些设计使500L能够同时容纳5名成人，并剩余大量行李空间。新车车型颜色多达11种。500L内饰采用双色调，加配6.5英寸大屏幕液晶屏，增强了新车的娱乐性和智能感。在搭载一台1.4升涡轮增压发动机，并匹配一款六速双离合变速器后，菲亚特500L最大可输出160马力动能，峰值扭矩达250Nm。
2014款GT-R
日产发布了2014款的GT-R，而且不遗余力地不断提升它的性能表现，不论发动机还是底盘设定都屡次升级。发动机在4000-6000转的中高转速区间的动力相应得到改善，将百公里加速成绩从28秒缩短至27秒。
奔驰全新GLA
GLA是定位比GLK更低的紧凑型SUV，竞争对手将为这一类的豪华跨界SUV配备蓝牙，前排座椅电动调节。多媒体套件包括DVD播放器，10GB的硬盘空间，还有声控装置。中控将有一个5.8英寸的屏幕作为标配，并且可选装一个更大的7英寸屏幕。沿用来自A级的1.6T和2.0T发动机，搭配6速手动或7速双离合变速箱，至于四驱系统则多为高配版专有。性能更高的GLA45 AMG才是让人热血沸腾的车型，该车很有可能会搭载2.0T涡轮增压直列四缸发动机，最大功率可这265kW（360PS），峰值扭矩达到了450Nm。
2.0T哈弗H8
长城哈弗H8搭载20T发动机的长城全尺寸SUV要在2014年初才能上市销售。H8采用了承载式车身，其车身长/宽/高分别为4800/1938/1785mm，轴距达到2915mm，标准的全尺寸SUV体型。悬挂方面采用前双叉臂，后多连杆结构，偏重于公路用途。在配置上，包括自动空调、多功能方向盘、电动记忆座椅、换挡拨片、无钥匙启动、ESP电子稳定系统、坡道辅助等实用配置。动力部分，先期推出的哈弗H8将搭载2.0T+6AT的动力组合，最大输出功率为218马力（160kW），峰值扭矩达到324Nm。
某小型涡轮喷气发动机改进设计
某型中程、中高空无人飞行器研制对动力装置提出了更高的性能要求.对某型涡轮喷气发动机进行了改进、改型设计.在结构和性能等方面采用了多项技术改进措施,提高了发动机的1次连续运行时间,延长了累计使用寿命,并使发动机的增压比、绝热效率和空气流量都得到了不同程度的.提高;对第1级压气机转子重新进行了全三维气动设计,改善了压气机部件性能,增大了发动机在最大转速下的推力,降低了发动机的单位耗油率.
作 者：戴四敏 于军 孙杨 DAI Si-min YU Jun SUN Yang 作者单位：中国航天科工集团三院三十一所,北京,100074刊 名：航空发动机英文刊名：AEROENGINE年，卷(期)：34(4)分类号：V2关键词：涡轮喷气发动机 结构 性能 改进设计
增压就是提高气缸进气压力的方法，使进入气缸的空气密度增加，进而可以提高喷入气缸的燃油量，以提高柴油机的平均指示压力和平均有效压力。
采用废气涡轮增压，由于利用了废弃能量，柴油机的经济性同时也得到提高。
柴油机的功率随增压压力的增大而成比例增加，所以增压是提高柴油机功率的最有效途径。
现代柴油机由于充分利用了废气能量，采用废气涡轮增压，涡轮工作温度高达500℃～600℃，转子转速高达几万转，气流流速快达每秒数百米，增压器良好的动平衡和静平衡显得十分重要。
一、柴油机废气涡轮增压器构造
柴油机排出的废气有一定的温度和压力，废气中所含热量约点燃油燃烧放出热量的30%～40%。废气涡轮增压器由废气涡轮和压气机两部分组成。废气涡轮增压就是利用柴油机排出的废气
吹动涡轮机，由涡轮机带动压气机工作。因这种增压形式可以从废气中回收部分能量。
它不但提高了柴油机效率而且还提高了动
力装置的经济性，从而获得广泛应用。船用大、中用型柴油机均采用轴流式增压器。轴流式增压器废气涡轮由涡轮进气箱、喷嘴环、工作叶轮、隔热墙、排气箱等组成。进、排气箱内腔用水冷却。压气机由进气消音器、进气箱、压气箱、压气机叶轮、扩压器、排气箱等组成。轴承被压气机叶轮和涡轮机叶轮装在同一根轴的两端形成增压器的转子。涡轮止推轴承承受转子的径向运动和轴向运动。
气封和油封阻止了燃气、空气和滑油泄漏。
二、增压器轴承的维护管理
增压器转速很高，轴承的工作好坏直接影响增压器的可靠性。
1.滚动轴承的维护管理
由于滚动轴承采用自供油方式因此维护管理较简单，关键是应注意要保持润滑油和滚动轴承的干净清洁。更换轴承零件不得弄脏，必须将所有备件和附属零件保护好。新轴承在新装配前也必须要把轴承和轴承腔清洁干净，防止细小杂物进入减少轴承使
用寿命。润滑油按制造厂家认可的规定品牌,以及规定时间进行更换。高增压高转速的增压器有部分要使用特殊的合成低摩擦润滑油，以利于降低热负荷。要利用柴油机停车期间及时检查润滑油油质、油位，以及运转时从观察孔观察轴承组运转时的供油情况。要定期查看齿轮泵的磨损、泄漏的情况。同时滚动轴承总成必须按规定时间进行更换。
2.滑动轴承的维护管理
滑动轴承由于采用外部供油方式，同时增压器转速很高，必须保证润滑油供给。在高转速下，瞬时断油也会导致滑动轴承损伤、烧损。因此,必须利用巡查时期检查润滑油柜液位高度、油品、油质
状况。在运转时应通过观察口观看润滑油流动状态，察看轴承滑油进口压力和进出口温度及温差在正常范围内，防止断滑油烧坏轴承，损伤增压器。正常润滑情况下，该轴承使用寿命很长，一般1～2万小时检查一次，当轴承磨损程度达到规定极限时才需要更换。
三、增压系统主要附件的清洗
增压系统脏污后会使空气流动阻力增大，增压空气流量减小，增压系统综合效率明显降低下，因此,对整个增压系统主要部件清洗必须充分重视。
1.涡轮增压器的定期清洗、拆洗
(1)压气侧的水洗压气侧一般运行1～3天水洗一次。
水洗用淡水，不要添加带溶解作用溶剂和冷却水处理剂。
水洗是靠水滴的撞击进行清洗。
应尽可能在柴油机高负荷时进行，以增加水滴的撞击作用。
同时应严格控制喷入水量，过量清水进入压气机和柴油机会造成机损事故。
如再次清洗需间隔10min后才能进行。
喷水清洗后柴油机至少带负荷运行10min，以便水分干燥。
(2)
涡轮侧的水洗
柴油机每运行5～7天清洗一次以均匀除去积炭。
水洗应在部分负荷(排气温度在300℃以下)进行，以避免水滴蒸发过快，减小水滴的撞击效果。
清洗时间约10min左右，从涡轮侧的放水管流出的水才能变清。
水洗之后应让柴油机继续在该负荷下运转5～10
min，让柴油机有干燥时间。
3.干洗法
有部分废气涡轮增压器的涡轮侧用喷入果壳颗粒的干洗法。如坚硬的细粒核桃壳或者其他类似物体进行干洗，颗粒尺寸约为
1.5
mm,用冲击的方法清除积碳等污物。其优点是清洗工作时可在柴油机全负荷或高于50%负荷进行。不必降低船速。经验及数据表明，经水洗后增压器基本上能恢复到原来性能。经过长时间运行的增压器如水洗不能达到理想效果，则就必须拆洗压气机和涡轮机，使其达到额定工况。
【关键词】 发动机 废气涡轮 增压器
廢气涡轮增压器的工作原理是:利用发动机排出的废气作动力,推动增压器的涡轮,并带动同轴上的压气叶轮高速旋转,将压缩空气充入气缸,使进气压力提高,起到增压的作用。在增加进气量的同时也增加供油量,形成更多的可燃混合气,使发动机的功率增加20%～30%。
由于发动机增压器的转速较高(约8～12万转/分),所以使用时要注意以下几点:
1.要求充分的润滑和散热,必须使用CD级以上机油(CD级机油属于增压机油)。
2.长期停放(5天以上)后起动前,要保证增压器内充满机油。可将增压器的进油管松开,直接向增压器内注油,也可将熄火手柄拉至熄火位置,采用电磁开关的油泵将断油开关导线松开,用马达带动发动机2～3次,直到增压器内充机满油为止。
3.起动后不要马上加负荷,必须预热一定时间,使油温和油压达到工作值。使此时的机油粘度,流量利于润滑。
4.无特殊情况,不要马上停车,因为增压器由高速降至零,需要一段时间。如果突然停车,增压器内无机油供给,不利于润滑和散热,所以要求必须空转5分钟后停车。
5.使用增压器,严禁长时间怠速运转。因为怠速运转时油压低,不利于增压器的润滑,一般怠速运转不超过5分钟。
6.带尘土喷射器的空滤器在使用期间,一定要保证粗滤器清洁。如清理不及时,粗滤器堵塞严重,增压器在细滤器内形成的真空度将大于尘土喷射器,会引起废气反吸入细滤器内,将细滤芯点燃,着火后的高温气体进入增压器内,会将增压器烧坏。
1.检修过程中注意的事项
(1) 在拆装增压器之前, 必须掌握所拆增压器的构造和该增压器说明书所指出的注意事项。增压器零件多为小而精密的零件, 因此, 应尽量使用专用工具, 不得乱敲乱打。
(2) 凡经整体平衡过的零件, 拆散时应作记号, 装配时按记号对准, 以防破坏其平衡性。拆散的零件应妥善存放, 以免丢失。
(3) 安装增压器时, 增压器垫片凸缘侧必须朝向增压器。在排气管安装螺栓上应涂一层石墨抗咬剂后再行安装。增压器的各部位间隙应符合规定。
(4) 检查增压器机油回油口位置。当增压器安装到柴油机上以后, 回油口应该朝下或朝向下方位置30°的范围内。将聚四氟乙烯密封带绕在进油接头和回油接头上, 并将这些接头安装到轴承壳上。这些接头的拧紧扭矩应符合规格表中所要求的数值。
(5) 增压器使用前应予以润滑。通过机油注油口加入60 mL干净的柴油机机油。
2.涡轮增压器的分解
涡轮增压器的型号有很多, 但结构相似, 这里仅以T-35型涡轮增压器为例作一介绍。
(1) 在拆卸增压器之前, 要在空气压缩机壳、涡轮壳和轴承壳上作记号, 这样有助于在装配时进行对准。
(2) 卸下机油回油接头和供油接头。
(3) 卸下将V形箍带固定到增压器上的锁紧螺母、平垫圈和螺栓。卸下V形箍带上的锁紧螺母、平垫圈和螺栓。
(4) 从轴承壳上卸下空气压缩机壳, O形密封圈。
(5) 将一个专用套管放在空气压缩机叶轮上并顶住涡轮壳。
(6) 将整个总成安放在压力机上, 从涡轮壳一边压下转子总成和轴承壳。在套筒底部放些修理抹布或碎布片, 这样当转子总成和轴承壳从涡轮壳上落下时可起到缓冲作用。
(7) 从转子轴的空气压缩机一端卸下叶轮螺母, 卸下空气压缩机叶轮。如果叶轮卸不下来, 将转子总成插入专用套筒中, 使涡轮叶轮朝下, 从转子总成上压下涡轮。在套筒的底部放些修理抹布或碎布片, 这样当涡轮叶轮和轴落下时可起到缓冲作用。
(8) 将油封反冲销插入轴承壳的涡轮一端, 用塑料锤敲击冲销以卸下油封板。
(9) 从轴承壳上卸下止推垫圈和增压器轴承。止推垫圈如已损坏, 应予报废不再使用。从油封板上卸下油封套, 废弃其中的密封环换用新的密封环。从油封板上卸下O形环并做废弃处理。从转子轴的槽中卸下密封环换用新件。
3.涡轮增压器的检查诊断
检查压缩机壳体与压缩机叶轮是否损坏;检查压缩机叶轮螺母有无裂纹、损伤和螺纹损坏;检查压缩机叶轮因压缩机罩磨损造成的叶片损坏, 因为灰尘和沙粒进入压缩机产生的叶片损坏。检查从柴油机中带入杂质和涡轮机本身的杂质造成对蜗轮叶轮、叶片的损伤。若叶片损伤必须更换, 不得试图校正叶片。检修叶片的磨损和叶片厚度, 叶片顶部不允许过尖和过不平。
4.涡轮增压器的安装
往柴油机上安装涡轮增压器或安装以后, 应注意以下几点。特别要注意的是, 操作的时候应该防止其他一些异物进入涡轮增压器内。
(1) 清洗从柴油机到进油口的油管和回油管, 并检查油管内有无其他异物。紧好所有油管接头, 以免漏油。
(2) 检查进气系统, 是否进入异物。使用耐热钢制造的螺栓和螺母。当配这些螺栓和螺母时不要与普通钢制造的螺栓和螺母对换, 而且还要涂以防粘剂。紧固所有的排气管接头, 以免漏气。
着眼于建立一套性能分析工具,可用于高超声速飞行器串联式涡轮/冲压组合动力装置总体方案的性能评估及设计约束条件分析.为了满足飞行器从起飞到飞行马赫数5宽广飞行包线内对动力装置性能的苛刻要求,所研究的组合发动机通过调整五个可调机构再加涡扇冲压燃油调节来实现变循环概念.该工具采用一维气动热力分析技术,使用了经试验验证的各部件特性,同时考虑了气体的变比热性质.通过采用面向对象的程序设计方法,该工具提供了一个性能仿真平台,可供涡扇工作模式,冲压工作模式,涡扇/冲压模式转换过程的热力循环分析,非设计点性能分析,控制规律研究等.借助于该工具,涡扇模式及冲压模式的`热力循环分析结果表明,回流裕度是涡扇模式循环参数选择中需要重点考虑的因素;高的冲压燃烧室出口温度有利于提高冲压发动机的循环性能.
作 者：陈敏 朱之丽 朱大明 张津 唐海龙 CHEN Min ZHU Zhi-li ZHU Da-ming ZHANG Jin TANG Hai-long 作者单位：北京航空航天大学,能源与动力工程学院,北京,100083刊 名：宇航学报 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF ASTRONAUTICS年，卷(期)：200627(5)分类号：V231关键词：高超声速 组合动力 性能仿真 涡扇发动机 冲压发动机 变循环 Combined cycle engine Hypersonic Turbofan Ramjet
★ 性能分析报告
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★ MySQL数据类型解析
★ 自带中文输入法win8使用方法
★ 常见的MySQL解决方案
★ 自带葡萄酒的西餐礼仪
★ 徐工RP451L型全液压小型摊铺机性能分析
★ 性能测试指标
★ 性能的近义词
针对精铸涡轮叶片模具设计中存在的精度控制问题,采用反变形原理,结合有限元分析方法研究了精铸位移场补偿算法,并在提出对型腔进行线收缩补偿的.同时,也应进行弯扭变形的补偿.最后,通过数值模拟验证了该算法具有收敛精度高、迭代次数少、简单实用的特点.
作 者：王继锋 卜昆 张丹 Wang Jifeng Bu Kun Zhang Dan 作者单位：西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室刊 名：航空制造技术 ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY年，卷(期)：“”(10)分类号：V2关键词：涡轮叶片 模具型腔 位移场 反变形 数值模拟
安装在轨道车用柴油机上的某型号涡轮增压器在运行了将近4000小时后,由于严重的漏油导致着火,随之增压器发生故障。事后通过检查,发现壳体表面有滑油燃烧痕迹,此外大部分零件均有不同程度破损,尤其是压气叶轮和转子轴损坏情况最为严重。为了查明该故障的原因,我们进行了如下分析:
1 理化检验
1.1 宏观观察
增压器壳体表面有滑油燃烧痕迹,其整体外观见图1。
拆解涡轮增压器,依次检查各零件损坏情况,结果如下:
压气叶轮严重磨损,其中一片叶片已经断裂(见图2)。断裂的压气叶轮叶片处,红圈处的断面光亮而且光滑,表明是疲劳断裂,绿圈处的断面发黑而且粗糙,表明是应力断裂(见图3)。另外叶轮罩壳表面覆盖着一层铝片,表明曾与与叶轮发生碰擦(见图4)。此外压气叶轮背面由于和轴承壳以及扩压器碰擦,导致从9点钟方向至3点钟方向严重损毁,而发生断裂的叶片在6点钟方向(见图5)。通过局部放大图,可以看出扩压器和轴承壳上有和压气叶轮碰擦的痕迹,扩压器叶片严重损坏(见图6、图7、图8)。
转子轴已经弯曲断裂(见图13),断裂后的转子轴一部分留在叶轮上(见图9),从其断面可看出断裂是由扭力所致(见图10)。由于和滑动轴承碰擦,涡端轴承位轻微变色,而压断轴承位变色较为严重(见图10、图11)。推力环表面磨损严重(见图14),推力轴承严重磨损并变形,轴承衬套的径向面上有推力轴承的铜屑(见图15、图16),此外两端滑动轴承均有磨损(见图17、图18)。
涡轮叶片出气侧状况正常(见图19),但叶片边缘及涡轮壳内表面均有碰擦痕迹(见图20、图21),轴承壳涡端法兰部分断裂(见图22)。除此以外,涡轮盘背面有与隔热墙碰擦的痕迹(图23、图24)。
1.2 光学显微镜、扫描电镜检验
为了确认压气叶轮损坏形式,该叶轮被送到实验室做详细分析。压气叶轮叶片断裂处经过清洗后,通过光学显微镜及扫描电镜进行观察。
图25为SEM取样位置,图26为样品宏观照片。可见区域A比较平坦和光亮,区域B和C有较大的塑性变形。图27和图29为区域A显微特征,可见疲劳条纹隐约可辨,且可以观察到阶梯状滑移变形和明显的解理特征。图30和图31为区域B显微特征,可见剪切韧窝和小平面。区域C为最后断裂区,其特征为韧窝和小平面,且几乎每个韧窝根部都存在二次相或夹杂物,见图32和图34。
2 检验结果分析
2.1 从增压器内部零件的磨损情况可知,高速运转的叶轮及涡轮等零件一度失去平衡,进而导致了各零件之间的摩擦和碰撞。根据零件损坏的严重度,可以判定导致失衡的因素就是压气叶轮叶片的断裂。
2.2 对断裂的叶片进行显微观察和电镜扫描后,可以看出在断裂面上区域A的断面比较平坦和光亮,疲劳条纹隐约可辨,且可以观察到阶梯状滑移变形和明显的解理特征,符合高周疲劳的特征。区域B和C有较大的塑性变形,可见剪切韧窝和小平面,符合应力断裂的特征。由以上结果可以推定压气叶轮叶片断口属于高周疲劳断口。
2.3 压气叶轮叶片的疲劳断裂表明叶片受到了非常高的负载,根据增压器制造商提供的各项实验参数,所有叶片的负载在正常运行状态下是远低于材料疲劳极限的,因此可以认为断裂的叶片是在运转中受到了额外的振动。引起额外振动的可能性多种多样,原因可能是喘振或者发动机负荷高频变换,也可能是增压器空气进气通道的设计,此外,叶片由于外来异物打击导致的预损伤同样可能引起疲劳断裂。
2.4 考虑到多台同型号增压器中只有一台出现此类故障,可以排除空气进气通道设计方面的问题。另外,通过排查柴油机进排气系统,并未发现可能导致叶片预损伤的异物。而且增压器工作区域是避开喘振线的,正常运转的情况下不会出现喘振,因此可以判定引起额外振动的原因是柴油机负荷的高频变换。
3 结论
增压器出现故障的原因是由于柴油机负荷的高频变换产生的额外振动,额外的振动先是导致压气叶轮叶片断裂,进而引起严重的转子不平衡,并最终导致转子轴的断裂和其它的连锁反应。
摘要：某型号涡轮增压器运行时发生故障,检查后发现压气叶轮叶片与转子轴发生断裂。本文通过光学显微镜和扫描电镜检验的方式,对叶片的断裂形貌和断裂机制等进行分析。分析结果表明,该涡轮增压器出现故障主要是由于压气叶轮叶片受到额外振动后断裂导致。
关键词：涡轮增压器,压气机叶轮,高周疲劳,应力断裂,额外振动
参考文献
[1]朱大鑫,《涡轮增压与涡轮增压器》,机械工业出版社,1979
[2]吴连生,《失效分析技术》,四川科学技术出版社,1985
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