从化吊车出租,   吊车出租， 南沙吊车出租     非对称双流道涡轮机的能量匹配优化策略??        1 流道与涡轮流通面积比的调整:    非对称双流道涡轮机的最佳效率对应的膨胀比对于能量匹配点而言显然过低。因此，对涡轮机最佳效率对应的膨胀比进行调整，使得能量匹配点的膨胀比同涡轮最佳效率对应的膨胀比一致很有必要。 对涡轮效率的趋势分布有过详细的阐述。对同一涡轮，流道关键截面积从小增大的过程，峰值效率对应的膨胀比会持续降低，这可用涡轮进出口速度三角形的变化来解释。 对于给定的涡轮几何形状和运行条件，叶片速度和叶片角都是固定的，因此，轴向绝对气流速度成为速度三角形形状和涡轮出口处能量损失的决定因素。根据连续方程可知，给定总体涡轮膨胀比和进口气体温度，可以估算出涡轮出口的气体密度。假设涡轮质量流量也固定为设计目标，则涡轮喉部面积将成为改变轴向气流速度和涡轮出口速度三角形形状的关键因素。换句话说，为了获得理想的涡轮性能及较小的涡轮出口损失，涡轮喉部面积的大小需要与流量及膨胀比相匹配，否则涡轮出口气流速度三角形要么是锐角，要么是钝角。 涡轮喉部面积和流量参数的匹配程度，是影响涡轮同不同关键截面积匹配所产生的涡轮效率变化趋势的主因。因此，改变流道关键截面积和涡轮出口喉部面积的比值，可有效改变涡轮峰值效率的膨胀比。

         1. 将双流道关键截面积和涡轮出口喉部截面积比称为流道与涡轮流通面积比，用ζ表示。为了研究涡轮和涡壳的匹配度，定义涡轮填充系数进行进一步的研究，其定义如公式： τ=𝐹𝑃𝑎𝑐𝑡𝑀𝐹𝑃𝑑𝑒. 其中𝑀𝐹𝑃𝑑𝑒为τ=1时，即涡轮出口气流速度方向为轴向情况下的最理想的涡轮流量参数值。𝑀𝐹𝑃𝑐𝑡为涡轮实际的流量参数。因此，当τ>1时，涡轮出口气流速度三角形为钝角，当τ<1时，涡轮出口气流速度三角形为锐角。当涡轮几何形状已经固定，一个涡壳流道则只可能有一个对应的流量参数在特定膨胀比下可以达到最佳的τ=1的情况（涡轮峰值效率）。当实际涡轮流量参数大于或者低于这个理想的流量参数，都会在涡轮出口产生涡旋。从而导致涡轮出口损失增加和涡轮效率下降。因此，涡轮基于能量权重点的匹配就是要让能量匹配点条件下的涡轮机运行于τ=1的状态。 为了获得涡轮和涡壳的匹配规律，我们将原机涡轮和一个比原机涡轮更大trim的涡轮，分别同非对称度为0.42的四种不同流道关键截面积的涡壳进行测试。测试条件为SPR=1.3。新涡轮是在原机涡轮基础上增加trim值。四种涡壳的总流道关键截面积分别为10.8、12.1、13.5和14.7cm2。  新老涡轮匹配不同大小涡壳时，τ=1（峰值效率点）时对应的膨胀比和ζ的关系。τ=1时对应的膨胀比同ζ接近线性关系。因此，采用该线性关系，我们可以根据能量匹配点的膨胀比来预测在τ=1运行状态下的流道与涡轮流通面积比ζ。 根据能量匹配点对应的膨胀比为2.67可知，最佳的流道与涡轮流通面积比ζ应为0.86左右，而新涡轮匹配12.1 cm2所得的结果同它最为接近，因此，下面将新涡轮匹配12.1 cm2关键截面涡壳的涡轮机（称为新涡轮机）同原涡轮机进行进一步的对比。两种涡轮机的流通能力特性(SPR=1.3)及匹配点对比。从流通能力流量参数曲线对比看，两种涡轮机的最大偏差在4%以内。新设计的涡轮机在流量参数范围方面要宽， 较原涡轮机宽17%左右，这主要是新涡轮机采用较大的涡轮喉口面积所致。从效率曲线对比看，新涡轮机的最高效率所对应的膨胀比有所提高，从原涡轮机ER=2.3的位置移动到了ER=2.7左右。最高效率也有所提高，从原涡轮机的79.7%提高到了80.4%左右。同原机相比，新机能量匹配点对应的涡轮效率也进一步提升了2.5%左右。

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          2 涡轮运行转速的调整:  压气机的运行受限于发动机的充气特性及空气量的要求。恒定发动机运行工况的空气流量及增压压比是相对恒定的，所以压气机的转速也相对恒定。对于固定SPR的径流涡轮机运行特性，只有在U/C为0.7左右才能运行于最高效率区域。因此对于特定发动机工况对应的特定压气机转速，涡轮机不一定运行于U/C=0.7的条件（最高效率区域）。为了实现涡轮机运行效率的最优化，压气机和涡轮机的匹配性也非常重要。因此涡轮运行转速的调整也是改善涡轮运行效率的有效手段。 平均匹配点和能量匹配点在原机性能map上的位置分布。原机性能map是多条等膨胀比曲线对应的涡轮速度参数、涡轮流量参数及涡轮效率的关系图。图中虚线为等涡轮效率线，通过右侧的颜色渐变色条也可确认涡轮效率的高低。黑色三角形和黑色五角星标识位置为平均匹配点和能量匹配点所要求的膨胀比条件下可以运行到的最佳效率位置。我们称它们为峰值效率平均匹配点和峰值效率能量匹配点。但对于12.5L发动机1100 r/min外特性工况，涡轮增压器的转速约为89000 r/min，对应的涡轮转速参数约为50 r/min/sqrt(K)。所以实际转速参数对应的平均匹配点和能量匹配点的运行位置分别为红色三角形和蓝色五角星所标识的位置。无论是平均匹配点还是能量匹配点，其峰值效率位置和实际运行位置都存在一定偏差。实际涡轮转速参数所对应的平均匹配点和能量匹配点涡轮效率比对应的峰值效率分别低约1%和低约2~3%。因此调整涡轮运行转速参数可以进一步改善涡轮运行效率。 

           同时还发现，原机涡轮性能map的最高效率出现在2.2膨胀比区域，比较接近于平均匹配点的膨胀比，因此，该涡轮机对于平均匹配点的匹配方法而言比较合适。但是由于能量匹配点同平均匹配点不重合，它具有更高的膨胀比。所以从能量匹配点的角度而言，该涡轮机并不是很合理。 另外，同能量匹配点相比，峰值效率能量匹配点对应的涡轮转速参数也要更高，约为55 rps/sqrt(K)，涡轮转速参数高10%左右。因此，在涡前压力和排温保持不变的基础上，涡轮运行转速需要提高10%左右。 新涡轮机的性能map图及匹配点分布情况。匹配点的分布情况基本同原机相当。能量匹配点和峰值效率能量匹配点的膨胀比接近，这说明新涡轮机的ζ值较为合理。峰值效率能量匹配点的涡轮转速参数约为56.5。若能量匹配点同峰值效率能量匹配点的涡轮机运行状态接近，则涡轮转速需要提高到100000 r/min左右。

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