CFX涡轮增压器设计学习笔记 BM BladeGen BladeModer解析
涡轮增压技术入门概论
排放过程
01
排放过程
燃烧产生的废气通过排气系统排出，其中还包含了未完全燃烧的颗粒物
和有害气体。这些废气需要经过催化转化器等净化装置进行处理，以减
少对环境的污染。
02
催化转化器
催化转化器利用催化剂的作用，将废气中的有害物质转化为无害物质，
如二氧化碳和水蒸气等。它能够有效地降低废气中的有害成分，如一氧
涡轮增压技术入门概论
• 涡轮增压技术简介 • 涡轮增压技术的工作流程 • 涡轮增压技术的优势与挑战 • 涡轮增压技术的实际应用案例 • 总结与展望
01
涡轮增压技术简介
定义与工作原理
定义
涡轮增压技术是一种通过涡轮增压器来增加发动机进气压力，从而提高发动机功率和扭矩的汽车技术 。
工作原理
涡轮增压器由涡轮和压缩机两部分组成，当发动机排出的废气通过排气歧管进入涡轮时，推动涡轮旋 转，从而带动同轴的压缩机旋转。压缩机将空气压缩后送入发动机气缸，使气缸内的空气压力和密度 增大，从而使发动机燃烧更充分、动力更强劲。
THANKS
感谢观看
动力提升
动力响应
经过压缩的空气进入发动机燃烧室后， 与燃料混合并充分燃烧，产生更大的 能量和动力，推动活塞下行，进而驱 动汽车前进。
由于涡轮增压技术能够迅速提高进气 压力和温度，发动机在低转速下即可 获得较大的扭矩输出，使车辆加速更 加迅速和流畅。
燃油效率
涡轮增压技术能够提高发动机的进气 压力和温度，使燃料更加充分地燃烧， 从而提高燃油效率。这有助于降低油 耗和减少废气排放。
02
03
04
汽车工业
广泛应用于各类汽车发动机中 ，提高汽车的动力性和燃油经
济性。
船舶工业
涡轮增压器基础知识概论
4.轴
加工时一定要保证其与涡轮的垂直度精准，直线度要求也很高。 轴的材料：20CrMo 或者40Cr
3.3叶轮
叶片是涡轮的动力来源。但压气机叶轮及涡轮叶轮各有不同的功用，因此叶 片外形当然也不一样。压气机叶轮基本上是把如何将空气有效率地推挤入压 缩信道视为首要任务，然后再加以决定其形状。
一般原厂涡轮的压气机叶轮(Compressor Wheel) 都使用全叶片的设计，
几大专业生产厂: Honeywell---Garrett
系列: T系列,GT系列 零件号特点: XXXXX-XXXX “X” 全部为数字
如: TO4B91系列的 409410-0002 (4N6859) 注:465044-5051 与 465044-0051 是互换的
HOLSET (CUMMINS)
涡轮增压器基础知识概论
一、各大生产厂商及零件号说明
1.主机厂及涡轮增压器专业生产厂
1.1 主机厂:研发和生产整套机械设备总成的厂家,如 CUMMINS,CATERPILLAR,COMATSU,等. 系列及零件号特点
1.2 专业生产厂:专门生产研发和生产增压器的厂家,如 HOLSET,GARRETT,IHI,KKK,SCHWITZER,等.
如: RHC7系列的 NH170048 NH170048 （EX200-1 1-144002100）
2.零件号的对比说明 通常每台增压器有2个互换号，即主机厂号和专业生产厂号 （CUMMINS除 外） 相互换。 通过查Turbocharger catalog .xls下列上 可以清楚 说明:OEM是 Original equipment manufacturer 的缩写。 由于CUMMINS的产品在各国生产所命名的零件号有所差异，导致它同一 台机器可能会有2个甚至更多的互换号。
ansys中的bladegen涡轮叶片设计
首先在Workbench中选择Bladegen模块勾选创建轮毂和创建所有叶片选项选择径向叶轮标签，并输入Z值和R值（横轴为Z向，纵向为R）。
选择厚度/角度模式输入叶片包角140度，厚度值及叶片个数为7进入设计总窗口The most critical operation in the meridional view is to define the shapeof the hub and shroud curve. The endpoints for these curves werespecified when Initial Design Parameters were entered in the InitialMeridional configuration dialog.The hub and shroud profile for this case are well defined automatically.In this case, there is no need for any additional modificati**.意思是轮毂和轮缘（套罩）形状的定义在子午面上很关键，我们在前面初始化子午面结构参数已定义了这些曲线的终点。
它们的其它轮廓由系统自动生成，不需要修改。
用户可以通过改变坐标值及曲线特性进行修改。
双击各点修改坐标值来定义进口和出口截面1. Double click the shroud inlet point at the top left of the meridional view.2. The Point Location Dialog will open. The Horizontal value is the Axial location (Z co-ordinate) and the Vertical value represents the Radius.3. Enter -10 and 110 for the horizontal and vertical values. Click OK.4. Double click the hub inlet point (bottom left corner) and enter -10 and 25 for the horizontal and vertical values. Click OK.5. Double click the hub outlet point (top right corner) and enter 91 and 250 for the horizontal and vertical values. Click OK.6. Double click the shroud outlet point (top left corner) and enter 63 and 250 for the horizontal and vertical values. Click OK.查看叶片角度视图，默认激活层为hub layer，如图红点所示注意到纵坐标变化范围为140，即先前设置叶片包角值在角度视图右键选择调整叶片角度前缘尾缘Theta曲线自动转成带有六个控制点的Bezier segment同理进入shroud layer，修改角度定义叶片厚度轮廓，切换到hub layer定义三个点，并输入各厚度zoom to fit 调整视图显示通过五个点来调整抛物厚度曲线，再八个点来调整激活shroud layer，会发现厚度和hub layer是一样的选择叶片属性定义椭圆角生成模型，大功告成！！。
涡轮增压器机械设计
涡轮增压器机械设计涡轮增压器是一种通过利用废气能量来增加内燃机进气压力的装置，从而提高发动机的功率和扭矩输出。
它是一种基于涡轮机械原理的设备，广泛应用于汽车、船舶、飞机等领域。
涡轮增压器的机械设计是确保其正常运行和高效工作的关键。
在机械设计过程中，需要考虑到涡轮增压器的结构、材料选择、叶轮设计等因素。
在涡轮增压器的结构设计中，需要考虑到它的组成部分，包括压气机、涡轮、轴承、壳体等。
这些组成部分需要合理布局，以确保涡轮增压器的紧凑性和稳定性。
另外，壳体的设计还需要考虑到散热和降噪的要求，以保证涡轮增压器的工作温度和噪声水平符合标准。
涡轮增压器的材料选择也是非常重要的。
由于涡轮增压器在工作时需要承受高温和高速的环境，因此材料的选择要考虑到其高温强度、耐磨性和耐腐蚀性。
常见的材料包括高温合金、不锈钢等。
涡轮增压器的叶轮设计对于其性能和效率也起着重要的影响。
叶轮的设计需要考虑到流体动力学的要求，包括叶片的形状、角度和数量等。
合理的叶轮设计可以提高涡轮增压器的压气效率，减小能量损失，提高其输出功率和扭矩。
在涡轮增压器的机械设计过程中，还需要考虑到涡轮增压器的可靠性和耐久性。
涡轮增压器在工作时会承受高速旋转和高温环境的影响，因此需要对其进行结构强度和疲劳寿命的分析和验证。
同时，还需要考虑到涡轮增压器的润滑和冷却系统，以确保其正常工作和长寿命。
在涡轮增压器的机械设计中，还需要考虑到涡轮增压器的安装和维护。
涡轮增压器通常需要与发动机紧密结合，因此需要考虑到其安装的便捷性和稳定性。
另外，涡轮增压器的维护也需要考虑到其易损件的更换和检修的方便性，以保证涡轮增压器的可靠性和性能。
涡轮增压器的机械设计是确保其正常运行和高效工作的关键。
在设计过程中，需要考虑到涡轮增压器的结构、材料选择、叶轮设计等因素，并确保其可靠性、耐久性和维护性。
涡轮增压器的机械设计的优化可以提高其压气效率和输出功率，为发动机提供更强大的动力。
改装涡轮的知识点总结
改装涡轮的知识点总结改装涡轮的知识点总结一、涡轮增压原理及作用涡轮增压是一种利用废气动力驱动涡轮转子，通过转子与发动机进气道相连，使进气道中气流增加压力以提高发动机的进气密度和功率输出的技术。
改装涡轮增压可以有效提高发动机的输出性能，尤其对小排量发动机来说，可以在保持燃油经济性的同时提供更强的动力。
二、涡轮增压器的结构与工作原理1. 涡轮增压器的结构涡轮增压器由涡轮轮毂、转子、轴承、壳体及排放废气口等组成。
涡轮增压器的核心是涡轮轮毂，涡轮轮毂是由一系列弯曲的叶片组成，废气通过涡轮增压器进入后，推动涡轮转子旋转。
2. 涡轮增压器的工作原理涡轮增压器工作的过程是涡轮被废气驱动后旋转，推动同轴流机械压缩机旋转，从而增加进气道中气流的压力和密度，进而提高发动机的进气量和压缩比。
当发动机转速增加时，废气增多，驱动涡轮增压器的涡轮转子更快地旋转，产生更高的增压效果。
三、改装涡轮增压的必要性与优势1. 必要性改装涡轮增压能够在不改变发动机机械结构的前提下，提高发动机的输出性能和燃油经济性，尤其对小排量发动机来说，改装涡轮增压可以大大提高动力性能，提升驾驶快感和实用性。
2. 优势a) 提高燃烧效率：增加进气道中的压力和密度，使混合气更加充分燃烧，提高燃烧效率。
b) 增加发动机输出功率：通过增加进气道中的压力和密度，提高发动机的进气量，进而增加输出功率。
c) 优化发动机响应：涡轮增压器可以在发动机低转速时就提供更多的进气量，使发动机响应更为迅速。
d) 提高海拔适应性：涡轮增压可以通过增加进气道中的气流压力来提高海拔地区的进气量，保证发动机正常运行。
e) 减少排放：通过增加进气道的压力，可以减少废气在排气系统中的残留，降低尾气排放。
四、改装涡轮增压的注意事项1. 发动机适应性改装涡轮增压需要根据发动机的性能参数来选择适合的增压器，如果增压器过大或过小都会导致发动机性能不理想。
2. 优化调校改装涡轮增压后，需要通过合理的调校来优化发动机的燃油系统、排气系统和点火系统等，以提升发动机整体性能。
涡轮增压器机械设计
涡轮增压器机械设计涡轮增压器是一种常用于内燃机上的重要设备，它可以提供更大的进气压力，从而增加发动机的输出功率。
在涡轮增压器的机械设计中，关键的因素包括叶轮的设计、轴承的选择、涡轮的流道设计以及油路的设计等。
首先，叶轮的设计是涡轮增压器机械设计中最重要的一环。
叶轮的设计需要考虑叶片的形状、数量以及叶尖的间隙等因素。
叶片的形状直接影响着涡轮增压器的性能，合理的叶片形状能够提高进气流量和压力比，同时减小叶轮的惯性负荷。
叶片的数量也会影响到涡轮增压器的工作效率，过少的叶片会导致进气流量不稳定，过多的叶片会增加涡轮的惯性负荷。
叶轮的叶尖间隙需要控制在合适的范围内，太小会导致叶轮卡死，太大会导致进气泄漏，影响涡轮的性能。
其次，轴承的选择也是涡轮增压器机械设计中需要考虑的重要因素。
由于涡轮增压器旋转速度较高，轴承需要具有很高的承载能力和抗冲击能力。
目前常用的涡轮增压器轴承有滚动轴承和滑动轴承两种。
滚动轴承适用于高转速和高负载条件下，具有较小的摩擦系数和较长的寿命。
滑动轴承则适用于转速较低和负载较小的情况，相较于滚动轴承，滑动轴承在润滑和散热方面具有一定的优势。
此外，涡轮的流道设计也是涡轮增压器机械设计中需要重视的一部分。
涡轮的流道设计直接决定了进气流量和流速分布的均匀性。
合理的流道设计可以提高涡轮增压器的效率和性能。
流道的设计需要考虑到进气流量、涡轮的工作转速、叶轮的形状以及周围环境等因素。
流道的弯曲角度不宜过大，避免涡流的产生，阻碍进气流动。
最后，油路的设计也是涡轮增压器机械设计中一个重要的方面。
涡轮增压器需要通过润滑油来冷却和润滑轴承系统，以保持良好的工作状态。
油路的设计需要考虑到油的流量、压力和温度等因素。
合理的油路设计可以有效地降低轴承系统的磨损和热量，从而提高涡轮增压器的寿命和性能。
综上所述，涡轮增压器机械设计需要考虑叶轮的设计、轴承的选择、涡轮的流道设计以及油路的设计等因素。
只有在这些因素得到合理的设计和优化的情况下，涡轮增压器才能够发挥出最佳的性能和效果。
涡轮增压器叶轮设计与性能分析
涡轮增压器叶轮设计与性能分析涡轮增压器是一种广泛应用于内燃机中的设备，它通过利用废气的能量来提高发动机的进气压力和气缸充气效率。
在涡轮增压器中，叶轮是关键组件之一，其设计和性能对于增压器的工作效率和性能具有重要影响。
本文将探讨涡轮增压器叶轮的设计原理和性能分析。
1. 叶轮的分类涡轮增压器中的叶轮主要有两种类型：压气机叶轮和涡轮叶轮。
压气机叶轮负责将进气压缩，提高进气压力，而涡轮叶轮则利用废气的动能来驱动压气机叶轮。
两者形状和结构上有所不同，下面将逐一进行分析。
2. 压气机叶轮的设计原理压气机叶轮的设计主要考虑两个方面：流量和压比。
流量是指单位时间内通过叶轮的气体量，而压比则是进出气压力之比。
合理的叶轮设计应使流量大、压比高且效率高。
为了实现这一目标，需要结合流体力学原理和实际工程经验，进行叶轮的几何参数设计和流动分析。
3. 叶轮几何参数设计叶轮几何参数的设计包括叶片的数量、形状和尺寸等。
叶片数量的选择应考虑到叶轮的实际工作条件和流体动力学要求。
叶片形状的设计则涉及到叶片的进出气角、叶片弯曲等因素。
叶片尺寸的设计需要根据叶轮的大小和工作要求进行确定。
上述几何参数的优化设计可通过数值模拟和实验验证相结合的方式进行。
4. 叶轮流动分析叶轮的流动分析是对叶轮内部流体流动状态进行研究和评估的过程。
通过数值模拟，可以获得叶轮内部的流场速度、压力和温度分布等信息，进而评估叶轮的性能。
流动分析的结果可用于改进叶轮设计，并预测叶轮的性能参数，如压比、流量和效率等。
5. 涡轮叶轮的设计原理涡轮叶轮是涡轮增压器中的另一个重要组成部分。
它根据叶轮的转动和废气的动能转换为机械能，驱动压气机叶轮工作。
涡轮叶轮的设计主要考虑几个方面：叶轮材料、强度和惯性等。
6. 叶轮材料选择叶轮材料的选择要考虑到叶轮的工作温度、跳动和腐蚀等因素。
常用的叶轮材料有高温合金、镍基合金和钛合金等。
不同的应用场景需要选择不同的材料。
7. 叶轮强度设计叶轮强度设计是为了保证叶轮在工作过程中不发生破裂和变形等失效情况。
Bladegen学习资料
[CFX/ICEMCFD]我是这样做Bladegen的，供初学者参考论坛中有很多人对Bladegen的应用感到兴趣，我也是一个初学者，有点体会也许对同是初学者的人们会有所帮助。
1. 在这里以轴流式转轮为例进行说明。
将已有的转轮2D图纸直接输入Bladegen是不可能的。
首先必须把2D图建成3D实体。
在该流体域中通过投影和面之间的相交获取一些曲线的igs文件。
他们是：1. 叶片最外缘型线投影到轮缘（Shroud）曲面上的封闭曲线。
如果由多根曲线组合而成，应拟合成一根曲线。
命名为shroud_curve.igs。
2. 叶片最内侧型线投影到轮轂（Hub）曲面上的封闭曲线。
命名为hub_curve.igs。
3. 在轮轂与轮缘曲线之间，绘制数条流线（本例中选用两条），并分别旋转成两个曲面。
然后用两曲面相交的方法分别求出两条与叶片表面相交曲线。
分别称为curve2.igs和curve3.igs。
如果这些相交曲线分别由多个线段组成，则将他们分别拟合成单一曲线。
4. 叶片最外缘型线的骨线投影到轮缘（Shroud）曲面上的流线状曲线，称为shroud_curve.igs。
5. 叶片最内侧型线的骨线投影到轮轂（Hub）曲面上的流线状曲线，称为hub_curve.igs。
至此，有了这四条封闭曲线和两条开敞流线状曲线，进入Bladegen的条件已具备。
2. 进入BladeModeler，然后File\New\Data Import Wizard回车。
界面见图1。
图13. 两次Next后，进入如图2所示界面。
选第一选项（图中红圈）后Next。
图24. 点击Next直到出现图3所示界面。
用图中Add File按键相继输入六条igs曲线。
图35. 先点击右侧清单第二步中的Select Hub Curve，再在图形界面中点击相对应的曲线，被点中的曲线变为红色。
用同样的方法处理Shroud Curve。
见图4。
图46. 做Blade Profiles时，在做完Layer 1 Curve后，下拉图形界面右下角的小窗口中的Layer 1 Curve，将其换成Layer 2 Curve，如此操作直到四条Profiles全部做完。
CFX涡轮增压器设计学习笔记 BM BladeGen BladeModer.
Anglபைடு நூலகம்/Thickness
Meridional View
Auxilliary View
Angle View
Thickness View
BladeGen 1.新建：Meridional View
• Curves can be defined as: 曲线可以被定义为：
• • • • • Piecewise Linear分段样条 Cubic Spline三次样条 Bezier贝塞尔曲线 Best Fit Polynomial最适合多项式 Arc Segment弧形段
叶片设计 角度/厚度 模型
叶片设计 压力/吸力模型
BladeGen 1.新建
选择压轮类型， 子午面主要参数 和叶型设计角度 /厚度还是压力/ 吸力模式。
BladeGen 1.新建：叶片初始化定义
• 可以定义包角、厚度、叶片数 量
•定义压 力面和 吸力面 主要参 数
BladeGen 1.新建：设计环境
谢谢观看
kevinwang1983@
Hub High Periodic Trailing Edge
坐标系
笛卡尔
子午面
叶面到叶片
坐标系
M versus R*Theta
坐标系
M-Prime versus Theta
坐标系
• The M-R coordinate system is useful for thickness specification since it is a dimensional view. M-R坐标系适合定义叶片厚度 • The M’- coordinate system is useful since it permits the designer to view the blade-to-blade surface in a plane where blade angles are preserved. M-R坐标系适合定义叶片角度。 • The blade profile can be defined using the Angle/Thickness Model or the Pressure/Suction Mode. 叶片轮廓可以定义使用角/厚度模型或压力面/吸力面模式
柴油机增压器培训知识(压缩)精品资料
配机注意事项2
• 2.新机压气机进口负压>－3.5kpa • 旧机>-6.0kpa • a.进口管路尽量减少直角弯 • b.空气滤清器应选大流量的 • c.连接胶管质量好
正确使用及注意事项
• 1.CD级以上的增压机油。 • 2.起步、停车怠速1-3分钟。 • 3.定期更换机油和滤芯。 • 4.定期清理空气滤清器。 • 5.确保连接管路不漏气。 • 6.新机启用应加注润滑油。
增压器参数
• 增压器参数（HP50） • 额定转速：150000转/分 • 润滑油压：0.25-0.4Mpa • 涡轮进口温度：<750℃ • 轴向窜量：0.047-0.081mm • 叶轮叶前间隙：0.258-0.607mm • 涡轮叶前间隙：0.449-0.787mm
配机注意事项1
• 1.增压器油路 • a.进油管内径>￠4.5mm • b.回油管内径>￠16mm且不得有死弯处
• 1轴卡死 • 2漏油 • 3异响
常见故障
轴卡死
• 1.机油压力偏低。 • 2.冷启动突然加速。 • 3.大负荷运转突然熄火。 • 4.非增压机油或机油变质、过脏。
漏油
• 1.压气机出口管路漏气。 • 2.回油管不通畅甚至堵塞。 • 3.空气滤过小或过脏。 • 4.曲轴箱废气压力过高。 • 5.发动机呼吸器堵塞。 • 6.添加机油过量。
• b．在发动机重量及体积增加很少的情况 下，发动机结构无需做特别的改动，便 很容易提高功率20%-50%。
增压方式的优点
• c．由于废气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%，同时提升排放指标。
涡轮改装知识点总结
涡轮改装知识点总结在汽车改装领域，涡轮改装是一个非常受欢迎和重要的部分。
涡轮增压技术可以显著提高发动机的动力输出，尤其对于喜爱高性能车型的车主来说，涡轮改装是不可或缺的一部分。
本文将总结涡轮改装的知识点，涵盖了涡轮原理、涡轮的选择、涡轮改装的注意事项等方面，希望能够为汽车爱好者提供一些有用的参考信息。
一、涡轮原理1. 涡轮增压原理涡轮增压是一种通过利用废气排出时的高速旋转来推动涡轮，然后通过涡轮传动给进气系统的压缩空气，以提高发动机进气压力和效率的技术。
简单来说，涡轮增压可以使发动机在相同的工况下，产生更多的动力输出。
2. 涡轮组成涡轮增压系统主要由涡轮、废气涡轮和涡轮轴承系统组成。
其中，废气涡轮通过废气的能量推动涡轮转动，而涡轮则通过轴承连接到增压器，驱动增压器以增加进气量。
3. 涡轮的工作过程涡轮增压系统的工作过程主要分为两个阶段。
首先是废气推动涡轮的过程，当发动机工作产生废气时，废气经过排气歧管进入废气涡轮，推动涡轮转动。
其次是涡轮传动增压器的过程，涡轮的转动通过轴承连接到增压器，最终将压缩空气送入发动机进气系统。
4. 涡轮增压的优势与自然吸气发动机相比，涡轮增压发动机具有更高的功率和扭矩性能、更好的燃油经济性、更低的排放和更好的高海拔适应性等优势。
因此，涡轮增压发动机在高性能汽车中得到广泛应用。
二、涡轮的选择1. 涡轮尺寸涡轮的尺寸对于其增压效果具有重要影响。
通常情况下，涡轮的大小尺寸越大，增压效果越强，但也会带来延迟响应和低速效率不佳的问题；而小尺寸的涡轮则响应更迅速，但增压效果相对较小。
因此，在选择涡轮时，需根据具体的使用需求和发动机匹配来合理选择涡轮尺寸。
2. 涡轮匹配涡轮的匹配也是涡轮改装中的关键环节。
选用合适的涡轮能够使发动机获得更佳的增压效果，提高动力输出和燃油经济性。
在进行涡轮改装时，需要考虑车辆的用途、发动机性能、排气系统和进气系统等因素，选择适合的涡轮匹配。
3. 涡轮材质涡轮材质的选择也是重要的一环。
长城汽车涡轮增压器培训课件
行，以免赃物粘在油底壳。
9.检查润滑油牌号必须符合发动机制造厂商的要求，机油等级不
能低于15W/CD40
二、增压器更换安装时注意事项
1. 将增压器装在发动机上。增压器进油口、回油口和涡轮进气口、 出气口及压气机端进出气口密封件应保证完好，使之管路连接可靠。 否则会引起漏油或啸叫。安装后，向增压器进油口加注干净的润滑油 作预先润滑，并用手拨动，转子转动要灵活。
6.切勿拆动推杆上有防拆记号的调节螺母 7.按发动机说明书要求检查空气滤清器并清洗滤芯，否则会造成压气
机端漏油等问题 8.应严格按照发动机厂商规定牌号的润滑油和推荐的润滑油滤清器 9.检查增压器壳体有无过热变色，裂缝或损坏现象，如有，应立即更
换。当增压器有异响时，决不能继续使用，应停机检查以消除异响。
更换 检查发动机
3．异常响声及震动
故障及原因
排除方法
压气机喘 震
进气道受污、叶轮变型 涡壳、压壳变型或异物进碰擦叶轮
清洗，更换叶轮 检查更换、清除
排气伐门打不开，增压器超速
轴承或轴颈过度磨料磨损、推力轴承 磨损、叶轮扫膛
检查更换 更换增压器
发动机
发动机缺缸工作、游车、怠速过低、 检查调整发动机 进气支管漏气
增压器工作原理图
第三节 废气涡轮增压器常见的故障及排除
方法
涡轮增压器是一种在高温环境中超高速旋转的机械， 其工作转速可达50000-240000r/min，如此高速旋转的机 械往往会因使用不当而造成损坏，使用户蒙受一定的经济 损失。我国目前所使用的增压器无论是国产的，还是进口 的，使用寿命往往都达不到预期的使用年限，其原因90% 以上是因操作维护保养不科学或不及时造成，为此我们将 市场上出现故障率较高的几大类型进行分析：
推荐-涡轮增压器设计培训资料 精品
3.8
3.6
小的涡壳
3.4
3.2
Pressure Ratio
3.0 大的涡壳
压 2.8 缩 2.6 比
2.4
2.2
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0 0
25
50
75
100 125 150 175 200
Flow Parameter [kg/s * sqrt(K)/MPa] 流量参数
涡壳通流能力曲线
Given the equation derived from the definition of Volumetric Efficiency;由容积效率定义得出方程式:
min
=
ηRvo´l
´ D´ N ´ Pref NRPC´Tref
Make the following assumptions/approximations;做下面的假设/近似值
压 2.8 缩 2.6 比 2.4
2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0
0
25
50
75 100 125 150 175 200
Flow Parameter [kg/s * sqrt(K)/MPa] 流量参数
3.8
3.6
3.4
3.2
Pressure Ratio
3.0
2.8
压 缩
2.6
At the turbine, 涡端膨胀 expansion ratio will 比增大
increase
25
50
75 100 125 150 175 200
Flow Parameter [kg/s * sqrt(K)/MPa] 流量参数
增压器设计介绍2
计算方法 结合Sparlart－Allmaras湍流模型，求解三维定长可压缩 NS方程。空间差分方法采用二阶中心格式，时间项处理方 法为四阶Runge－Kutta迭代求解。采用多重网格技术加速 收敛。 计算网格 网格分2部分划分：叶轮网格、扩压器＋蜗壳网格。 叶轮网格在NUMECA软件中的叶轮机械网格自动生成器 AutoGrid v5.3-1中划分。 扩压器+蜗壳网格在IGG中按多块网格搭接方式生成。 整机叶轮网格。
2.增压器核心零件设计
压气机叶轮 扩压器 压气机壳 涡轮叶轮 涡轮壳
扩压器
压气机壳
压气机热力计算
涡轮壳的设计
涡轮机热力计算
3.BOOST匹配设计分析
全模型计算
膨胀比特性为速度、流量、涡轮效率与膨胀比之间 的相互关系，也就是涡轮的性能曲线（如下图）。 该曲线一般增压器厂家都不能提供，可以根据膨胀 比范围、流量范围、效率范围和增压器转速范围按 经验自行绘制，再以表格形式将涡轮性能曲线输入 上述表格中。输入时将性能曲线上的纵横坐标均分 成多个间隔，将交点处的速度、流量、膨胀比、效 率值输入上述表格中。 注意：转速、膨胀比都应以增加的顺序填入表格， 每一转速下输入多个膨胀比的参数时，膨胀比应由 小到大递增，所有转速也应由小到大递增。
用速比特性表示的效率曲线，前述选择膨胀比或轮速比时，如选择的是轮速比，还 应将如下图所示的涡轮的转速、轮速比、涡轮效率的关系曲线输入上述表格中。
CFD计算分析结论 计算分析结论
通过上面详细的流动显示可以看到，对于压气机来 说，叶轮和蜗壳之间的匹配很大程度上影响了整机 的性能。 对于本次算例中的压气机，CFD分析了扩压作用， 气流受的阻挡，压力在蜗壳中的变化。 气流从蜗壳出来，进入管道，可以看到，气流的压 力变化。对于管道损失，可以由进出口总压降来表 示。 通过计算，从蜗壳出口至中冷器进口的管道总压损 失为0.63％，中冷器出口至管道出口总压损失为 1.67％。
涡轮增压器设计培训资料
工作原理
发动机排出的废气通过排气歧管 进入涡轮增压器的涡轮，驱动涡
轮旋转。
涡轮通过轴与增压器的压气机相 连，将旋转动力传递给压气机叶 片，使空气被压缩后进入发动机
气缸。
通过压缩空气，可以增加发动机 的进气量，提高燃烧效率，从而
提高发动机功率。
类型与分类
按增压方式
机械增压、废气涡轮增压、复合增压等。
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04
涡轮增压器设计优化
空气动力学优化
总结词
提高进气压力和流量，降低涡轮增压 器内部阻力。
详细描述
通过改进进气道设计、优化涡轮叶片 形状和角度，减少空气流动过程中的 摩擦和阻力，提高进气压力和流量， 从而提高发动机的功率和扭矩。
热力学优化
总结词
降低增压器热负荷，提高冷却效率。
详细描述
通过优化增压器内部热交换器设计，改善冷却液的流动和热传导性能，降低增 压器热负荷，防止过热引起的性能衰减和零件损坏。
实现方法
效果评估
利用有限元分析和优化设计软件，进行多 目标优化和轻量化设计。
通过试验验证轻量化设计的可行性和优越 性，评估其对性能的影响。
06
设计软件与工具介绍
CAD软件
总结词
CAD软件是涡轮增压器设计过程中最常用的工具之一，用于创建和编辑涡轮增压器的三维模型。
详细描述
CAD软件提供了强大的建模和编辑功能，允许设计师根据设计需求创建精确的三维模型。通过CAD软 件，设计师可以方便地进行零件的组装、修改和优化，为后续的CFD分析和FEA分析提供基础数据。
强度高的材料
为了确保增压器的稳定 性和可靠性，应选用强
度高的材料。
制造工艺
铸造工艺
旋转机械—CFx
方法/步骤1. 1 打开workbench软件，如图2. 2 鼠标左键按住“BladeGen”并拖动到如图位置3. 3 再将"Turbogrid"拖动到如图位置4. 4再将“CFX”拖动到如图位置，到这里已经建立好了用CFX进行旋转机械分析的基本流程了，“BladeGen”用来建立旋转机械模型，“Turbofrid”用来划分旋转机械网格，“CFX”用来求解，后处理及查看结果。
5. 5 双击打开“BladeGen”，准备建立模型，如图6. 6 打开之后如图7.7 单击新建按钮，如图所示8.8 出现如图所示9.9 选择“normal Axial”，如图10.10 选择“Ang/Thk”模式，如图11.11 修改如图参数，参数值如图所示12.12 点击“ok”13.13由于教程篇幅过大，手把手教你使用BladeGen进行旋转机械分析建模教程分为三篇：《（手把手）旋转机械BladeGen建模教程（1/3）》，《（手把手）旋转机械BladeGen建模教程（2/3）》，《（手把手）旋转机械BladeGen建模教程（3/3）》请继续看下一篇《（手把手）旋转机械BladeGen建模教程（2/3）》方法/步骤1. 1接上一篇，单击“ok”后，如图所示2. 2将叶片与旋转轴角度设置为15，叶片数设置为13，Ang设置5，厚度设为3，如图所示3. 3 点击“ok”，如图4. 4 说一下，这四个框图表示的什么意思，如图5. 5 单击“Model”，“Properties”，如图6. 6 打开如图所示7.7将“component type”改为“fan”，将“model units”改为“mm”，如图所示8.8 点击“ok”后，如图9.9 单击“blade”“properties”，如图所示10.10 打开后，如图所示，也就是打开叶片属性设置11.11 选择“LE/TE Ellipse”，如图12.12 将“TE Type”设置为“Ellipse”，如图13.13 单击“ok”，如图所示14.14由于教程篇幅过大，手把手教你使用BladeGen进行旋转机械分析建模教程分为三篇：《（手把手）旋转机械BladeGen建模教程（1/3）》，《（手把手）旋转机械BladeGen建模教程（2/3）》，《（手把手）旋转机械BladeGen建模教程（3/3）》上一篇请查看：《（手把手）旋转机械BladeGen建模教程（1/3）》本篇为：《（手把手）旋转机械BladeGen建模教程（2/3）》请继续看下一篇：《（手把手）旋转机械BladeGen建模教程（3/3）》方法/步骤1. 1接上一篇，点击，如图所示2. 2 点击后，如图所示3. 3 点击这个全圆周显示，如图4. 4 点击后，如图所示5. 5 点击实体圆周显示，如图6. 6 点击后，如图所示7.7保存模型,注意：只能用英文或者数字名字，并保存在英文或者数字的目录下，名字及路径严禁用中文，否则会出错，如图8.8 弹出如图对话框9.9我这里保存在D盘根目录下，名字为fengji,（路径和名字严禁有中文）10.10 保存文件中，可以查看一下，如图11.11 此时，模型已经建立完毕，等待下一步网格划分12.12上一篇请查看：《（手把手）旋转机械BladeGen建模教程（2/3）》本篇为：《（手把手）旋转机械BladeGen建模教程（3/3）》请继续看下一篇：《旋转机械TurboGrid网格划分教程（1/3）》方法/步骤1. 1接上一篇，双击“TurGrid”，如图2. 2 打开之后如图所示3. 3设置页顶间隙，双击“Geometry”“Blade Set”“Shroud Tip”如图所示4. 4出现如图所示5. 5打钩，选择“constant span”，然后“sapn”为0.95，如图6. 6 单击“apply”，如图7.7 选择“Topology Set（suspended）”右键8.8 取消选择“suspended object updates”，如图9.9去掉勾后，自动生成如图所示（此步，软件完成叶轮流道网格拓扑结构的划分）10.10同时，“Topology Set(Suspended)”变为“Topology Set”，如图所示11.11上一篇请查看：《（手把手）旋转机械BladeGen建模教程（3/3）》本篇为：《旋转机械TurboGrid网格划分教程（1/3）》请继续看下一篇：《旋转机械TurboGrid网格划分教程（2/3）》方法/步骤1. 1接上一篇，双击“Topology set”，如图2. 2 双击后，如图所示3. 3这里有两种拓扑优化方式“ATM Optimized”和“Traditional with control point”，此处选择“ATM Optimized”,如图4. 4 点击“apply”，如图5. 5 双击“mesh data”6. 6 双击后，如图所示7.7 将方框拉大，便于查看，如图8.8 按照如图参数进行设置，如图。
CFturbo泵与旋转机械设计解决方案
2.2 CFturbo 软件介绍
CFturbo 是专业的叶轮及蜗壳设计软件，该软件结合了成熟的旋转机械理论 与丰富的实践经验，基于设计方程与经验函数开展设计，并且能够根据用户积累 的专业技术和设计准则来定制特征函数。作为一个便捷高效的工程设计软件， CFturbo 广泛应用于离心泵、混流泵、离心风机、混流风机、压缩机、涡轮等旋 转机械的设计，只需要给出流量、效率等性能需求，就可以自动生成叶轮及蜗壳 造型。
CFturbo 庞大的经验函数数据库是公司多年以来通过大量的咨询项目积累得 到的，参数化的设计使得软件的通用性更强，完备的接口可以保证模型向多种 CFD/FEM 前处理工具输出。通过 CFturbo 与其他建模和方针工具结合，便可以 实现从设计到仿真，从优化到生产制造的整个过程的一体化，从而为泵等旋转机 械的设计单位提供一体化的解决方案。
最后生成如下图所示的叶轮结构。
接下来，对该叶轮进行蜗壳设计。首先，将该模型导入 CFturbo 的蜗壳生成 界面，CFturbo 会根据叶轮设计参数自动计算蜗壳参数与其匹配。
选择蜗壳的截面形式，包括椭圆形、矩形、圆形等形式供用户选择。 然后设计蜗壳尺寸，包括涡旋角度、蜗壳出口尺寸等等。 最后，进行扩散器的设计，包括扩散器型式，长度、扩散器出口直径等等。
CFturbo泵叶轮设计教程
•cr——绝对速度径向分量
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CFturbo
6、叶片中线设计
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泵及旋转机械设计软件
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CFturbo
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泵及旋转机械设计软件
m-t图
•横坐标t表示叶片弯过的包角 •纵坐标m表示叶片径向坐标 •dM表示叶片中线径向坐标的 微分值 •dT表示叶片中线在某一半径处 切线方向的微分值，因此
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泵及旋转机械设计软件
3、创建叶轮设计模块
根据输入的额定设计点的工作
参数，CFturbo会根据内置的经 验函数自动匹配参数，设计出一 个默认的叶轮模型； 对于该默认模型，所有设计参 数在设计过程中客户均可手动修 改；
3、若为开式叶 轮则勾选 unshroud，并 输入间隙尺寸
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选择设计参数
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速度三角形
•α为绝对流动角 •β为相对流动角
9、CFD设置
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若需要对流体域进行CFD 模拟，可设置转子与蜗壳 之间交互面的位置
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10、模型剪切
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剪切命令用于将叶轮结构和 流体部分分开： •Default trimming，快速， 精度不高 •Extend blade only，与CAD 软件结合 •Solid trimming，输出stl、 step、iges格式或与 CFD/CAE软件结合
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BladeGen 1.新建：Angle View
Curve defining beta Curve defining theta End Angle End Angle with Beta Slope = 0
Can define blade angle by: Wrap Angle Distribution (m-theta) Flow Angle Distribution (m-beta)
谢谢观看
kevinwang1983@
• The M’- coordinate system is useful since it permits the designer to view the blade-to-blade surface in a plane where blade angles are preserved. M-R坐标系适合定义叶片角度。
Angle View
Thickness View
BladeGen 1.新建：Meridional View
• Curves can be defined as:
曲线可以被定义为：
• Piecewise Linear分段样条 • Cubic Spline三次样条 • Bezier贝塞尔曲线 • Best Fit Polynomial最适合多项式 • Arc Segment弧形段
CFX涡轮增压器气动开发
Kevin Wang
2020/11/16
Kevin Wang
Ch 1 BladeModeler叶型设计
BladeModeler是一家专业、易用的工具的快速三维旋转机械组件的设计软件。
旋转机械基础
Leading Edge
Low Periodic
Tip Gap
Shroud
High Periodic
Hub
Trailing Edge
坐标系
笛卡尔
子午面
叶面到叶片
坐标系
M versus R*Theta
坐标系
M-Prime versus Theta
坐标系
• The M-R coordinate system is useful for thickness specification since it is a dimensional view. M-R坐标系适合定义叶片厚度
• The blade profile can be defined using the Angle/Thickness Model or the Pressure/Suction Mode.
叶片轮廓可以定义使用角/厚度模型或压力面/吸力面模式
叶片设计 角度/厚度 模型
叶片设午面主要参数 和叶型设计角度 /厚度还是压力/ 吸力模式。
BladeGen 1.新建：叶片初始化定义
• 可以定义包角、厚度、叶片数 量
•定义压 力面和 吸力面 主要参 数
BladeGen 1.新建：设计环境
PS/SS
Angle/Thickness
Meridional View
Auxilliary View