双涡轮空气启动马达关键技术研究

发布时间：2017-09-26 09:47

  本文关键词：双涡轮空气启动马达关键技术研究

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【摘要】：空气启动马达(空气马达)是最理想的防爆式内燃机启动设备,它被广泛应用于易燃、易爆、高阻尼和高负载场合,但当前国产空气马达存在效率低、扭矩小、涡轮迟滞、耗气量大等问题,致使多数发动机使用进口产品,为解决国产空气马达存在的上述问题,需要从空气马达总体结构设计、双涡轮机的优化设计、减速机与单向离合器的可靠性设计等关键技术方面进行深入研究。空气启动马达作为发动机的辅助启动装置,不仅需要考虑马达的性能特性,还需要考虑与发动机的匹配特性。因此本文以常用的F30空气启动马达为研究对象,在空气马达工作原理分析的基础上,在其动力单元中引入双涡轮结构,计算并分析了双涡轮空气马达的启动转矩、转速及功率等性能,优化设计出双涡轮空气马达的总体结构和控制回路,确定了马达的结构参数和启动过程。本文利用CFD流体分析软件对涡轮机内部流体的流速、压强和温度等进行了模拟仿真,验证了理论设计计算在性能方面的准确性,在涡轮机流体损失上存在一定的局限性;然后针对双涡轮空气马达的流动损失进行了系统分析,提出了涡轮结构的优化途径;并将涡轮优化后的结果与优化前的进行对比,验证了涡轮结构优化改进途径的合理性和可行性。为真实完整地模拟发动机的启动过程,设计开发了发动机模拟启动试验装置,然后对所研制的双涡轮空气马达在不同工况下进行性能试验,在进气压力0.7MPa、进气温度20℃、转速2500rpm情况下,功率达到峰值15.7KW,此时转矩为60 N·m,启动时间为3s,温升为0.2℃,最大振幅为0.31mm,最大噪声为107d B,满足匹配发动机的启动需求,后与单涡轮式的性能进行对比,双涡轮空气马达功率提高了30%,启动时间缩短了2s,最后对双涡轮空气马达的能耗情况进行测试和分析,并与单涡轮式进行对比,验证了理论计算中双涡轮式比单涡轮式空气马达效率提高25%以上的结论准确性。
【关键词】：空气启动马达 双涡轮机 涡轮流场 流体损失
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK403
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 引言11
• 1.2 空气启动马达的工作原理11-14
• 1.2.1 空气马达的工作原理11-13
• 1.2.2 空气马达的主要特点13-14
• 1.3 空气启动马达的国内外研究现状与发展趋势14-17
• 1.3.1 涡轮式空气马达国内外研究状况15-17
• 1.3.2 涡轮式空气马达的发展趋势17
• 1.4 涡轮式空气启动马达目前存在的主要问题17-18
• 1.5 课题的研究目的、意义与主要内容18-20
• 第二章 双涡轮空气启动理论计算及马达结构设计20-39
• 2.1 双涡轮空气启动理论20-23
• 2.1.1 转矩计算20-22
• 2.1.2 转速与功率计算22-23
• 2.2 双涡轮空气马达总体结构设计23-25
• 2.2.1 总体结构布局与气动控制回路原理23
• 2.2.2 空气马达与柴油机的连接23-24
• 2.2.3 小齿轮与柴油机飞轮啮合方式24-25
• 2.3 双涡轮机结构设计25-33
• 2.3.1 进气喷嘴设计27-29
• 2.3.2 一级涡轮设计29-31
• 2.3.3 导流器设计31-32
• 2.3.4 二级涡轮设计32-33
• 2.4 其它主要零部件设计33-37
• 2.4.1 减速机的设计33-36
• 2.4.2 单向离合器的设计36-37
• 2.5 本章小结37-39
• 第三章 双涡轮机流体仿真与损失分析研究39-53
• 3.1 计算流体动力学分析39
• 3.2 涡轮机流道的三维模型与网格划分39-42
• 3.2.1 涡轮机叶片造型设计39-41
• 3.2.2 边界条件设定及计算模型参数设置41-42
• 3.3 涡轮机内部流场分析42-46
• 3.3.1 流线及流速42-44
• 3.3.2 压力44
• 3.3.3 温度44-46
• 3.4 涡轮机流体损失分析与结构优化46-50
• 3.4.1 叶型损失46-48
• 3.4.2 二次流损失48-50
• 3.4.3 冲波损失50
• 3.5 流体损失优化结果与仿真验证50-52
• 3.6 本章小结52-53
• 第四章 空气启动马达性能试验研究53-68
• 4.1 样机性能试验原理53-54
• 4.2 试验台装置设计54-56
• 4.3 样机试验方法56
• 4.4 样机性能特性试验56-60
• 4.4.1 环境温度对性能的影响56-58
• 4.4.2 进气压力对性能的影响58-59
• 4.4.3 单、双涡轮式性能对比试验59-60
• 4.5 减速机温升试验60-62
• 4.6 空气马达振动试验62-64
• 4.7 空气马达噪声试验64-65
• 4.8 空气马达效率试验65-67
• 4.9 本章小结67-68
• 结论68-70
• 参考文献70-75
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果75-76
• 致谢76-77
• 附件77

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2 陈军华;高负荷向心涡轮设计及性能分析[D];哈尔滨工程大学;2012年

3 郭涛;冲压空气涡轮性能研究[D];南京航空航天大学;2007年

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本文编号：922806