[发明专利]一种低转动惯量涡轮设计方法

说明书

本发明公开了一种低转动惯量涡轮设计方法，包括：设置低转动惯量涡轮的初步方案，建立现有涡轮和所述低转动惯量涡轮的初步方案的数字模型；对所述现有涡轮和所述低转动惯量涡轮的初步方案进行应力分析；处理应力分析结果。本发明提供的一种低转动惯量涡轮设计方法得到的低转动惯量涡轮在具有良好的机械强度和寿命的同时，降低了涡轮的质量和转动惯量，能够有效提高增压系统的低速响应性和轴承系统的机械效率和可靠性，从而提高了增压器效率；同时，由于所述低转动惯量涡轮相比现有涡轮移除了轮背上的部分材料，提高了涡轮的整体均匀性。

技术领域

本发明涉及涡轮增压器领域，特别是指一种低转动惯量涡轮设计方法。

背景技术

进入本世纪以来，国内外政府相继提高道路车辆和非道路车辆的燃油消耗与尾气排放标准，以应对全球变暖和石油危机。石油资源的日益枯竭和排放标准的日益提高，使得不少国家开始在政策上引导发动机朝小排量大功率的方向发展，发动机小排量大功率的要求，促使发动机的轻量化、高效率、低燃油消耗率的发展，涡轮增压技术可以提高汽车发动机功率、降低能耗和减少排放，这一技术是目前实现汽车工业节能减排目标和提升发动机效率最有效的手段之一。

涡轮是增压器的核心零部件之一，涡轮的结构设计、结构强度与耐久可靠性要求直接决定了增压器的性能、使用寿命、排放效果，因此，对于涡轮的结构优化就显得尤为重要。增压器的主要性能指标为功率性能(高效率、低燃油消耗率等)、低速响应性(发动机从怠速工况到最大扭矩工况所需加速时间)和NVH(Noise Vibration and Harshness，噪声与振动)，其中，涡轮对增压器的低速响应性有着直接的影响，降低涡轮转动惯量是提高涡轮低速响应性的有效手段之一。现有技术中主要对涡轮叶片的进行优化，并未对笨重的涡轮轮背进行优化，而涡轮轮背占据了涡轮自重的很大一部分，因此现有技术不能有效地降低涡轮的转动惯量，从而无法有效地提高增压器的低速响应性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种低转动惯量涡轮设计方法，采用该方法制造的涡轮相比现有涡轮具有更低的质量和转动惯量，有效提高增压器的低速响应性。

基于上述目的本发明提供的一种低转动惯量涡轮设计方法，包括：设置低转动惯量涡轮的初步方案，建立现有涡轮和所述低转动惯量涡轮的初步方案的数字模型；对所述现有涡轮和所述低转动惯量涡轮的初步方案进行热-机械应力和模态应力分析；处理所述热-机械应力分析结果和所述模态应力分析结果，得到所述低转动惯量涡轮和所述现有涡轮的强度的差值，对所述低转动惯量涡轮的初步方案进行调整，再次进行所述热-机械应力分析和所述模态分析，直至调整后的所述低转动惯量涡轮的初步方案的强度与所述现有涡轮的强度之间的差值低于预设的限值；采用调整后的所述低转动惯量涡轮的初步方案，生产制造低转动惯量涡轮。

可选地，所述设置低转动惯量涡轮的初步方案，建立现有涡轮和所述低转动惯量涡轮的初步方案的数字模型的方法包括：选取所需尺寸的所述现有涡轮，去除所述现有涡轮的轮背上部分材料，使得所述轮背的剩余部分形成若干条加强筋，根据所述现有涡轮的叶片数量、涡轮叶型、轮毂尺寸等因素，设置所述加强筋的类型、数量、宽度、厚度以及加强筋的分布中心与拔模斜度，形成所述低转动惯量涡轮的初步方案，并建立所述现有涡轮和所述低转动惯量涡轮的初步方案的数字模型。

可选地，所述数字模型包括CFD模型、温度场分析模型和模态分析模型。