[发明专利]两级涡轮增压系统旁通支路和主管偏心相贯的设计方法

说明书

一种涡轮增压技术领域的两级涡轮增压系统旁通支路和主管偏心相贯的设计方法，包括以下步骤：把高压级涡轮的进气口与发动机排气总管相连通，把高压级涡轮的出气口与低压机涡轮的进气口相连接；把旁通支管的进气口与发动机排气总管相连通，把旁通支管的出气口与低压机涡轮前的级间主管相连通，在旁通支管上布置旁通阀；对旁通支管与级间主管的结合处分别进行左偏、未偏、右偏设计；通过低压级涡轮的等熵效率计算公式来分别衡量左偏、未偏、右偏对低压级涡轮效率带来的影响，确定最终采用的设计方案。本方法简单有效，应用广泛，可对不同可调两级涡轮增压系统乃至多级涡轮增压系统进行旁通支管的偏置设计，达到改善低压级涡轮效率的目的。

技术领域

本发明涉及的是一种涡轮增压技术领域的设计方法，特别是一种可以改善低压级涡轮效率的两级涡轮增压系统旁通支路和主管偏心相贯的设计方法。

背景技术

随着排放法规的愈加严格和节能减排理念的进一步深入，发动机向高效节能、清洁低碳的方向持续发展。可调两级增压通过弯管和开度可调的旁通阀将两个增压器连接起来实现负荷的优化分配，具有高增压、宽流量范围、强调节能力、高效率等优势，已经成为一种广泛应用于新一代动力装置的先进涡轮增压技术。

受发动机小型化的影响，可调两级增压系统具有高度结构紧凑性，两个涡轮之间具有高度扭曲、剧烈转向的弯管以及旁通支管等复杂管路结构，整个管路系统内部流动相较于传统单级涡轮增压更加复杂。由于结构上的特点，两级增压系统级间管道及高、低压级涡轮出入口均存在不同形式的流动畸变，使管道内部流动更加复杂。流场的复杂化会造成涡轮气动性能的改变，进一步影响涡轮增压系统乃至整个发动机的性能。研究表明，两级可调增压系统中两级涡轮之间存在一定程度的耦合效应，其中的表现形式之一为高压级涡轮出口旋流对低压级涡轮性能产生影响，相较于稳态均匀直流的涡轮入口条件，高压级涡轮出口速度场旋流效应对低压级涡轮效率存在约2％～3％的影响。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，本发明提出了一种可调两级涡轮增压系统的旁通支管和主管偏心相贯的设计方法，当旁通阀处于全开状态时，针对不同转向的高压级出口旋流调整旁通管路在级间主管上的偏转位置，改变气流在低压级涡轮入口管道处的流动形态，达到增强或者抑制旋流的效果，从而改变低压级涡轮的气动效率。

本发明是通过以下技术方案来实现的：本发明包括以下步骤：

步骤一，把高压级涡轮的进气口与发动机排气总管相连通，把高压级涡轮的出气口通过级间主管与低压机涡轮的进气口相连接；

步骤二，把旁通支管的进气口与发动机排气总管相连通，把旁通支管的出气口与低压机涡轮前的级间主管相连通，在旁通支管上布置旁通阀；

步骤三，对旁通支管与级间主管的结合处分别进行左偏、未偏、右偏设计，在旁通阀全开的情况下，分别对这三种设计进行仿真计算；

步骤四，通过低压级涡轮的等熵效率计算公式来分别衡量左偏、未偏、右偏对低压级涡轮效率带来的影响，确定最终采用的设计方案。

进一步地，在本发明中，低压级涡轮的等熵效率计算公式为：

式中，T_t-in为涡轮入口总温，单位K；T_s-out为涡轮出口静温，单位K；P_t-in为涡轮入口总压，单位Pa；P_s-out为涡轮出口静压，单位Pa；γ为无量纲空气绝热系数，取值为1.353。