[00147965]船用中速柴油机高效高压比涡轮增压器关键技术及应用

一、课题来源与背景 课题来源：本课题属于单位自选课题。 涡轮增压器是柴油机极其重要的核心配套系统之一,设计、制造技术难度大、附加值高,国内船用大功率中速柴油机用增压器技术被国外公司垄断,国内增压器设计、制造技术跟不上大功率中速柴油机的发展,产品依赖进口,导致国内船用大功率中速柴油机企业缺乏盈利空间和市场竞争力,使得国内船用大功率中速柴油机技术的进一步发展受制于人。 目前,国际上先进增压器技术已得到空前的发展,其性能遥遥领先,其中以ABB公司A100M系列增压器为例,其压比指标已达到了5.8、整机效率67%,同时还有喷嘴可调式智能性增压器产品;而我国自主研制增压器以JT系列产品为例,其技术水平仅仅达到ABB公司90年代水平,压比达到4.5,整机效率62%,产品性能水平差距较大,且差距还有进一步拉大的趋势。因此,通过“船用中速柴油机高效高压比涡轮增压器关键技术”的研究,解决国内船用大功率中速柴油机用增压器设计、制造技术等问题,将缩短国内自主品牌增压器与国际先进增压器产品的差距,打破国外公司增压器产品垄断,有效降低船用大功率中速柴油机涡轮增压器的采购成本,提高国内船用大功率中速柴油机市场竞争力,支撑国内船用大功率中速柴油机的良性发展。 二、技术原理及性能指标 1.技术原理 《船用中速柴油机高效高压比涡轮增压器关键技术及应用》实现的技术原理如下： ①以满足国内自主研发的大功率中速柴油机CS21/32性能要求为目标,充分利用现已构建起船舶涡轮增压器设计体系、设计仿真分析软件系统,开展具有自主知识产权的高效率、高压比压气机、大膨胀比涡轮、大推力轴承、径向轴承及轴系、可变几何涡轮设计等关键技术的攻关,掌握高效高压比增压器设计及制造的关键技术。 ②通过已掌握增压器的核心关键技术研发高效高压比增压器样机,该样机在增压器平台上完成型式试验,并取得CCS船级社认可,并通过与CS21/32柴油机性能匹配试验验证。 ③以母型机为基础,开展自主品牌船用中速机增压器系列化设计,形成满足国内中速柴油机的系列化产品型谱和气动性能验证样件,最后根据市场需求,开展产品制造与生产,满足国内自主品牌大功率中速柴油机系列化发展的需要。 2.课题技术指标 技术指标实现如下：①母型机技术指标（最高转速 52000r/min、涡轮进口最高允许温度 750℃、压气机最高压比5.5、持续运行压比3.0-5.0、压气机流量 2.2kg/s、增压器总效率＞65%、噪声 ≤ 120dB（A）接口尺寸：实现与国外增压器整机替换）; ②系列化机型技术指标（型谱流量范围0.3-5m3/s）。 三、技术的创造性与先进性 1.提出了基于激波损失优化控制和压气叶轮叶尖削峰结构的单级高效高压比压气机气动设计方法,解决了压气机性能因激波导致的效率低难题。 2.发明了增压器主轴连续驱动摩擦焊方法,解决了不同合金材料间的焊接技术难题,提高了增压器涡轮轴的可靠性。 3.开发了船用混流式涡轮增压器的可变喷嘴环新结构,解决了在高压比、大流量条件下船用柴油机与增压器宽广区域的匹配技术问题,可实现柴油机全工况性能优化。 四、技术的成熟度,适用范围和安全性 通过本项目针对自主品牌中速柴油机CS21/32的技术要求展完成研制样机,掌握了中高速机新型增压器的关键技术,其技术成熟度达到8~9级。最终形成了JTH系列5种型号单级高压比混流增压器产品,其单机增压器可匹配船用中速机功率范围500~3300kW。该系列产品安全性使用标准达到了军品等级。该系列产品已为河南使用柴油机重工有限责任公司、淄柴动力有限公司等3家军民两用船舶柴油机主机企业提供了产品配套。