調節閥技術文檔

    可變幾何渦輪增壓器（VGT）通過調節裝置調節渦輪等效流通截面，能夠兼顧發動機的高速和低速性能，與發動機保持合理匹配，已在發達國家得到廣泛應用。盡管VGT具有增壓效率高、較好解決渦輪遲滯問題及較高的變海拔適應能力等優點，但是受VGT增壓比（小于4）的限制，其對柴油機的高原功率恢復能力不及兩級渦輪增壓器。因此，為了滿足柴油機變海拔高壓比、寬流量的需求，本文在增壓器試驗臺上對設計的帶廢氣調節閥的VGT進行試驗，研究其渦輪流通特性、壓氣機流量特性和廢氣調節閥調節特性。

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試驗系統和試驗方法

1、試驗系統 內容來自cqphs.com

    試驗是在某公司增壓器綜合試驗臺上進行的，該試驗臺能夠自動控制渦輪增壓器的試驗，是目前世界上最先進、精度最高的增壓器綜合性能試驗臺。 重慶普惠斯

2、 帶廢氣調節閥的VGT結構特點

    帶廢氣調節閥的VGT三維模型如圖1所示。廢氣調節閥集成在VGT渦輪殼體上，VGT葉片和廢氣調節閥的電動調節機構均通過支架安裝在增壓器殼體上。 本文來自重慶普惠斯閥門

    VGT葉片旋轉角度調節范圍為36.5°-77.9°（即31.4°），對應葉片開度為100%-0。葉片開度由電動執行器調節。

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（a）外形圖（b）剖面圖

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圖1 帶廢氣調節閥的VGT三維模型圖

    廢氣調節閥采用繞軸旋轉開啟式閥門結構，閥孔直徑為23mm。

    帶廢氣調節閥的VGT主要結構參數如表1所列。

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表1 帶廢氣調節閥的VGT主要結構參數 copyright cqphs.com

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3、試驗方法

    a.VGT葉片開度調節方法

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    將葉片開度調至全關（葉片初始位置為全開，開度100%）位置，然后按20%、40%、60%、80%、100%的開度依次調節。

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    b.壓氣機性能試驗方法 重慶普惠斯

    將廢氣調節閥置于全關位置，依據《GBT23341.2—2009渦輪增壓器第2部分：試驗方法》進行壓氣機性能試驗。試驗轉速為60000r/min、80000r/min、100000r/min、110000r/min、120000r/min；每條轉速線均從喘振點到堵塞流量選7個測量點逐點測量。

    c.渦輪機性能試驗方法

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    試驗時，每條等渦輪相似轉速線均從小流量點到最大相似流量點逐點測量，其中最小相似流量點與最大相似流量點分別對應壓氣機喘振點和阻塞點。依次對VGT葉片開度為20%、40%、60%、80%、100%時進行渦輪機性能試驗。

    d.廢氣調節閥調節特性試驗 內容來自cqphs.com

    將VGT葉片開度設置在80%的位置，調節閥閉合時調節渦輪轉速為80000r/min，以5°為間隔，依次增大廢氣調節閥開啟角度，進行試驗。 cqphs.com

試驗結果與分析

1、渦輪機性能試驗結果與分析

    渦輪機性能主要由渦輪定熵效率、膨脹比、氣體流量和渦輪轉速等參數表示。渦輪機性能曲線表示了在各種工況下渦輪主要工作參數的變化關系，是確定渦輪與發動機匹配合理與否的重要依據。圖2和圖3分別為VGT葉片不同開度下渦輪流量特性和效率特性曲線。

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圖2 不同VGT葉片開度下渦輪流量特性曲線

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圖3 不同VGT葉片開度下渦輪效率特性曲線

    從圖2可以看出，渦輪相似流量范圍為13.0-38.5kgK1/2/s/MPa，膨脹比范圍為1.26-3.60。VGT葉片處于20%開度時的渦輪流通能力與60%以上開度相比明顯降低，且20%-60%開度之間的渦輪流通能力增量遠大于60%-100%開度之間的增量。在膨脹比為2.5時，20%開度的相似流量（17.2kgK1/2/s/MPa）僅為60%開度（32.5kgK1/2/s/MPa）的53%，而60%開度的相似流量為100%開度（38.0kgK1/2/s/MPa）的22%；20%、40%、60%、80%與100%開度相比的相似流量差值依次減小，分別為8.8、6.5、3.6、3.6。

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    從圖3可以看出，渦輪最高效率為70%，其中20%-80%開度下的渦輪效率在不同速比的情況下相差較小，而100%開度下的渦輪效率明顯偏低，最大效率僅為45%。這表明該款增壓器在渦輪葉輪參數不變的情況下，噴嘴環葉片開度從20%-80%開度調節時，渦輪效率較高；而當噴嘴環葉片達100%時渦輪效率降低，其原因是此時已超出最佳調節范圍，使渦輪反動度下降，效率下降。因此，該增壓器與柴油機匹配時噴嘴環葉片最佳開度應設置在20%-80%之間。

2、廢氣調節閥調節特性試驗結果與分析 內容來自cqphs.com

    圖4為VGT葉片開度80%、渦輪轉速為80000r/min時，兩次試驗得到的渦輪轉速隨廢氣調節閥開度的變化曲線。由圖4可以看出，隨著廢氣調節閥開度的增大，渦輪機轉速逐漸下降。廢氣調節閥開度由完全關閉到開啟20°時，渦輪轉速由初始的80000r/min逐漸下降到70000r/min，再繼續增大廢氣調節閥開度，渦輪轉速基本不變，說明廢氣調節閥開啟20°時，流量已達到最大。同時，廢氣調節閥由5°開啟到15°時，渦輪轉速下降迅速，表明此范圍內調節能力較強，因此在制定調節閥調節策略時，應采取小步長調節。

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圖4 廢氣調節閥調節特性曲線 重慶普惠斯閥門

3、壓氣機性能試驗結果與分析 內容來自cqphs.com

    圖5和圖6分別為廢氣調節閥完全關閉、不同噴嘴環葉片開度下壓氣機壓比特性和效率特性曲線�？芍�，壓氣機的流量范圍在0.05-0.31kg/s之間，壓比在1.22-2.98之間；不同轉速、不同葉片開度壓氣機最高效率均在70%以上，最高達75%。除不同轉速對應的最大流量點和60000r/min對應的最小流量點外，其它流量對應的壓氣機效率都在62%以上。

圖5 壓氣機壓比特性曲線 內容來自cqphs.com

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圖6 壓氣機效率特性曲線 內容來自cqphs.com

    圖7為壓氣機流量特性曲線�？梢钥闯�，壓氣機高效率圈呈封閉的橢圓形，處于壓氣機流量特性圖的中間位置，遠離喘振線；壓氣機74%高效率圈很大，對應的壓比范圍1.51-2.15、流量范圍0.13-0.21kg/s；壓氣機特性線很陡，進氣流量在0.08-0.20kg/s之間時，壓氣機特性線斜率接近于1，這對提高柴油機低速動力性能十分有利。

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圖7 壓氣機流量特性曲線

• 廢氣調節閥全關時，隨著VGT葉片開度的增大，渦輪相似流量依次增大，但差值依次減小。渦輪相似流量在13.0-38.5kgK1/2/s/MPa之間，對應的膨脹比為1.26-3.6，最高效率達到70%。
• 隨著廢氣調節閥開度的增大，渦輪轉速逐漸下降，廢氣調節閥開啟角度達到20°時，流通能力達到最大。
• 壓氣機的流量范圍為0.05-0.31kg/s，壓比在1.22-2.98之間變化，壓氣機74%高效率圈很大，對應的壓比范圍為1.51-2.15、流量范圍為0.13-0.21kg/s。