基于正交试验的低速机增压器涡轮排气壳性能优化研究

摘要

为提升船用低速机涡轮增压器性能，对增压器涡轮排气壳底部流道结构进行参数化，设计并开展了以效率为优化目标的四因素三水平正交试验优化设计和增压器整机性能试验。首先，采用CFD数值模拟方法对不同参数组合的涡轮气动性能进行了计算，然后对涡轮排气壳底部流道结构参数开展了灵敏度分析，同时针对不同参数组结构开展了内部流场对比分析，明确结构因素对流动的影响机理；在此基础上对优化后方案开展了涡轮特性分析，最后在低速双燃料机平台上开展增压器整机试验验证。分析研究表明：在涡轮进气壳、喷嘴环和涡轮叶片等通流部件结构不变的前提下，涡轮排气壳排气方向轴向长度对涡轮整级效率的影响最大，优化后效率明显提升，设计点总压损失系数降低0.3874,静压恢复系数提升0.537,总静效率提升1.85%,其余工况总静效率最大提升2.4%。试验结果表明：优化后涡轮增压器整机效率在主机燃油模式和燃气模式下的全工况范围内效率均有提升，最大提升幅度分别达到1.4%和2.1%,涡轮性能和增压器整机性能改善明显。