車用高速離心空壓機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)

當(dāng)今，汽車產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步遭受全世界新能源與自然環(huán)境限定，必須加速節(jié)能降耗的腳步，運(yùn)用氫能源的新能源車是現(xiàn)階段的關(guān)鍵發(fā)展前景。英國(guó)蓋瑞特空壓機(jī)已完成運(yùn)用于日本廣州本田的氫電池車，德國(guó)Opcon企業(yè)的單螺桿空壓機(jī)為澳大利亞巴拉德氫燃料電池廠供應(yīng)，豐田汽車全自動(dòng)紡織機(jī)為Mirai燃料電池車給予了四葉羅次式空壓機(jī)。中國(guó)在氫能源車輛層面的探究發(fā)展比較晚，有關(guān)核心部件的配套設(shè)施還處在科學(xué)研究環(huán)節(jié)，比較嚴(yán)重影響到了氫電池汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

現(xiàn)階段，中國(guó)相關(guān)氫電池專用型空壓機(jī)的分析還集中化于高等院校。上海同濟(jì)大學(xué)產(chǎn)品研發(fā)的用以65 kW氫燃料電池系統(tǒng)軟件的穩(wěn)定電機(jī)驅(qū)動(dòng)器離心式空壓機(jī)，在中國(guó)初次完成了離心式風(fēng)機(jī)空壓機(jī)在80 000 r/min下的平穩(wěn)運(yùn)作；浙大開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了一款離心式風(fēng)機(jī)空壓機(jī)，壓比為1.6，總流量為165 g/s；北科大產(chǎn)品研發(fā)了一種水潤(rùn)化電動(dòng)式離心式風(fēng)機(jī)空壓機(jī)，總體高能效率貼近70%。

對(duì)于某型號(hào)規(guī)格車截氫電池進(jìn)行100 g/s、壓比2.5的車配離心式風(fēng)機(jī)空壓機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)，對(duì)焦我國(guó)氫能源戰(zhàn)略定位，對(duì)達(dá)成在我國(guó)氫電池汽車工業(yè)的進(jìn)步有著核心實(shí)際意義。

整體設(shè)計(jì)

文中挑選空壓機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速比為90 000 r/min，選用二級(jí)串連方式。選用二級(jí)壓氣機(jī)串連增加的方式，可減少單極壓氣機(jī)的增壓比，提升空壓機(jī)高能效率。二級(jí)壓氣機(jī)離心葉輪背對(duì)背布局在電動(dòng)機(jī)兩邊，可使二級(jí)離心式離心葉輪造成的軸向力互相相抵，大幅度減少軸向力?？諌簷C(jī)整體布局計(jì)劃方案如圖所示1所顯示，正中間為快速永磁直流電機(jī)，兩邊為二級(jí)壓氣機(jī)。

一維氣動(dòng)設(shè)計(jì)

依據(jù)壓氣機(jī)整體方案設(shè)計(jì)明確的主要參數(shù)，對(duì)二級(jí)壓氣機(jī)進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，經(jīng)基本設(shè)計(jì)測(cè)算，獲得二級(jí)壓氣機(jī)的設(shè)計(jì)結(jié)果。

圖2所顯示為不一樣轉(zhuǎn)速比下空壓機(jī)的氣動(dòng)特性曲線圖，包含總流量—壓比、總流量—高能效率曲線圖。根據(jù)總流量—壓比關(guān)聯(lián)曲線圖可以見(jiàn)到，伴隨著壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速比的上升，壓氣機(jī)的壓比增長(zhǎng)幅度增大，高速旋轉(zhuǎn)下壓氣機(jī)總流量范疇寬于低轉(zhuǎn)速比工作狀況下總流量范疇；根據(jù)總流量—高能效率曲線圖可以見(jiàn)到，伴隨著轉(zhuǎn)數(shù)的提升，壓氣機(jī)高能效率曲線圖向總流量擴(kuò)大的方位移動(dòng)，且至大高能效率點(diǎn)慢慢擴(kuò)大。空壓機(jī)在設(shè)計(jì)點(diǎn)的壓比為2.55，總流量為100 g/s，輸出功率為11.5 kW，氣動(dòng)高能效 率為80.5%。

三維數(shù)值計(jì)算方法

依據(jù)一維氣動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行二級(jí)壓氣機(jī)的三維數(shù)值計(jì)算方法，因壓氣機(jī)徑向?qū)ΨQ性，開(kāi)展三維數(shù)值計(jì)算方法時(shí)挑選單流道，降低運(yùn)算量，提升處理速度，圖3所顯示為低電壓級(jí)壓氣機(jī)的測(cè)算實(shí)體模型。

圖4所顯示為髙壓級(jí)壓氣機(jī)內(nèi)部流線遍布狀況，在離心葉輪的工作壓力表面流線遍布勻稱，在吸附力表面遭受葉輪著道內(nèi)從工作壓力面偏向吸附力面的滲透壓力的危害程度比較小的軸向偏位。在渦殼內(nèi)，流線遍布勻稱，表明液體流動(dòng)性狀況優(yōu)良。

圖5所顯示為髙壓級(jí)壓氣機(jī)離心葉輪50%葉高橫截面的空氣流速遍布天氣圖，在離心葉輪進(jìn)口徑向段，液體工作壓力基本上不會(huì)改變，進(jìn)到軸向段后，工作壓力沿流線方位勻稱上升，說(shuō)明葉輪著道內(nèi)增加狀況優(yōu)良。

文中對(duì)于某型車截氫電池用空壓機(jī)進(jìn)行了氣動(dòng)設(shè)計(jì)，獲得一維氣動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)果，并對(duì)于二級(jí)壓氣機(jī)進(jìn)行了三維數(shù)值計(jì)算方法。

（1）空壓機(jī)選用二級(jí)離心式串連增加的方式，對(duì)排布局在快速永磁直流電機(jī)兩邊，相抵一部分徑向推動(dòng)力，提升總體構(gòu)造的抗壓強(qiáng)度。

（2）空壓機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速比90 000 r/min，在設(shè)計(jì)點(diǎn)，空壓機(jī)總流量做到100 g/s，壓比為2.55，氣動(dòng)高能效率做到80.5%，達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定。

（3）壓氣機(jī)內(nèi)部流線遍布勻稱，流動(dòng)性狀況優(yōu)良，工作壓力沿流線方位勻稱提升，增加狀況優(yōu)良，壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)符合要求。