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天燃气发动机排气管优化分析
李国红曰王亮
(广西玉柴机器股份有限公司,玉林)
537000
摘要院本文围绕市场的一款天燃气发动机出现故障的排气管进行结构设计优化和仿真分析,通过仿真分析表明,加大排气管的壁
厚。增加法兰厚度以及在排气管上布置筋条,均可有效的提高排气管的可靠性,文中所优化的两款排气管都可满足设计目标,能有效
的解决市场出现的问题。
关键词院天然气;排气管;应力分析;最高温度
中图分类号院文献标识码院文章编号院()
-957X202111-0091-03
0引言功率提升的同时,天然气的发动机的热负荷会越来越大,这
近年来,我国的经济高速发展,对石油的需求越来越势必会对排气管的结构设计带来巨大的挑战,本文作者围
大,由此产生了能源短缺和环境污染问题。中国石油集团绕市场出现的一款发动机排气管断裂的故障现象,针对现
经济技术研究院发布的《年国内外油气行业发展报有故障件进行结构优化,排气管的结构参数差异如表所
20181
告》称,年中国的石油进口量为亿吨,同比增长示,同时开展仿真分析,以便需求更优的结构。
,石油对外依存度升至,已严重影响到我国的表1不同方案的排气管结构差异
能源安全。作为用油大户的汽车行业,近几年也获得快速
序号结构相对故障件变化点
发展。到年底,我国的汽车保有量已达到亿辆,
、壁厚由增至;
。为方案16mm8mm
汽车消耗了大量的石油,同时也排放了大量的污染物1、法兰厚度增至。
缓解石油短缺带来的问题,改善大气环境,发展天然气汽215mm19mm
、上下壁面加筋;
方案1
车和发动机是一个有效的替代方案[1]。2、法兰厚度增至。
满足国六排放标准的天然气发动机在采用当量燃烧路215mm19mm
1计算模型
线后,缸内温度比稀燃路线下的温度高,爆燃边界变窄;高
有限元模型包括气缸盖、排气管、涡后接管、涡后接管
增压、降转速使其向高功率密度和高负荷方向发展[2]。在升
支架、排气管垫片、增压器底座、螺栓。气缸盖、排气管、增
要要要要要要要要要要要要
作者简介院李国红(),女,天津人,工程师,本科,研究方向压器座、垫片用划分网格,螺栓用划分
1983-SimLabHyperMesh
为发动机结构设计与动力匹配。网格,在中计算内流场的温度,通过映射程序获取
FIRE
图5各因素水平变化对泄漏量的影响
则不明显;根据正交直观分析情况,本文中燃机一级透胡东旭航空发动机篦齿结构流动特性的实验研究北
于[2].[D].
平转子前腔封严台阶篦齿齿形可取,,京交通大学,
s==3mmH=2014.
,,进行设计。杜发青,吉洪湖,帅海山齿形几何参数对直通篦齿封严泄
==5mm[3].
参考文献院漏特性影响的正交实验航空动力学报,,():
[J].2013284825-831.
李文凯,张勃,吉洪湖几何参数对直通式斜齿封严泄漏特帅海山基于正交法的篦齿封严结构的传热特性研究
[1].[4].[D].
性影响的数值分析润滑与密封,,():南京航空航天大学,
[J].201439517-.
··内燃机与配件
92
热边界,在里施加边界条件,最后用求解。
AbaqusAbaqus
进行温度场计算时,垫片采用单元,实体采用
DC3D6
单元。进行强度计算时,垫片采用单
DC3D10GK3D12M
元,实体采用单元。其有限元模型如图所示。
C3D10M1
)方案
a1
图1排气管计算模型
2计算边界
排气管内壁及缸盖排气道内壁由流体计算提供
CFD
映射边界。水套、缸盖油道、缸盖进气道、缸盖火力岸、排气
管和缸盖外壁面的温度和换热系数按照经验施加;同时设
置辐射温度和系数。
温度场分析结果作为温度边界输入;)方案
淤b2
螺栓轴力:根据工艺试验可知,的排气管螺栓图2额定转速下全局温度场分布云图
于M10
拧紧力矩为·,强度计算取上限值;增压器螺栓
60~70Nm
为螺栓,拧紧力矩为·,则对应的螺栓轴力为:
M12110Nm
增压器质量为,在增压器质心处按照上下左
右前后方向分别施加一定倍数的重力加速度。
温度场分析不施加位移约束,静力分析时,缸盖封火
圈位置、机体顶面缸套安装台阶面约束上下方向(向);
Y
缸盖截面方向采用对称约束;机体顶面左右分割线上若
Z)方案
干点约束左右方向(向);缸盖底面前后中间分割线、机a1
Z
体顶面前后中间分割线上若干点约束前后方向(向)。
X
3计算结果与分析
从温度场云图图图可以看出,高温区域主要分
2-4
布在增压器到取气口之间,对应是故障位置,两种方
EGR
案最高温值区别不大,方案稍小于方案,但两种结构
12
的排气管最高温度均满足设计目标要求。
从应力云图图对比,大板筋附近的应力值方案稍
51
小于方案。
2
)方案
将应力分析结果文件导入到软件中,使用b2
FEMFAT
方法进行高周疲劳求解。图3额定转速下排气管温度场分布云图
TransMAX
从图排气管高周疲劳结果对比来看,大板筋附近安4结论
6
全系数相当,两种结构的差异不大,疲劳安全系数均满足通过对两个排气管进行最高温度、应力分析,高周疲
设计要求。劳分析,最终结果如表所示。
2
InternalCombustionEngine&Parts··
93
)方案)方案
a1a2
图4额定转速下排气管内腔温度场分布云图
)方案)方案
a1a2
图5排气管应力云图渊增压器10g向上振动冤
)方案)方案
a1a2
图6排气管高周疲劳计算结果
表2两种排气管的CAE分析结果五六缸大板筋及周围的应力对比,优于。
SF1SF2
计算结果参考文献院
目标陈本林,等国六排放天然气发动机开发汽车工程学报,
方案方案[1].[J].
12,()
最高温度()2021111.
:西安交通大学出版
疲劳安全系数[2].[酝]援
,
圆园园员.
两个方案最高温度相差很小,均合格;三个方案曾丽丽,等天然气发动机爆燃仿真分析与试验研究汽
淤于[3].[J].
最小安全系数也相差很小,均合格;从应力云图上分析,车与新动力,
盂2020.