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车用高速离心空压机气动设计

返回列表 来源: 发布日期: 2021.11.17

当今,汽车产业的进步遭受全世界新能源与自然环境限定,必须加速节能降耗的脚步,运用氢能源的新能源车是现阶段的关键发展前景。英国盖瑞特空压机已完成运用于日本广州本田的氢电池车,德国Opcon企业的单螺杆空压机为澳大利亚巴拉德氢燃料电池厂供应,丰田汽车全自动纺织机为Mirai燃料电池车给予了四叶罗次式空压机。中国在氢能源车辆层面的探究发展比较晚,有关核心部件的配套设施还处在科学研究环节,比较严重影响到了氢电池汽车工业的发展趋势。

现阶段,中国相关氢电池专用型空压机的分析还集中化于高等院校。上海同济大学产品研发的用以65 kW氢燃料电池系统软件的稳定电机驱动器离心式空压机,在中国初次完成了离心式风机空压机在80 000 r/min下的平稳运作;浙大开发设计了一款离心式风机空压机,压比为1.6,总流量为165 g/s;北科大产品研发了一种水润化电动式离心式风机空压机,总体高能效率贴近70%。

对于某型号规格车截氢电池进行100 g/s、压比2.5的车配离心式风机空压机气动设计,对焦我国氢能源战略定位,对达成在我国氢电池汽车工业的进步有着核心实际意义。

整体设计

文中挑选空压机设计转速比为90 000 r/min,选用二级串连方式。选用二级压气机串连增加的方式,可减少单极压气机的增压比,提升空压机高能效率。二级压气机离心叶轮背对背布局在电动机两边,可使二级离心式离心叶轮造成的轴向力互相相抵,大幅度减少轴向力。空压机整体布局计划方案如图所示1所显示,正中间为快速永磁直流电机,两边为二级压气机。

一维气动设计

依据压气机整体方案设计明确的主要参数,对二级压气机进行协同设计,经基本设计测算,获得二级压气机的设计結果。

不同空压机性能曲线

2所显示为不一样转速比下空压机的气动特性曲线图,包含总流量—压比、总流量—高能效率曲线图。根据总流量—压比关联曲线图可以见到,伴随着压气机转速比的上升,压气机的压比增长幅度增大,高速旋转下压气机总流量范畴宽于低转速比工作状况下总流量范畴;根据总流量—高能效率曲线图可以见到,伴随着转数的提升,压气机高能效率曲线图向总流量扩大的方位移动,且至大高能效率点慢慢扩大。空压机在设计点的压比为2.55,总流量为100 g/s,输出功率为11.5 kW,气动高能效 率为80.5%。

低压机压气机单流道计算模型

三维数值计算方法

依据一维气动设计結果进行二级压气机的三维数值计算方法,因压气机径向对称性,开展三维数值计算方法时挑选单流道,降低运算量,提升处理速度,图3所显示为低电压级压气机的测算实体模型。

高压机压气机内部流线分布

4所显示为髙压级压气机內部流线遍布状况,在离心叶轮的工作压力表面流线遍布匀称,在吸附力表面遭受叶轮着道内从工作压力面偏向吸附力面的渗透压力的危害程度比较小的轴向偏位。在涡壳内,流线遍布匀称,表明液体流动性状况优良。

高压机压气机叶轮50%叶高截面的总压分布云图

5所显示为髙压级压气机离心叶轮50%叶高横截面的空气流速遍布天气图,在离心叶轮進口径向段,液体工作压力基本上不会改变,进到轴向段后,工作压力沿流线方位匀称上升,说明叶轮着道内增加状况优良。

文中对于某型车截氢电池用空压机进行了气动设计,获得一维气动设计結果,并对于二级压气机进行了三维数值计算方法。

1)空压机选用二级离心式串连增加的方式,对排布局在快速永磁直流电机两边,相抵一部分径向推动力,提升总体构造的抗压强度。

2)空压机设计转速比90 000 r/min,在设计点,空压机总流量做到100 g/s,压比为2.55,气动高能效率做到80.5%,达到设计规定。

3)压气机內部流线遍布匀称,流动性状况优良,工作压力沿流线方位匀称提升,增加状况优良,压气机气动设计符合要求。

 

 

 


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