客户案例分享 | 戴姆勒
戴姆勒使用Concepts NREC软件进行涡轮增压器的突破性研发
客户案例：戴姆勒
为进一步降低燃油消耗并延长商用车的使用寿命，戴姆勒公司(Daimler AG)决定自行研发涡轮增压器。基于Concepts NREC CAE软件 (如AxCent®、COMPAL®和RITAL™)，创新了一种新型非对称设计结构，对Cascadia Evolution货运卡车的新发动机产生了显著效果。
涡轮增压器是给内燃机增压的最有效装置，这是有据可依的。然而，在戴姆勒公司的重型商用车发动机中，涡轮增压器也作为高效EGR(发动机气体再循环)系统应用。这种涡轮增压技术的应用转变具有明显的油耗优势——这对商用车辆运输来说非常关键。此外，它还实现了高达35%的EGR率，更高的涡轮增压系统效率和超过百万公里的使用寿命。
这些显著的成果归因于一种特殊非对称蜗壳的设计——其中一个涡轮的蜗壳比另一个的大。这种设计不需要可变几何涡轮系统，这也恰好不利于降低油耗。
非对称设计一直是戴姆勒的目标，但实际意味着要将涡轮增压器与发动机进行定制匹配，以获得最优性能。如使用第三方供应商的涡轮增压器，无论从技术还是经济，都是非常难的。考虑到这点，戴姆勒决定在斯图加特研发工厂使用Concepts NREC软件开始设计自己的涡轮增压器。
戴姆勒CV发动机的废气涡轮增压器(图片由ATZelectronik提供)
涡轮增压器开发经理Markus Müller博士说：“在购买软件前，我们对不同的叶轮机械设计软件进行了评估”。令人印象深刻的是，Müller博士和他的团队选择了Concepts NREC 敏捷工程设计系统，包括RITAL用于涡轮初步设计，COMPAL用于压缩机初步设计，Axcent用于涡轮和压缩机的详细设计。
在该特殊项目中选择Concepts NREC软件被证明是至关重要的，向心涡轮中非对称涡壳的缩放是通过RITAL特别开发的一个新功能实现的。Müller博士说：“这是一个独立的子项目，我们与Nicholas Baines博士（Concepts NREC杰出企业研究员）密切合作，以实现所需的功能层次，我们得到的支持是一流的。“
有了新的软件功能，RITAL可直接用于设计非对称的涡轮级并分析性能，通过data reduction功能优化参数，并进行建模。这些数据可便捷的链接至AxCent中进行进一步的叶片设计和热力学分析。
重要的是，发动机的热力学特性有助于确定非对称向心涡轮单个蜗壳的尺寸。三维流动数值模拟的详细分析可锁定涡轮内部高损失区域，有助于效率优化策略。另外，涡轮叶轮设计时采用了尽可能大的出口角，以最大化效率，尤其是在发动机部分负荷运行时。
为最大化部分负荷效率，在满负荷时以特定的反动度设计，使得最高效率点移至部分负荷。这种优化很大程度上取决于汽车发动机的应用情况，体现在高子部件效率和低油耗之间的折衷。为了设计一个具有最大机械效率的非对称涡轮，必须反复进行复杂的数值仿真。
戴姆勒公司还利用COMPAL进行了压缩机叶轮的设计研发，不断折衷性能范围和最优效率，并达到了80%的峰值效率，数值优化后具有一定包角的后掠叶片有助于实现这一点。
经过大约5次主要的压缩机叶轮和10次涡轮迭代后，已准备好进行最终耐久性测试以提供功能验证。这需要不断检查涡轮增压器的性能图。例如，务必保证涡轮增压器在发动机供油极限时正常运行。
还进行了加速叶轮寿命测试，优化后的叶轮在疲劳失效前可在涡轮增压器试验台上进行超过20万次的热态循环。。该循环可以转换成以公里为单位的相应的客户端实际运行循环。此外，还对多缸发动机进行了2000小时的耐久性测试，以检查热机械强度。
在欧洲，美国，非洲和亚洲都进行了高海拔和高环境温度下的道路测试，总共进行了超过900万公里测试，以及15万小时的发动机运行测试和7万小时的燃气试验台测试，均满足戴姆勒及其客户期望的性能，安全和质量要求。
压缩机性能图（图片由ATZelectronik提供）
新款涡轮增压器于2012年第3季度在戴姆勒的曼海姆工厂开始生产，作为戴姆勒新一代发动机的一部分，被首次用于Cascadia Evolution货运卡车上，Cascadia Evolution的设计目标是公路上最省油的商用卡车。
关于Concepts NREC
Concepts NREC是世界领先的为叶轮机械设计与开发提供全方位解决方案的技术咨询公司。
60多年以来，Concepts NREC的工程服务和软件产品广泛应用于航空航天、能源化工，通用机械、石油天然气、交通运输和大众消费品等行业，在叶轮机械行业享有极高的声誉。Concepts NREC在全球拥有超过1,200家客户，全球绝大多数离心压缩机、透平膨胀机、工业轴流压缩机、航空发动机、燃气轮机、汽轮机、涡轮增压器、泵和风机等产品领域的知名制造商均是Concepts NREC的合作伙伴。
