一種離心壓氣機非穩(wěn)態(tài)特性試驗臺及試驗方法與流程

本發(fā)明屬于動力機械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種出口脈動流動條件下離心壓氣機非穩(wěn)態(tài)特性試驗臺及試驗方法。

背景技術(shù)：

隨著世界能源危機的加劇以及各國環(huán)保法規(guī)的不斷嚴格化，汽車發(fā)動機對節(jié)能、環(huán)保的要求也越來越高，渦輪增壓技術(shù)的應(yīng)用在提高內(nèi)燃機的燃油經(jīng)濟性和比功率，以及降低排放等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。離心壓氣機作為渦輪增壓器的核心部件之一，具有體積小、單級壓比高、成本低以及工藝性能好等優(yōu)點，特別適用于小流量高壓比的應(yīng)用場合。車用渦輪增壓器要求具有較好的變工況特性和瞬態(tài)響應(yīng)性能，以適應(yīng)車輛發(fā)動機負荷不斷變化的需求，而離心壓氣機一旦進入不穩(wěn)定工作狀態(tài)，尤其是小流量發(fā)生喘振時，不但失去增壓能力，同時葉片將發(fā)生強烈的震動導(dǎo)致壓氣機損壞，因此研究離心壓氣機非穩(wěn)態(tài)工作特性具有重要的意義。

車用發(fā)動機普遍采用活塞式內(nèi)燃機，其進氣門開啟面積及氣缸工作容積隨曲軸轉(zhuǎn)角發(fā)生變化，發(fā)動機進氣管內(nèi)存在氣體慣性效應(yīng)和壓力波的傳播，發(fā)動機進氣系統(tǒng)內(nèi)為脈沖流動條件，它對進氣系統(tǒng)的流動特性將會產(chǎn)生影響。對于車用渦輪增壓器離心壓氣機，其出口與發(fā)動機進氣管相連，因此其出口流動參數(shù)一定會隨著發(fā)動機進氣門的開啟關(guān)閉而呈現(xiàn)出一定的波動特性。雖然目前發(fā)動機進氣系統(tǒng)中在離心壓氣機與進氣管之間有中冷器，它的存在會對離心壓氣機出口流動參數(shù)波動產(chǎn)生一定的阻尼作用，但是離心壓氣機出口依然具有一定程度的氣流脈動。活塞式內(nèi)燃機的這種工作特點，使得氣流脈動對離心壓氣機流動特性產(chǎn)生較大影響，其實際性能與在穩(wěn)定流動條件下測得的性能有很大不同。因此，通過試驗方法研究出口脈動流動條件下離心壓氣機的非穩(wěn)態(tài)流動特征對于提高發(fā)動機性能具有重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種離心壓氣機非穩(wěn)態(tài)特性試驗臺及試驗方法，不僅能夠測量離心壓氣機的穩(wěn)態(tài)性能，還可以通過模擬離心壓氣機實際工作時存在的出口壓力脈動，進而測量在這種壓力脈動條件下離心壓氣機的非穩(wěn)態(tài)性能。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種離心壓氣機非穩(wěn)態(tài)特性試驗臺，包括：空壓機、氣源調(diào)節(jié)閥、燃燒室進氣管、燃燒室、渦輪進氣管、渦輪箱、渦輪排氣管、離心壓氣機、壓氣機進口管、壓氣機出口總管、穩(wěn)態(tài)工況調(diào)節(jié)閥、非穩(wěn)態(tài)測試調(diào)節(jié)閥及脈沖發(fā)生器；

所述燃燒室上設(shè)有噴油孔；

所述壓氣機出口總管的出氣口分為兩個分支，分別為第一壓氣機排氣管和第二壓氣機排氣管；

整體連接關(guān)系如下：空壓機通過燃燒室進氣管與燃燒室的進氣端連接，燃燒室的出氣端通過渦輪進氣管與渦輪箱的進口端連接，渦輪箱的出口端通過渦輪排氣管與大氣相連，渦輪箱內(nèi)的渦輪在來自燃燒室的高溫燃氣的作用下進行高速旋轉(zhuǎn)；其中，在燃燒室進氣管上安裝有氣源調(diào)節(jié)閥；

離心壓氣機與渦輪箱內(nèi)的渦輪同軸連接，且離心壓氣機的進氣端通過壓氣機進口管與大氣相連，離心壓氣機的出氣端與壓氣機出口總管的進氣口連接，在第一壓氣機排氣管上安裝有穩(wěn)態(tài)工況調(diào)節(jié)閥，在第二壓氣機排氣管上沿放氣方向依次安裝有非穩(wěn)態(tài)測試調(diào)節(jié)閥及脈沖發(fā)生器；

其中，在離心壓氣機內(nèi)設(shè)置有測速裝置；在壓氣機進口管上設(shè)置有流量計；在壓氣機進口管、第一壓氣機排氣管和第二壓氣機排氣管上均設(shè)置有溫度計和壓力計。

基于所述一種離心壓氣機非穩(wěn)態(tài)特性試驗臺進行非穩(wěn)態(tài)特性的試驗方法的具體步驟如下：

第一步，調(diào)節(jié)離心壓氣機至設(shè)定的測試工況：

首先，開啟穩(wěn)態(tài)工況調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉非穩(wěn)態(tài)測試調(diào)節(jié)閥，打開空壓機，使外氣源提供的空氣經(jīng)空壓機壓縮后的形成的壓縮空氣經(jīng)過燃燒室進氣管進入燃燒室，壓縮空氣在燃燒室與經(jīng)燃燒室的噴油孔噴入的燃油混合燃燒后生成高溫燃氣，高溫燃氣經(jīng)過渦輪進氣管進入渦輪箱，驅(qū)動渦輪箱內(nèi)的渦輪高速旋轉(zhuǎn)，渦輪帶動同軸的離心壓氣機旋轉(zhuǎn)，離心壓氣機將由壓氣機進口管吸入的空氣進行壓縮后，經(jīng)第一壓氣機排氣管排入大氣；

然后，通過調(diào)節(jié)氣源調(diào)節(jié)閥、燃燒室的噴油孔噴入的燃油量和穩(wěn)態(tài)工況調(diào)節(jié)閥，使離心壓氣機的工況達到設(shè)定的測試工況；

最后，記錄此時的離心壓氣機的轉(zhuǎn)速，壓氣機進口管上的壓氣機進口壓力、壓氣機進口溫度和壓氣機進口流量，第一壓氣機排氣管上的壓氣機穩(wěn)態(tài)出口壓力和壓氣機穩(wěn)態(tài)出口溫度；

第二步，進行離心壓氣機的非穩(wěn)態(tài)特性試驗：

首先，以設(shè)定速率逐漸關(guān)閉穩(wěn)態(tài)工況調(diào)節(jié)閥，同時以設(shè)定速率逐漸開啟非穩(wěn)態(tài)測試調(diào)節(jié)閥，在穩(wěn)態(tài)工況調(diào)節(jié)閥完全關(guān)閉后，通過調(diào)節(jié)非穩(wěn)態(tài)測試調(diào)節(jié)閥的開度，直至離心壓氣機再次達到第一步中設(shè)定的測試工況；

然后，開啟脈沖發(fā)生器，調(diào)節(jié)脈沖發(fā)生器的轉(zhuǎn)速以達到測試的脈沖氣流頻率，其中，所述脈沖氣流頻率與通過發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和氣缸個數(shù)計算得出的氣流頻率相等；

最后，記錄此時的離心壓氣機的轉(zhuǎn)速，壓氣機進口管上的壓氣機進口壓力、壓氣機進口溫度和壓氣機進口瞬態(tài)流量，第二壓氣機排氣管上的壓氣機非穩(wěn)態(tài)出口瞬態(tài)壓力和壓氣機非穩(wěn)態(tài)出口溫度。

有益效果：本發(fā)明的試驗臺能夠?qū)崿F(xiàn)模擬離心壓氣機實際工作時存在的出口壓力脈動，并研究在該脈動條件下離心壓氣機的非穩(wěn)態(tài)性能，使離心壓氣機性能測試結(jié)果更接近于實際運行工況，解決目前離心壓氣機性能試驗臺只能研究離心壓氣機穩(wěn)態(tài)特性的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明試驗臺的連接示意圖。

圖2為本發(fā)明試驗臺的工作示意圖。

其中，1-空壓機，2-氣源調(diào)節(jié)閥，3-燃燒室進氣管，4-燃燒室，5–渦輪進氣管，6-渦輪箱，7-渦輪排氣管，8–離心壓氣機，9-壓氣機進口管，10-壓氣機出口總管，11-穩(wěn)態(tài)工況調(diào)節(jié)閥，12-第一壓氣機排氣管，13-非穩(wěn)態(tài)測試調(diào)節(jié)閥，14-脈沖發(fā)生器，15-第二壓氣機排氣管2。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。

本發(fā)明提供了一種出口脈動流動條件下離心壓氣機非穩(wěn)態(tài)特性試驗臺，參見附圖1和2，包括：空壓機1、氣源調(diào)節(jié)閥2、燃燒室進氣管3、燃燒室4、渦輪進氣管5、渦輪箱6、渦輪排氣管7、離心壓氣機8、壓氣機進口管9、壓氣機出口總管10、穩(wěn)態(tài)工況調(diào)節(jié)閥11、非穩(wěn)態(tài)測試調(diào)節(jié)閥13及脈沖發(fā)生器14；

所述燃燒室4上設(shè)有噴油孔；

所述壓氣機出口總管10的出氣口分為兩個分支，分別為第一壓氣機排氣管12和第二壓氣機排氣管15；

整體連接關(guān)系如下：空壓機1通過燃燒室進氣管3與燃燒室4的進氣端連接，燃燒室4的出氣端通過渦輪進氣管5與渦輪箱6的進口端連接，渦輪箱6的出口端通過渦輪排氣管7與大氣相連，渦輪箱6內(nèi)的渦輪在來自燃燒室4的高溫燃氣的作用下，能夠進行高速旋轉(zhuǎn)；其中，在燃燒室進氣管3上安裝有氣源調(diào)節(jié)閥2；

離心壓氣機8與渦輪箱6內(nèi)的渦輪同軸連接，且離心壓氣機8的進氣端通過壓氣機進口管9與大氣相連，離心壓氣機8的出氣端與壓氣機出口總管10的進氣口連接，在第一壓氣機排氣管12上安裝有穩(wěn)態(tài)工況調(diào)節(jié)閥11，在第二壓氣機排氣管15上沿放氣方向依次安裝有非穩(wěn)態(tài)測試調(diào)節(jié)閥13及脈沖發(fā)生器14；其中，非穩(wěn)態(tài)測試調(diào)節(jié)閥13位于離心壓氣機8的一側(cè)；

在離心壓氣機8內(nèi)設(shè)置有測速裝置，用于測量離心壓氣機8的轉(zhuǎn)速；在壓氣機進口管9上設(shè)置有流量計，用于測量離心壓氣機8的壓氣機進口流量，在壓氣機進口管9上還設(shè)置有溫度計和壓力計，用于測量離心壓氣機8的壓氣機進口溫度和壓氣機進口壓力；在第一壓氣機排氣管12和第二壓氣機排氣管15上均設(shè)置有溫度計和壓力計，分別用于測量離心壓氣機8的壓氣機穩(wěn)態(tài)出口壓力和壓氣機穩(wěn)態(tài)出口溫度及壓氣機非穩(wěn)態(tài)出口瞬態(tài)壓力和壓氣機非穩(wěn)態(tài)出口溫度。

基于所述試驗臺進行非穩(wěn)態(tài)特性的試驗方法，其具體步驟如下：

第一步，調(diào)節(jié)離心壓氣機8至設(shè)定的測試工況：

首先，開啟穩(wěn)態(tài)工況調(diào)節(jié)閥11，關(guān)閉非穩(wěn)態(tài)測試調(diào)節(jié)閥13，打開空壓機1，使外氣源提供的空氣經(jīng)空壓機1壓縮后形成的壓縮空氣經(jīng)過燃燒室進氣管3進入燃燒室4，壓縮空氣在燃燒室4與經(jīng)燃燒室4的噴油孔噴入的燃油混合燃燒后生成高溫燃氣，高溫燃氣經(jīng)過渦輪進氣管5進入渦輪箱6，驅(qū)動渦輪箱6內(nèi)的渦輪高速旋轉(zhuǎn)，渦輪帶動同軸的離心壓氣機8旋轉(zhuǎn)，離心壓氣機8將由壓氣機進口管9吸入的空氣進行壓縮后，經(jīng)第一壓氣機排氣管12排入大氣；

然后，通過調(diào)節(jié)氣源調(diào)節(jié)閥2、燃燒室4的噴油孔噴入的燃油量和穩(wěn)態(tài)工況調(diào)節(jié)閥11，使離心壓氣機8的工況達到設(shè)定的測試工況；

最后，記錄此時的離心壓氣機8的轉(zhuǎn)速，壓氣機進口管9上的壓氣機進口壓力、壓氣機進口溫度和壓氣機進口流量，第一壓氣機排氣管12上的壓氣機穩(wěn)態(tài)出口壓力和壓氣機穩(wěn)態(tài)出口溫度。

第二步，進行離心壓氣機8的非穩(wěn)態(tài)特性試驗：

首先，以設(shè)定速率逐漸關(guān)閉穩(wěn)態(tài)工況調(diào)節(jié)閥11，同時以設(shè)定速率逐漸開啟非穩(wěn)態(tài)測試調(diào)節(jié)閥13，在穩(wěn)態(tài)工況調(diào)節(jié)閥11完全關(guān)閉后，通過調(diào)節(jié)非穩(wěn)態(tài)測試調(diào)節(jié)閥13的開度，直至離心壓氣機8再次達到第一步中設(shè)定的測試工況；其中，逐漸關(guān)閉穩(wěn)態(tài)工況調(diào)節(jié)閥11，同時逐漸開啟非穩(wěn)態(tài)測試調(diào)節(jié)閥13是為了防止穩(wěn)態(tài)工況調(diào)節(jié)閥11和非穩(wěn)態(tài)測試調(diào)節(jié)閥13的突然開關(guān)造成離心壓氣機8的喘振；

然后，開啟脈沖發(fā)生器14，調(diào)節(jié)脈沖發(fā)生器14的轉(zhuǎn)速以達到測試的脈沖氣流頻率，其中，所述脈沖氣流頻率與通過發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和氣缸個數(shù)計算得出的氣流頻率相等；

記錄此時的離心壓氣機8的轉(zhuǎn)速，壓氣機進口管9上的壓氣機進口壓力、壓氣機進口溫度和壓氣機進口瞬態(tài)流量，第二壓氣機排氣管15上的壓氣機非穩(wěn)態(tài)出口瞬態(tài)壓力和壓氣機非穩(wěn)態(tài)出口溫度；

最后，進行多次重復(fù)性測試，并根據(jù)上述數(shù)據(jù)進行非穩(wěn)態(tài)特性分析。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。