自循环方式的涡轮增压器高低温循环热冲击测试试验台制造技术

本发明专利技术涉及一种涡轮增压器可靠性测试设备，属于动力机械技术领域。包括两个独立的涡轮增压器自循环试验台、两个试验台之间的连接管路以及调节两个试验台之间气体流量的阀门和调节待测增压器向大气排气的阀门。本发明专利技术同时公开了高低温循环热冲击试验的调节方法。本发明专利技术采用基于涡轮增压器自循环的方式完成涡轮增压器高低温循环热冲击试验，无须在外气源为试验台提供压缩空气，可同时完成两台涡轮增压器的热冲击测试，节约了试验费用。与在发动机上进行循环热冲击试验相比，该试验台不受发动机排气温度的限制，能够实现更大温度范围的高低温循环热冲击试验，对提高涡轮增压器可靠性具有重要应用价值。

【技术实现步骤摘要】
自循环方式的涡轮增压器高低温循环热冲击测试试验台
本专利技术涉及一种涡轮增压器可靠性测试设备，具体涉及一种自循环方式的涡轮增压器高低温循环热冲击测试试验台，属于动力机械

技术介绍
涡轮增压技术的应用在提高内燃机的比功率和燃油经济性、降低排放等方面发挥了重要的作用，特别的，随着排放法规的日益严格，越来越多的车辆生产厂家采用了该技术。涡轮增压器安装于发动机的排气侧，在使用过程中，随着发动机工况的改变，来自发动机排气的热量和冲击使得增压器处于复杂的工作状态。在发动机排气热负荷的冲击下，涡轮增压器的轴承系统和叶轮都可能因此发生各种问题，特别的，处于高温状态的涡轮，长期处于高温以及快速、大范围温度变化状态下，其涡壳、叶轮往往不是受力过大而损坏，而是由于不断的承受高低温冷热冲击和高低速循环工况，发生热疲劳、机械疲劳以及蠕变等强度失效等相关问题而损坏。涡轮增压器在使用前，进行高低温热冲击耐久试验对于提高增压器可靠性和使用寿命具有重要的意义。由于发动机排气温度大范围变化引起增压器的损坏的问题早已引起国内外增压器生产厂商以及发动机厂家的普遍重视。涡轮增压器在正式投入使用前，发动机厂家将增压器安装在发动机上进行耐久性试验，对涡轮增压器整机的可靠性进行考核。针对出现的问题进行评估分析，结合工程经验，找出失效原因，提出解决方案重新进行耐久性试验以保障增压器的可靠性。例如，霍尼韦尔增压器业务结构强度部门开发了高温热-机械疲劳评估模型和方法用于解决增压器的强度失效问题，曾应用该模型和方法，结合工程经验找出了增压器在发动机上的耐久试验中，增压器涡轮进气温度在200℃到830℃之间循环变化时，旁通阀口的开裂问题的失效原因。当前，国内外对热冲击的试验方法进行过研究，但尚没有制定国际公认的标准试验方法。在我国，也没有制定针对热冲击试验的国家标准，试验方法和设备也各不相同。除了在发动机上进行耐久性试验外，部分增压器厂家目前采用外气源不断输入压缩空气，经过燃烧室喷油点火燃烧后驱动增压器进行高低温冲击试验，这种方式需要消耗大量的压缩空气。由于该试验耗时长，通常为几百个小时，一次高低温热冲击试验将耗费大量电力。在增压器的使用中，热冲击对于增压器的损坏是一个非常严重的问题，在涡轮叶片上，经常可以观察到由于热冲击引起的裂纹。这是由于发动机每次起动和停车以及工况变化使涡轮端受到骤然的加热和冷却，因而引起了热应力。开发专门的用于增压器热冲击测试试验的设备，在增压器出厂前进行热冲击试验考核无论是对于增压器生产厂家还是发动机厂家都具有重要的应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术需要采用外气源不断输入压缩空气消耗大量电力的问题，提供一种自循环方式的涡轮增压器高低温循环热冲击测试试验台。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。自循环方式的涡轮增压器高低温循环热冲击测试试验台，包括第一自循环试验台与第二自循环试验台，二者作用完全相同；以及放气阀，补气阀与连接管路；第一自循环试验台由第一启动控制阀、第一气源进气管、第一燃烧室、第一压气机出口管、第一涡轮进气管、第一涡轮排气管、第一压气机进口管、第一待测增压器组成；第一待测增压器包括第一涡轮、第一压气机。第一压气机进气管一端与第一压气机的进口连接，另一端与大气连通；第一压气机的出口通过第一压气机出口管与第一燃烧室连接，第一燃烧室另一端通过第一涡轮进气管与第一涡轮的进口连接；第一涡轮的出口通过第一涡轮排气管与大气连通。在第一压气机出口管上靠近第一燃烧室一侧有第一启动控制阀和第一气源进气管。第二自循环试验台由第二启动控制阀、第二气源进气管、第二燃烧室、第二压气机出口管、第二涡轮进气管、第二涡轮排气管、第二压气机进口管、第二待测增压器组成；第二待测增压器包括第二涡轮、第二压气机。第二压气机进气管一端与第二压气机的进口连接，另一端与大气连通；第二压气机的出口通过第二压气机出口管与第二燃烧室连接，第二燃烧室另一端通过第二涡轮进气管与第二涡轮的进口连接；第二涡轮的出口通过第二涡轮排气管与大气连通。在第二压气机出口管上靠近第二燃烧室一侧有第二启动控制阀和第二气源进气管。整体连接关系：两个自循环试验台通过第一连接管路、第二连接管路连接。其中，第一连接管路用于连接第一压气机出口管与第二涡轮进气管，第一连接管路上放置有第一补气阀和第一放气阀；第二连接管路用于连接第二压气机出口管与第一涡轮进气管，第二连接管路上放置有第二补气阀和第二放气阀。第一补气阀用于控制第一压气机出口管中的气体向第二涡轮进气管的补气流量；第一放气阀用于控制第一压气机出口管中的气体排向大气的气流量；第二补气阀用于控制第二压气机出口管中的气体向第一涡轮进气管的补气流量；第二放气阀用于控制第二压气机出口管中的气体排向大气的气流量；自循环方式的涡轮增压器高低温循环热冲击测试试验台，启动运行方法具体步骤如下：步骤一初始状态调节启动自循环试验台：开启第一启动控制阀，外气源提供的压缩空气经过第一气源进气管进入第一燃烧室，空气在第一燃烧室燃烧后生成高温气体，高温气体驱动第一涡轮高速旋转；第一涡轮带动同轴的第一压气机旋转；第一压气机产生的压缩气体与外气源提供的压缩气体一起进入第一燃烧室；达到稳定转速后即可关闭第一启动控制阀；第二自循环试验台启动过程与第一自循环实验台启动过程相同。步骤二第一待测增压器高温、第二待测增压器低温冲击的实现通过增加喷入第一燃烧室的燃油量，提高第一待测增压器转速至热冲击试验所要求的最高转速；同时减少第二燃烧室的喷油量，降低第二待测增压器转速至热冲击试验所要求的最低转速；逐渐打开第一连接管路上的第一补气阀；第一压气机出口管中的部分压缩空气经第一补气阀进入第二涡轮进气管，压缩空气与第二涡轮进气管内的高温燃气掺混后，降低了第二待测增压器的第二涡轮进口燃气温度，形成低温燃气驱动第二待测增压器在低速下运转；低温压缩空气的进入会改变第二待测增压器的转速，此时通过调节进入第二燃烧室的喷油量即可维持原来的转速(低温压缩空气具有一定能量，会提高第二待测增压器转速，此时要减少进入第二燃烧室的喷油量，在二者共同作用下可维持原来低转速)；由于第一压气机出口管中的部分压缩空气进入第二涡轮进气管，使得进入第一待测增压器的第一涡轮的高温气体流量减少，第一待测增压器转速下降，此时，需增加第一燃烧室的喷油量，提高第一涡轮的进气温度，才能保持原来的转速，从而形成高温燃气驱动第一待测增压器在高速下运转；如需进一步提高第一涡轮的进气温度，打开第一连接管路上的第一放气阀，部分第一压气机出口管中的压缩空气排入大气，此时，需进一步增加第一燃烧室的喷油量，从而提高第一涡轮的进气温度，才能保持原来的转速，形成更高温燃气驱动第一待测增压器在高速下运转。步骤三第一待测增压器低温、第二待测增压器高温冲击的实现在步骤二所述状态基础上，在逐渐关闭第一连接管路上的第一放气阀、第一补气阀的同时，减少喷入第一燃烧室的燃油量，降低第一待测增压器转速至热冲击试验所要求的最低转速；同时增加第二燃烧室的喷油量，提高第二待测增压器转速至热冲击试验所要求的最高转速。逐渐打开第二连接管路上的第二补气阀；第二压气机出口管中的部分压缩空气经第二补气阀进入第一涡轮进气管，压缩空气与第一涡轮进气管内的高温燃气掺混后，本文档来自技高网...

【技术保护点】
自循环方式的涡轮增压器高低温循环热冲击测试试验台，其特征在于：包括第一自循环试验台与第二自循环试验台，二者作用完全相同；以及放气阀，补气阀与连接管路；第一自循环试验台由第一启动控制阀(1)、第一气源进气管(2)、第一燃烧室(3)、第一压气机出口管(4)、第一涡轮进气管(6)、第一涡轮排气管(9)、第一压气机进口管(13)、第一待测增压器(11)组成；第一待测增压器(11)包括第一涡轮(10)、第一压气机(12)；第一压气机进气管(13)一端与第一压气机(12)的进口连接，另一端与大气连通；第一压气机(12)的出口通过第一压气机出口管(4)与第一燃烧室(3)连接，第一燃烧室(3)另一端通过第一涡轮进气管(6)与第一涡轮(10)的进口连接；第一涡轮(10)的出口通过第一涡轮排气管(9)与大气连通；在第一压气机出口管(4)上靠近第一燃烧室(3)一侧有第一启动控制阀(1)和第一气源进气管(2)；第二自循环试验台由第二启动控制阀(26)、第二气源进气管(25)、第二燃烧室(24)、第二压气机出口管(22)、第二涡轮进气管(21)、第二涡轮排气管(20)、第二压气机进口管(16)、第二待测增压器(18)组成；第二待测增压器(18)包括第二涡轮(19)、第二压气机(17)；第二压气机进气管(16)一端与第二压气机(17)的进口连接，另一端与大气连通；第二压气机(17)的出口通过第二压气机出口管(22)与第二燃烧室(24)连接，第二燃烧室(24)另一端通过第二涡轮进气管(21)与第二涡轮(19)的进口连接；第二涡轮(19)的出口通过第二涡轮排气管(20)与大气连通；在第二压气机出口管(22)上靠近第二燃烧室(24)一侧有第二启动控制阀(26)和第二气源进气管(25)；整体连接关系：两个自循环试验台通过第一连接管路(8)、第二连接管路(5)连接，其中，第一连接管路(8)用于连接第一压气机出口管(4)与第二涡轮进气管(21)，第一连接管路(8)上放置有第一补气阀(15)和第一放气阀(14)；第二连接管路(5)用于连接第二压气机出口管路(22)与第一涡轮进气管(6)，第二连接管路(5)上放置有第二补气阀(7)和第二放气阀(23)。...

【技术特征摘要】
1.自循环方式的涡轮增压器高低温循环热冲击测试试验台，其特征在于：包括第一自循环试验台与第二自循环试验台，二者作用完全相同；以及放气阀，补气阀与连接管路；第一自循环试验台由第一启动控制阀(1)、第一气源进气管(2)、第一燃烧室(3)、第一压气机出口管(4)、第一涡轮进气管(6)、第一涡轮排气管(9)、第一压气机进气管(13)、第一待测增压器(11)组成；第一待测增压器(11)包括第一涡轮(10)、第一压气机(12)；第一压气机进气管(13)一端与第一压气机(12)的进口连接，另一端与大气连通；第一压气机(12)的出口通过第一压气机出口管(4)与第一燃烧室(3)连接，第一燃烧室(3)另一端通过第一涡轮进气管(6)与第一涡轮(10)的进口连接；第一涡轮(10)的出口通过第一涡轮排气管(9)与大气连通；在第一压气机出口管(4)上靠近第一燃烧室(3)一侧有第一启动控制阀(1)和第一气源进气管(2)；第二自循环试验台由第二启动控制阀(26)、第二气源进气管(25)、第二燃烧室(24)、第二压气机出口管(22)、第二涡轮进气管(21)、第二涡轮排气管(20)、第二压气机进气管(16)、第二待测增压器(18)组成；第二待测增压器(18)包括第二涡轮(19)、第二压气机(17)；第二压气机进气管(16)一端与第二压气机(17)的进口连接，另一端与大气连通；第二压气机(17)的出口通过第二压气机出口管(22)与第二燃烧室(24)连接，第二燃烧室(24)另一端通过第二涡轮进气管(21)与第二涡轮(19)的进口连接；第二涡轮(19)的出口通过第二涡轮排气管(20)与大气连通；在第二压气机出口管(22)上靠近第二燃烧室(24)一侧有第二启动控制阀(26)和第二气源进气管(25)；整体连接关系：两个自循环试验台通过第一连接管路(8)、第二连接管路(5)连接，其中，第一连接管路(8)用于连接第一压气机出口管(4)与第二涡轮进气管(21)，第一连接管路(8)上放置有第一补气阀(15)和第一放气阀(14)；第二连接管路(5)用于连接第二压气机出口管(22)与第一涡轮进气管(6)，第二连接管路(5)上放置有第二补气阀(7)和第二放气阀(23)。2.如权利要求1所述的自循环方式的涡轮增压器高低温循环热冲击测试试验台，其特征在于：测试方法具体步骤如下：步骤一初始状态调节启动自循环试验台：开启第一启动控制阀(1)，外气源提供的压缩空气经过第一气源进气管(2)进入第一燃烧室(3)，空气在第一燃烧室(3)燃烧后生成高温气体，高温气体驱动第一涡轮(10)高速旋转；第一涡轮(10)带动同轴的第一压气机(12)旋转；第一压气机(12)产生的压缩气体与外气源提供的压缩气体一起进入第一燃烧室(3)；达到稳定转速后即可关闭第一启动控制阀(1)；第二自循环试验台启动过程与第一自循环实验台启动过程相同；步骤二第一待测增压器(11)高温、第二待测增压器(18)低温冲击的实现通过增加喷入第一燃烧室(3)的燃油量，提高第一待测增压器(11)转速至热冲击试验所要求的最高转速；同时减少第二燃烧室(24)的喷油量，降低第二待测增压器(18)转速至热冲击试验所要求的最低转速；逐渐...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志强，徐娜，曲荀之，马朝臣，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11