本发明专利技术公开了一种涡轮增压器加速性能评价测试方法及试验装置。通过测量增压器的压力、温度、流量、转速等参数，依据公式计算得到涡轮增压器的加速性能评价参数。本发明专利技术优点在于，通过测量与计算分析加速性参数Ａ↓［ｃｎｐ］，准确、方便地评价涡轮增压器的加速性能，为改进与优化设计增压器涡轮、压气机叶轮和转子系统，提高增压器加速性能，提供测量手段与评判依据。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种加速性能评价测试方法及试验装置，尤其涉及一种涡轮增压器加速性 能评价测试方法及试验装置。
技术介绍
涡轮增压是当今世界活塞式内燃机技术发展的主要方向之一，是发动机强化的最主要 途径。发动机采用涡轮增压技术可以大幅度提高输出功率、提高体积与重量功率密度，改 善经济性、节约能源，改善排气污染、减轻噪声，补偿高原环境的功率损失。在不改变发 动机基本结构的情况下，涡轮增压发动机与自然吸气发动机比较，可以提高功率30% 100%，降低油耗5% 10%，减少排放污染10%以上，而成本只增加8% 10%，重量增加 3% 5%。但是，相对于非增压的自然进气发动机而言，涡轮增压发动机存在加速滞后的现象。 在实际应用中表现为加速起动性能较差，因而导致发动机在加速时供气不足，燃烧不完全， 烟度差，排放超标等问题。同时，随着环境保护法规的日益严格，对车辆、工程机械、船 舶等移动式、发电等固定式发动机的排放要求越来越高，这对涡轮增压器的加速性能提出 了越来越高的要求。目前，涡轮增压器已经成为柴油机的标准部件、即将成为汽油机的标 准部件，但是至今没有专门评价涡轮增压器加速性能的方法与试验检测装置，国家有关部 门不能制定相应的加速性能评判标准与技术要求，增压器生产厂家更没有进行这一试验检 测。这样， 一方面增加了发动机选用配套增压器的难度，延缓了涡轮增压技术的普遍应用； 另一方面，没有技术法规的引导与强制作用，企业缺乏改进提高增压器加速性能的积极性， 在一定程度上保护了落后，阻碍了涡轮增压技术的进步。为了改善增压发动机的加速性，人们从优化增压器与发动机匹配、提高增压器性能两 个方面进行了很多研究，提出了许多有效的措施，如在增压器与发动机匹配方面，尽量将 发动机与增压器的匹配点选择在最大扭矩点，以保证增压发动机最大扭矩点工况性能，这 样可以采用较小的涡轮增压器从而减小涡轮转子的转动惯量，减轻加速滞后，但要适当牺 牲额定点性能，同时要防止发动机高速高负荷时增压器超速。在涡轮增压器的设计方面， 主要发展了可变喷嘴环涡轮、可变涡轮截面技术；滚动轴承增压器技术；应用轻质钛铝合 金涡轮转子、陶瓷涡轮转子、树脂压气机叶轮等轻量化技术等。这些方法均能有效的改善 与提高增压发动机、涡轮增压器的加速性能，但是，至今缺乏理论上成熟、实践中便于应 用的、涡轮增压器的加速性能分析评价方法与试验装置。在航空发动机领域，燃气轮机转子从某一转速到另一转速所需时间L由下式计算①式中/一转子的惯性矩，&^2; n——转子转速，转/分； A——转子初速度，转/分；"2——转子另一速度，转/分；Ai^——涡轮剩余功率，W。因为在瞬态过程中，发动机工作属于不稳定工作，即发动机参数处于不稳定状态，发 动机所处环境气体与工质状态也在变化，计算剩余功率对转速的积分十分复杂，因此①式 实际上仅具备理论意义，工程上是通过试验测量获得发动机从某一转速加速(减速)到另 一转速所需的时间。对于往复式内燃机涡轮增压器，由于内燃机排气是脉动的，计算涡轮剩余功率需要根 据内燃机供油量的变化规律计算它的整个工作循环，从中逐点计算涡轮和压气机的功率， 这个过程更加繁复。因此，为了便于评价涡轮增压器(转子)的加速性能，德国卡尔.齐 纳(KarlZinner)教授提出了加速性参数S，这是目前评价涡轮增压器加速性能最重要的定 义(参数)<formula>formula see original document page 5</formula>式中/rc——增压器的转动惯量(惯性矩)； A——转子角速度； Ge——增压器的空气流量； "7,:——增压器总效率；——等熵焓降； K——压气机的容积流量；A——空气密度；角标6表示基准状态Z)。 S的单位为秒，物理意义为5值越小，表明转子的加速性能越好。从②式可知在 排气能量与增压器结构参数为定值的情况下，要提高增压器的加速性能，必须减小转子的 转动惯量或提高增压器的总效率。对一定尺寸的压气机叶轮，也可以通过优化叶轮设计、 提高流量系数，增加空气的容积流量，从而减小S。另外，在排气能量与增压器结构参数一定的条件下，6与A的平方成正比，即转速越高，S值越大，即加速性越差；转速越低，S值越小，加速性越好。但是，公式②表示的是涡轮增压器转子在一定的转速下、即转子角速度^一定的情况下的加速性能品质(与压气机壳、涡轮壳有关系)，它是一个状态参数，不是过程参数，艮卩(1) 它不能反映或评价涡轮增压器从静止状态(或一定的转速状态)加速到额定转速 (或其他任意转速)状态的瞬态响应性能；(2) 当叫=0, S值为0，公式没有物理意义。显然这与5作为状态参数的定义相悖。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术上的不足，经过研究改进，提供一种适应性宽广(既 适应于状态、也适应于过程)的涡轮增压器加速性能评价指标(参数)，以及提供一种涡轮 增压器加速性能试验方法和装置。本专利技术目的之一在于给出了一种涡轮增压器加速性能评价指标(参数)。实际中应用转子转速"比角速度W更方便，由^ = ^ = ^，对公式②进行修改，并用60 30A"代替公式②中的^，用^替代S，得到;r2/rc("2 - "J2 ;r2/rc(A")2900Gc77rcd)2卯0^/V7rcd)2 "式中W,——转子初始速度，转/分； 2——转子加速终点速度，转/分。Aw = w2-a，表示涡轮增压器转子从任意转速^ (可以为0)加速到任意转速"2 (如额定工作转速)的速度差。角标2表示加速终点状态。公式③的物理意义为(1) 当",=0时，公式③中J为一个状态参数，此时公式③变为900Gc;7rc(/^c)2900F/v^(i^c)2 ^式中角标2与公式②中的角标6意义相同。(2) 当A"-O时，^值为0，表明没有发生加速(减速)过程。表达转子加速性能参 数的状态意义时用式④，表示转子加速性能参数的过程意义时用式③。(3) 当An邦时，有两种情况当AnX)时，^为一个过程参数，表示增压器转子某一加速过程(从任意转速^加速到 任意转速"2)的加速性能。当A"〈0时，J为一个过程参数，表示增压器转子某一减速过程(从任意转速",减速到任意转速 )的减速性能。可理解为负加速过程，计算结果与加速性能相同。(4) 当实测(试验)环境状况有别于标准环境状况时，为了对试验数据进行比较，应 对实际所测量得到的加速性参数v4按照标准环境予以折算，即对④式中的转速w与流量C^按照标准环境予以折算，得到折合加速性参数4"p:<formula>formula see original document page 7</formula>-增压器压气机折合质量流量，Kg/S; -增压器转子、即压气机折合转速，转/分;T'。——试验时压气机进口气体总温； P'。一试验时压气机进口气体总压；r。=273+r。°c (r。为环境大气温度摄氏度)。标准环境状况大气温度为298 K (25°C);压力为lOOKPa (760mmHg)c本专利技术目的之二在于提供一种涡轮增压器加速性能试验装置。所述涡轮增压器加速性能试验装置包括外气源、外气源压力传感器、进气管、进气电 动阀、进本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种涡轮增压器加速性能评价测试方法，提出并修正了现有评价和近似计算涡轮增压器加速性能的方法，其特征在于：所述加速性能评价参数与涡轮增压器转子的转动惯量成正比，与折合转速变化值的平方成正比，与涡轮增压器压气机折合质量流量、总效率和等熵焓降成反比。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄若，王绍卿，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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