专利汇可以提供一种涡轮增压器机械损失功率的测量装置及方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种 涡轮 增压 器 机械损失功率测量装置及方法。本发明的的基本原理:在一定转速下运转的 涡轮 增压器 ,当切断外气源供应,即停止外部 能量 输入时, 涡轮增压器 经历一个从初始转速到转速为零的自由减速过程中,在这个过程中,通过测量克服径向 浮动 轴承 、轴向止推轴承(球轴承增压器无止推轴承)、密封环 摩擦副 的摩擦阻 力 损失以及 压气机 继续压缩空气造成的 气动 损失和涡轮气动损失,并用测量得到的摩擦阻力损失减去后两部分测得的气动损失,获得涡轮增压器的真实机械损失功率。本发明提出的涡轮增压器机械损失功率的测量装置及方法,测量更准确、方便。,下面是一种涡轮增压器机械损失功率的测量装置及方法专利的具体信息内容。
1.一种涡轮增压器机械损失功率的测量装置,其特征在于:包括外气源、数据采集处理与控制系统、传感器、加热系统、润滑系统、自动调温系统;
所述外气源与加热系统相连,其功能是提供驱动所述涡轮增压器的涡轮达到较高转速的高压气体;
所述加热系统与外围设备涡轮增压器连接,其作用是提供给涡轮增压器一定能量的燃气,使涡轮增压器的工作状态符合涡轮增压器安装在发动机上的实际工作状态;
所述润滑系统与所述外围设备涡轮增压器的轴承体连接,其作用是为涡轮增压器提供循环润滑油;
所述外围设备涡轮增压器包括涡轮、压气机、轴承体、涡轮排气管、气压机进气管、气压机排气管;
所述自动调温系统与所述润滑系统连接,其作用是自动调节润滑油温度,使其保持在工作温度下,保证试验的重复性和准确性;其工作原理为:当润滑系统温度达到高温值时,自动开启冷却装置,降低润滑系统温度;当润滑系统温度低于低温值时,自动开启加热装置,提高润滑系统温度;
所述传感器包括气体压力传感器、液体压力传感器、气体温度传感器、液体温度传感器、液体质量流量计、转速传感器,包括上述传感器但不限于此;所述传感器位于外气源的内部、外气源与加热系统的连接通道上、加热系统内部、润滑系统内部,涡轮排气管壁、气压机进气管壁、气压机排气管壁上,用于监控气体或者液体的温度、压力、液体质量流量以及转速等,并将获得的数据传递给数据采集处理与控制系统;
所述数据采集处理与控制系统是采用所述涡轮增压器机械损失功率的测量方法的具体实现;数据采集处理与控制系统从各传感器获得数据,并进行处理,得到所测量的涡轮增压器的机械损失功率。
2.根据权利要求1所述的一种涡轮增压器机械损失功率的测量装置,其特征在于:自动调温系统在润滑系统温度达到90摄氏度时,自动开启冷却装置,降低润滑系统温度;在润滑系统温度低于40摄氏度时,自动开启加热装置,提高润滑系统温度。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的一种涡轮增压器机械损失功率的测量装置,其特征在于:包括外气源(1)、气源压力传感器(2)、进气阀(3)、进气压力传感器(5)、进气温度传感器(6)、进气质量流量计(7)、燃油压力传感器(8)、燃油温度传感器(9)、燃油质量流量流量计(10)、涡轮进气管(15),涡轮进气压力传感器(16)、涡轮进气温度传感器(17)、涡轮排气管(18)、涡轮排气温度传感器(19)、涡轮排气压力传感器(20)、润滑油进口压力传感器(21)、润滑油进口温度传感器(22)、润滑油质量流量计(23)、润滑油回油温度传感器(24)、润滑油回油压力传感器(25)、压气机排气电动阀(32)、转速传感器(33)、压气机进气温度传感器(34)、压气机进气压力传感器(35)、压气机进气管(36)、压气机质量流量计(37)、压气机出口压力传感器(38)、压气机出口温度传感器(39)、压气机排气管(40)、数据采集处理与控制系统、燃烧系统、润滑系统、自动调温系统;该测量装置在使用过程中对外围设备涡轮增压器的机械损失功率进行测量;
所述外围设备涡轮增压器包括涡轮、压气机、轴承体;涡轮增压器与所述涡轮增压器机械损失功率的测量装置的连接关系为:涡轮进气管(15)与涡轮增压器的涡轮进口连接,其作用是将燃烧系统产生的燃气送至涡轮增压器,涡轮进气管(15)的内壁上安装有涡轮进气压力传感器(16),涡轮进气温度传感器(17);涡轮排气管(18)与涡轮增压器的涡轮出口连接,其作用是将对涡轮做功后的废气排出,涡轮排气管(18)的内壁上安装有涡轮排气温度传感器(19),涡轮排气压力传感器(20);压气机进气管(36)与涡轮增压器的压气机进口连接,空气通过压气机进气管(36)进入涡轮增压器,压气机进气管(36)的内壁上安装有转速传感器(33),压气机进气温度传感器(34),压气机进气压力传感器(35),压气机质量流量计(37);压气机排气管(40)与涡轮增压器的压气机出口连接,将压气机对空气做功后的高压气体排出,压气机排气管(40)的内壁上安装有压气机出口压力传感器(38),压气机出口温度传感器(39);涡轮增压器与润滑系统的润滑油进油管(28)和润滑油回油管(29)连接;
所述外气源(1)的主要功能是提供驱动所述涡轮增压器的涡轮达到较高转速的高压气体;外气源(1)内部装有气源压力传感器(2);外气源(1)通过进气阀(3)与燃烧系统的进气管(4)相连,进气阀(3)的作用是对外气源(1)内的气体进入进气管(4)起到控制作用;
所述燃烧系统的作用是提供给涡轮增压器一定能量的燃气,使涡轮增压器的工作状态符合涡轮增压器安装在发动机上的实际工作状态;燃烧系统包括进气管(4)、燃油系统(12)、点火装置(14)、燃烧室(11);燃油系统的作用是为燃烧室提供燃油,燃油系统通过燃油管(13)与燃烧室(11)连接,并且在燃油管的内壁上安装有燃油压力传感器(8)、燃油温度传感器(9)以及燃油质量流量计(10);点火装置的作用是为点燃燃烧室内的燃油提供火源,点火装置安装在燃烧室(11)内;燃烧室(11)的作用是提供燃油燃烧的空间,并产生所述使涡轮增压器的工作状态符合涡轮增压器安装在发动机上的实际工作状态的燃气;燃烧室(11)的一端通过进气管(4)与进气阀(3)连接,另一端与涡轮进气管(15)相连;进气管(4)的内壁上安装有进气压力传感器(5),进气温度传感器(6),进气质量流量计(7);
所述润滑系统的作用是为涡轮增压器提供循环润滑油,包括润滑油箱(26)、润滑油泵(27)、润滑油进油管(28)、润滑油回油管(29);其连接关系为:润滑油箱(26)通过润滑油进油管(28)和润滑油回油管(29)与涡轮增压器连接,并且在润滑油进油管(28)上安装有增压器润滑油进口压力传感器(21)和润滑油进口温度传感器(22),润滑油质量流量计(23);在润滑油回油管(29)上安装有润滑油出口温度传感器(24)和润滑油出口压力传感器(25);
自动调温系统包括冷却装置(31)及加热装置(30),其作用是自动调节润滑油温度,使其保持在工作温度下,保证试验的重复性和准确性;其工作原理为:当润滑系统温度达到高温值时,开启冷却装置,降低润滑系统温度;当润滑系统温度低于低温值时,开启加热装置,提高润滑系统温度;
所述数据采集处理与控制系统是采用所述涡轮增压器机械损失功率的测量方法的具体实现;与气源压力传感器(2)、进气压力传感器(5)、进气温度传感器(6)、进气质量流量计(7)、燃油压力传感器(8)、燃油温度传感器(9)、燃油质量流量流量计(10)、涡轮进气压力传感器(16)、涡轮进气温度传感器(17)、涡轮排气温度传感器(19)、涡轮排气压力传感器(20)、润滑油进口压力传感器(21)、润滑油进口温度传感器(22)、润滑油质量流量计(23)、润滑油回油温度传感器(24)、润滑油回油压力传感器(25)、转速传感器(33)、压气机进气温度传感器(34)、压气机进气压力传感器(35)、压气机进气管(36)、压气机质量流量计(37)、压气机出口压力传感器(38)、压气机出口温度传感器(39)连接,完成对传感器采集的数据的汇总及处理,得到所测量的涡轮增压器的机械损失功率;
所述压气机排气电动阀(32)的作用是控制压气机排气管的开度,其安装位置为压气机排气管(40)靠近出口端的位置。
4.一种涡轮增压器机械损失功率的测量方法,其特征在于:具体操作步骤如下:
步骤一、将待测涡轮增压器连接至本发明提出的涡轮增压器机械损失功率测量装置;
步骤二、启动涡轮增压器机械损失功率的测量装置,使待测涡轮增压器达到工作转速;
步骤三、采集试验过程中的各项数据,具体操作步骤如下:
第①步:通过所述各传感器采集涡轮增压器达到工作转速情况下的数据,并将各传感器采集的数据传输至数据采集处理与控制系统;
第②步:切断气源,再次通过所述各传感器,采集并记录涡轮增压器由工作转速降低到静止这段时间的各项数据,并将各传感器采集的数据传输至数据采集处理与控制系统;
步骤四、获得涡轮增压器的气动损失
数据采集处理与控制系统使用在步骤三中获得的数据,根据采集到的涡轮增压器在工作转速下的数据和相关热力学公式获得增压器的气动损失;其具体方法如下:
第①步:获得涡轮增压器压气机的气动损失之和;
空气在涡轮增压器压气机叶轮中流动时,主要的气动损失有以下部分:
a.空气在通道内的转弯损失;包括导风轮损失,用WI1表示,以及叶轮径向叶片将气流方向由轴向改为径向时的损失,用WI2表示,分别通过公式1和公式2计算得到;
其中:ω1为叶轮进口处相对速度,cr2为叶轮出口处绝对速度的径向分量,ξ1和ξ2为损失系数;
b.气流在叶轮通道内的摩擦损失;包括涡流损失,用WI3表示,通过公式3计算;
其中:ξ3为损失系数;
c.气流在叶轮与壳体之间的漏气损失和轮盘摩擦损失;
将气流在叶轮与壳体之间的漏气损失合并到轮盘摩擦损失中计算;轮盘摩擦损失用WId表示,通过公式4计算得到;
其中,α为损失系数,u2为叶轮出口牵连速度;
d.压气机壳中的损失,用WI4表示,通过公式5计算;
其中,ξ4为蜗壳损失系数,c4为扩压气出口绝对速度;
基于以上,涡轮增压器压气机气动损失之和,用WI表示,可通过公式6计算得到:
WI=WI1+WI2+WId+WI4 (6)
第②步:获得涡轮增压器涡轮中的气动损失,主要包括以下部分:
a.喷嘴环中的能量损失,用ΔW1表示,通过公式7计算得到;
其中:表示喷嘴环速度系数;
b.叶轮内的损失,用ΔWi表示,通过公式8计算得到;
其中:ψ表示叶轮中速度系数,ω2为叶轮出口相对速度;
c.余速损失,用ΔWout表示,通过公式9计算得到;
d.叶轮摩擦与通风损失,用ΔWrd表示,通过公式10计算得到;
其中,β表示叶轮轮盘的形状系数;ρ1m表示叶轮周围的平均密度;u1为叶轮进口的轮周速度;D1表示叶轮进口直径;WTd表示叶轮前的绝热膨胀功;
e.漏气损失,用ΔWle表示,通过公式11计算得到;
ΔWle=0.005WTd; (11)
基于以上,对有喷嘴环的涡轮增压器,涡轮损失之和,用ΔW表示:
ΔW=ΔW1+ΔWi+ΔWout+ΔWrd+ΔWle (12)
对没有喷嘴环的涡轮增压器,涡轮损失之和ΔW为:
ΔW=ΔWi+ΔWout+ΔWrd+ΔWle (13)
步骤五、获得涡轮增压器由工作转速降低到0转速这一阶段压气机功耗
数据采集处理与控制系统使用在步骤三中获得的数据,获得涡轮增压器由工作转速降低到0转速这一阶段压气机功耗,采用在工作转速下压气机功率的平均值,通过公式(14)计算得到:
*
其中: 表示空气定压比热, TC1 表示压气机进气总温;πC表示
增压比;κ表示空气绝热指数,κ=1.4;ηC表示压气机效率;
步骤六、获得涡轮增压器的总的剩余功率
数据采集处理与控制系统使用在步骤三中获得的数据,获得涡轮增压器总的剩余功率;具体步骤如下:
①采用切断气源后转速传感器采集的数据,绘制速度——时间曲线,将该曲线拟合为双曲型曲线y=ax-n,渐近线为x轴和y轴,曲线在第一象限;依据转速——时间曲线求出该曲线的斜率,即增压器转子的转速随时间的变化率
②获得增压器剩余力矩之和,用Mf表示,通过公式15计算得到;
其中,Mf为增压器剩余力矩之和;I0为转子的转动惯量;ω为转子的角速度;n为增压器转子转速;t为时间;
③获得涡轮增压器的总的剩余功率,用Nf表示,通过公式16计算得到;
其中,Nf为涡轮增压器总的剩余功率;
步骤七、获得涡轮增压器的机械损失功率
在步骤四、五、六的基础上,获得增压器机械损失功率;其具体步骤为:
①通过公式17获得摩擦损失系数,用k1表示:
其中:GC为增压器压气机质量流量Ga为进气管压缩空气质量流量;Gf为燃油质量流量;
W1为涡轮增压器压气机气动损失之和;ΔW为涡轮损失之和;NC为涡轮增压器由工作转速降低到0转速这一阶段压气机功耗;Nf为涡轮增压器总的剩余功率;
②获得瞬态摩擦损失系数,用k2表示;
k2=(5~6)μ (18)
其中:μ——动摩擦因数;
③获得涡轮增压器的机械损失功率;
N=(1-k1)k2Nf (19)
通过上述步骤,即可得到涡轮增压器的机械损失功率。
5.根据权利要求4所述的一种涡轮增压器机械损失功率的测量方法,其特征在于:当其测量环境为非标准环境状况时,其测量结果可通过公式20转化为标准环境状况下的折合机械损失,用Ncnp表示:
标准环境状况为:大气温度为298K(25℃);压力为100KPa(760mmHg)。
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