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涡轮 增压器自循环低周疲劳试验装置及试验方法

阅读：841发布：2023-01-24

专利汇可以提供涡轮增压器自循环低周疲劳试验装置及试验方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种涡轮增压器自循环低周疲劳试验装置及试验方法，它包括燃烧系统、高温转换阀总成、供油系统和进排气系统，上述系统通过管连接。一号涡轮增压器和二号涡轮增压器采用一前一后的布置方式，一方面可以防止涡轮增压器压气机进气流不受干扰，另一方面可以使涡轮增压器涡端排气管与涡轮增压器排气法兰面保持垂直，从而保证排气顺畅，最终两股排气流合为一股通过排气总管，由抽风机排出。试验装置可在700℃高温燃气的冲击下，经高温转化阀周期性地转变旋转方向来调节增压器的转速，进而通过压气机出口压力控制阀根据压缩空气压力大小对进入燃烧室的气流量进行调节，解决了增压器低周疲劳试验台实现自循环的难题，实现涡轮增压器自循环低周疲劳试验。，下面是涡轮增压器自循环低周疲劳试验装置及试验方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种涡轮增压器自循环低周疲劳试验装置，其特征是：它包括燃烧系统、高温转换阀总成、供油系统和进排气系统；
所述的燃烧系统包括燃烧室、导电杆和燃油喷嘴，采用发动机用燃烧室，利用导电杆引燃与外来压缩空气混合的雾化燃油，产生高温高压燃气，从而推动涡轮增压器旋转；
所述的高温转换阀总成包括卧式减速机、电机底座总成、高温转换阀、阀座、手动闸阀和冷却空气进气管；高温转换阀安装在阀座上，卧式减速机安装在电机底座总成上，由电机底座总成上电机带动卧式减速机，通过卧式减速机外加行程控制开关进行调节来控制高温转换阀，进而调节涡轮增压器的转速及正反转；由于高温转换阀总成上的滚珠轴承抗热应力能力有限，转轴轴承处通过外接冷却空气进气管引入压缩空气进行冷却，手动闸阀设在外接冷却空气进气管上，冷却滚珠轴承后的气体经高温转化阀上的消声器排出，以降低气动噪声；
所述的供油系统包括润滑油系统和燃油系统，燃油系统通过管道为燃油喷嘴提供燃料，润滑油系统的润滑油通过三通阀分成两股，分别为一号涡轮增压器的轴承体和二号涡轮增压器的轴承体提供润滑冷却；
所述的进排气系统包括二号涡轮增压器涡端排气管、一号涡轮增压器涡端排气管、一号涡轮增压器圆变方接头总成、一号涡轮增压器进气管、排气总管、带金属波纹软管的一号涡轮增压器压端排气管、一号涡轮增压器压力控制阀、压缩空气进气阀、二号涡轮增压器圆变方接头总成、二号涡轮增压器压力控制阀、二号涡轮增压器进气管、一号涡轮增压器、二号涡轮增压器、带金属波纹软管的二号涡轮增压器压端排气管和压缩空气进气管；
一号涡轮增压器上的排气法兰与一号涡轮增压器涡端排气管的一端连接，一号涡轮增压器涡端排气管的另一端与排气总管连接；一号涡轮增压器的进气端通过一号涡轮增压器圆变方接头总成与一号涡轮增压器进气管连接，一号涡轮增压器进气管的另一端与高温转换阀连接；一号涡轮增压器的压气端与带金属波纹软管的一号涡轮增压器压端排气管连接，带金属波纹软管的一号涡轮增压器压端排气管上设有一号涡轮增压器压力控制阀；
二号涡轮增压器上的排气法兰与二号涡轮增压器涡端排气管的一端连接，二号涡轮增压器涡端排气管的另一端与排气总管连接；二号涡轮增压器的进气端通过二号涡轮增压器圆变方接头总成与二号涡轮增压器进气管连接，二号涡轮增压器进气管的另一端与高温转换阀连接；二号涡轮增压器的压气端与带金属波纹软管的二号涡轮增压器压端排气管连接，带金属波纹软管的二号涡轮增压器压端排气管上设有二号涡轮增压器压力控制阀；
燃烧室的一端通过法兰与高温转换阀连接，燃烧室的另一端与压缩空气进气管连接，压缩空气进气管上设有燃油喷嘴和压缩空气进气阀，压缩空气进气管通过管道分别与一号涡轮增压器压力控制阀、二号涡轮增压器压力控制阀连接。
2.根据权利要求1所述的一种涡轮增压器自循环低周疲劳试验装置，其特征是：一号涡轮增压器和二号涡轮增压器采用一前一后的布置方式，这样一方面可以防止涡轮增压器压气机进气流不受干扰；另一方面可以使一号涡轮增压器涡端排气管与一号涡轮增压器排气法兰面保持垂直，二号涡轮增压器涡端排气管与二号涡轮增压器排气法兰面保持垂直，从而保证排气顺畅，最终两股排气流合为一股通过排气总管，由抽风机排出。
3.根据权利要求1或2所述的一种涡轮增压器自循环低周疲劳试验装置，其特征是：
两台涡轮增压器增压空气各自流经管道的长度应大致相等，以保证自循环的持续、稳定运行。
4.一种采用涡轮增压器自循环低周疲劳试验装置对涡轮增压器进行自循环低周疲劳试验的方法，其特征是：压缩空气经压缩空气进气阀进入燃烧室吹动一号涡轮增压器和二号涡轮增压器转动，而燃油自燃油系统送至燃油喷嘴雾化，与压缩空气均匀混合，经导电杆点燃在燃烧室中燃烧产生高温燃气进入高温转换阀，卧式减速机则带动高温转换阀旋转，通过高温转换阀的开度来周期性控制进入一号涡轮增压器及二号涡轮增压器的燃气量；
当一号涡轮增压器处于高速状态时，二号涡轮增压器则处于低速状态，一号涡轮增压器增压空气经一号涡轮增压器压端排气管送至一号涡轮增压器压力控制阀，由于一号涡轮增压器处于高速，空气增压后压力较大，则推开一号涡轮增压器压力控制阀进入燃烧室，而不经一号涡轮增压器压端排气管排入大气；与此同时，二号涡轮增压器增压空气经二号涡轮增压器压端排气管送至二号涡轮增压器压力控制阀，由于压力较低，无法推动二号涡轮增压器压力控制阀进入燃烧室，而经二号涡轮增压器压端排气管送入大气；
当二号涡轮增压器处于高速状态时，一号涡轮增压器则处于低速状态，二号涡轮增压器增压空气经二号涡轮增压器压端排气管送至二号涡轮增压器压力控制阀，由于二号涡轮增压器处于高速，空气增压后压力较大，则推开二号涡轮增压器压力控制阀进入燃烧室，而不经二号涡轮增压器压端排气管排入大气；与此同时，一号涡轮增压器增压空气经一号涡轮增压器压端排气管送至一号涡轮增压器压力控制阀，由于压力较低，无法推动一号涡轮增压器压力控制阀进入燃烧室，而经一号涡轮增压器压端排气管送入大气。
5.根据权利要求4所述的一种采用涡轮增压器自循环低周疲劳试验装置对涡轮增压器进行自循环低周疲劳试验的方法，其特征是：当一号涡轮增压器处于高速状态时，二号涡轮增压器处于低速状态，当二号涡轮增压器处于高速状态时，一号涡轮增压器处于低速状态，从而实现涡轮增压器的自循环，其自循环是通过卧式减速机外加行程控制开关进行调节来控制高温转换阀，进而调节涡轮增压器的转速及正反转，调节的最终结果是其中一只增压器的转速为另一只增压器转速的35～45%，反之亦然。

说明书全文

涡轮 增压器自循环低周疲劳试验装置及试验方法

技术领域

[0001] 本发明涉及涡轮增压器技术领域，特别是一种车用涡轮增压器自循环低周疲劳试验装置及试验方法。

背景技术

[0002] 随着汽车排放标准的不断提高和人们环保意识的日益增强，增压技术已经成为提高汽车发动机动力性、经济性和降低排放污染的最有效措施之一。同时该项技术又是高原地区发动机功率恢复的重要手段，使发动机能适应不同海拔高度的运行要求。涡轮增压器的广泛应用使涡轮增压器的可靠性显得日益重要，作为涡轮增压器核心零件的压气机叶轮与涡轮，特别是高速、高压比叶轮，低周疲劳破坏是其主要失效模式。受试验条件等限制，目前涡轮增压器生产厂家对车用涡轮增压器压气机叶轮低周疲劳实验还处在研发阶段。

[0003] 中国专利CN 1793819A公布了一种涡轮增压器自循环低周疲劳试验台，但根据该专利所描述的自循环架构可以看出，当其中一台增压器暂处于低速状态而另一台增压器处于高速状态时，高速增压器排气压力较高，压缩空气通过管道进入燃烧室，与此同时低速增压器排气压力较低，受高速增压器高排气压力的影响，其排气受阻，导致任一增压器在处于低速状态时，压缩空气都无法实现自循环，甚至由于压缩空气堵塞而使压气机出现喘振，由此，在低周疲劳试验中对叶轮引入了其他的破坏因素，这与监测叶轮低周疲劳损坏的目的相违背。

[0004] 另外，现有低周疲劳试验装置常一次同时安装两台增压器进行试验，通过调节高温转换阀的开度使其中一台增压器燃气进气量较少而暂处于低速状态，与此同时，其余的大部分高温燃气进入另一台增压器，而使其处于高速状态，如此往复。增压器从高速转变为低速，最终再转变为高速的整个转换周期一般为10-25s。由于要在两台速度交替运行的增压器之间实现自循环，自循环难度较大，使得现有的增压器低周疲劳试验都采用热吹方式，大幅度提高了试验成本。

发明内容

[0005] 本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种涡轮增压器自循环低周疲劳试验装置及试验方法。

[0006] 本发明的技术方案是：一种涡轮增压器自循环低周疲劳试验装置，它包括燃烧系统、高温转换阀总成、供油系统和进排气系统。

[0007] 所述的燃烧系统包括燃烧室、导电杆和燃油喷嘴，采用发动机用燃烧器，利用导电杆引燃与外来压缩空气混合的雾化燃油，产生高温高压燃气，从而推动涡轮增压器旋转。

[0008] 所述的高温转换阀总成包括卧式减速机、电机底座总成、高温转换阀、阀座、手动闸阀和冷却空气进气管。高温转换阀安装在阀座上，高温转换阀内部主要采用耐热不锈钢制作，可耐700℃高温；卧式减速机安装在电机底座总成上，由电机底座总成上电机带动卧式减速机，通过卧式减速机外加行程控制开关进行调节来控制高温转换阀，进而调节涡轮增压器的转速及正反转；由于高温转换阀总成上的滚珠轴承抗热应力能力有限，转轴轴承处通过外接冷却空气进气管引入压缩空气进行冷却，手动闸阀设在外接冷却空气进气管上，冷却滚珠轴承后的气体经高温转化阀上的消声器排出，以降低气动噪声。

[0009] 所述的供油系统包括润滑油系统和燃油系统，燃油系统通过管道为燃油喷嘴提供燃料，润滑油系统的润滑油通过三通阀分成两股，分别为一号涡轮增压器的轴承体和二号涡轮增压器的轴承体提供润滑冷却。

[0010] 所述的进排气系统包括二号涡轮增压器涡端排气管、一号涡轮增压器涡端排气管、一号涡轮增压器圆变方接头总成、一号涡轮增压器进气管、排气总管、带金属波纹软管的一号涡轮增压器压端排气管、一号涡轮增压器压力控制阀、压缩空气进气阀、二号涡轮增压器圆变方接头总成、二号涡轮增压器压力控制阀、二号涡轮增压器进气管、一号涡轮增压器、二号涡轮增压器、带金属波纹软管的二号涡轮增压器压端排气管和压缩空气进气管。

[0011] 一号涡轮增压器上的排气法兰与一号涡轮增压器涡端排气管的一端连接，一号涡轮增压器涡端排气管的另一端与排气总管连接。一号涡轮增压器的进气端通过一号涡轮增压器圆变方接头总成与一号涡轮增压器进气管连接，一号涡轮增压器进气管的另一端与高温转换阀连接。一号涡轮增压器的压气端与带金属波纹软管的一号涡轮增压器压端排气管连接，带金属波纹软管的一号涡轮增压器压端排气管上设有一号涡轮增压器压力控制阀。

[0012] 二号涡轮增压器上的排气法兰与二号涡轮增压器涡端排气管的一端连接，二号涡轮增压器涡端排气管的另一端与排气总管连接。二号涡轮增压器的进气端通过二号涡轮增压器圆变方接头总成与二号涡轮增压器进气管连接，二号涡轮增压器进气管的另一端与高温转换阀连接。二号涡轮增压器的压气端与带金属波纹软管的二号涡轮增压器压端排气管连接，带金属波纹软管的二号涡轮增压器压端排气管上设有二号涡轮增压器压力控制阀。

[0013] 燃烧室的一端通过法兰与高温转换阀连接，燃烧室的另一端与压缩空气进气管连接，压缩空气进气管上设有燃油喷嘴和压缩空气进气阀，压缩空气进气管通过管道分别与一号涡轮增压器压力控制阀、二号涡轮增压器压力控制阀连接。

[0014] 本发明进一步的技术方案是：一号涡轮增压器和二号涡轮增压器采用一前一后的布置方式，这样一方面可以防止涡轮增压器压气机进气流不受干扰；另一方面可以使一号涡轮增压器涡端排气管与一号涡轮增压器排气法兰面保持垂直，二号涡轮增压器涡端排气管与二号涡轮增压器排气法兰面保持垂直，从而保证排气顺畅，最终两股排气流合为一股通过排气总管，由抽风机排出。

[0015] 本发明再进一步的技术方案是：两台涡轮增压器增压空气各自流经管道的长度应大致相等，以保证自循环的持续、稳定运行。

[0016] 本发明还提供了一种涡轮增压器自循环低周疲劳试验方法，其具体试验方法如下：压缩空气经压缩空气进气阀进入燃烧室吹动一号涡轮增压器和二号涡轮增压器转动（又称冷吹），而燃油自燃油系统送至燃油喷嘴雾化，与压缩空气均匀混合，经导电杆点燃在燃烧室中燃烧产生高温燃气进入高温转换阀，卧式减速机则带动高温转换阀旋转，通过高温转换阀的开度来周期性控制进入一号涡轮增压器及二号涡轮增压器的燃气量。

[0017] 当一号涡轮增压器处于高速状态时，二号涡轮增压器则处于低速状态，一号涡轮增压器增压空气经一号涡轮增压器压端排气管送至一号涡轮增压器压力控制阀，由于一号涡轮增压器处于高速，空气增压后压力较大，则推开一号涡轮增压器压力控制阀进入燃烧室，而不经一号涡轮增压器压端排气管排入大气；与此同时，二号涡轮增压器增压空气经二号涡轮增压器压端排气管送至二号涡轮增压器压力控制阀，由于压力较低，无法推动二号涡轮增压器压力控制阀进入燃烧室，而经二号涡轮增压器压端排气管送入大气。

[0018] 当二号涡轮增压器处于高速状态时，一号涡轮增压器则处于低速状态，二号涡轮增压器增压空气经二号涡轮增压器压端排气管送至二号涡轮增压器压力控制阀，由于二号涡轮增压器处于高速，空气增压后压力较大，则推开二号涡轮增压器压力控制阀进入燃烧室，而不经二号涡轮增压器压端排气管排入大气；与此同时，一号涡轮增压器增压空气经一号涡轮增压器压端排气管送至一号涡轮增压器压力控制阀，由于压力较低，无法推动一号涡轮增压器压力控制阀进入燃烧室，而经一号涡轮增压器压端排气管送入大气。

[0019] 当一号涡轮增压器处于高速状态时，二号涡轮增压器处于低速状态，当二号涡轮增压器处于高速状态时，一号涡轮增压器处于低速状态，从而实现涡轮增压器的自循环，其自循环是通过卧式减速机外加行程控制开关进行调节来控制高温转换阀，进而调节涡轮增压器的转速及正反转，调节的最终结果是其中一只增压器的转速为另一只增压器转速的35～45%，反之亦然。

[0020] 本发明与现有技术相比具有如下特点：本发明提供的涡轮增压器自循环低周疲劳试验装置可在700℃高温燃气的冲击下，经高温转化阀周期性地转变旋转方向来调节增压器的转速，进而通过压气机出口压力控制阀根据压缩空气压力大小对进入燃烧室的气流量进行调节，解决了增压器低周疲劳试验台实现自循环的难题，实现涡轮增压器自循环低周疲劳试验。

[0021] 以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。

附图说明

[0022] 附图为本发明的结构示意图。

具体实施方式

[0023] 一种涡轮增压器自循环低周疲劳试验装置，它包括燃烧系统、高温转换阀总成、供油系统和进排气系统。

[0024] 所述的燃烧系统包括燃烧室14、导电杆15和燃油喷嘴16，采用发动机用燃烧器，利用导电杆15引燃与外来压缩空气混合的雾化燃油，产生高温高压燃气，从而推动涡轮增压器旋转。

[0025] 所述的高温转换阀总成包括卧式减速机7、电机底座总成8、高温转换阀10、阀座11、手动闸阀22和冷却空气进气管23。高温转换阀10安装在阀座11上，高温转换阀10内部主要采用耐热不锈钢制作，可耐700℃高温；卧式减速机7安装在电机底座总成8上，由电机底座总成8上电机带动卧式减速机7，通过卧式减速机7外加行程控制开关进行调节来控制高温转换阀10，进而调节涡轮增压器的转速及正反转；由于高温转换阀总成上的滚珠轴承抗热应力能力有限，转轴轴承处通过外接冷却空气进气管23引入压缩空气进行冷却，手动闸阀22设在外接冷却空气进气管23上，冷却滚珠轴承后的气体经高温转化阀10上的消声器排出，以降低气动噪声。

[0026] 所述的供油系统包括润滑油系统1和燃油系统2，燃油系统2通过管道为燃油喷嘴16提供燃料，润滑油系统1的润滑油通过三通阀分成两股，分别为一号涡轮增压器24的轴承体和二号涡轮增压器25的轴承体提供润滑冷却。

[0027] 所述的进排气系统包括二号涡轮增压器涡端排气管3、一号涡轮增压器涡端排气管4、一号涡轮增压器圆变方接头总成5、一号涡轮增压器进气管6、排气总管9、带金属波纹软管13的一号涡轮增压器压端排气管12、一号涡轮增压器压力控制阀17、压缩空气进气阀18、二号涡轮增压器圆变方接头总成19、二号涡轮增压器压力控制阀20、二号涡轮增压器进气管21、一号涡轮增压器24、二号涡轮增压器25、带金属波纹软管26的二号涡轮增压器压端排气管27和压缩空气进气管28。

[0028] 一号涡轮增压器24上的排气法兰与一号涡轮增压器涡端排气管4的一端连接，一号涡轮增压器涡端排气管4的另一端与排气总管9连接。一号涡轮增压器24的进气端通过一号涡轮增压器圆变方接头总成5与一号涡轮增压器进气管6连接，一号涡轮增压器进气管6的另一端与高温转换阀10连接。一号涡轮增压器24的压气端与带金属波纹软管13的一号涡轮增压器压端排气管12连接，带金属波纹软管13的一号涡轮增压器压端排气管12上设有一号涡轮增压器压力控制阀17。

[0029] 二号涡轮增压器25上的排气法兰与二号涡轮增压器涡端排气管3的一端连接，二号涡轮增压器涡端排气管3的另一端与排气总管9连接。二号涡轮增压器25的进气端通过二号涡轮增压器圆变方接头总成19与二号涡轮增压器进气管21连接，二号涡轮增压器进气管21的另一端与高温转换阀10连接。二号涡轮增压器25的压气端与带金属波纹软管26的二号涡轮增压器压端排气管27连接，带金属波纹软管26的二号涡轮增压器压端排气管27上设有二号涡轮增压器压力控制阀20。

[0030] 燃烧室14的一端通过法兰与高温转换阀10连接，燃烧室14的另一端与压缩空气进气管28连接，压缩空气进气管28上设有燃油喷嘴16和压缩空气进气阀18，压缩空气进气管28通过管道分别与一号涡轮增压器压力控制阀17、二号涡轮增压器压力控制阀20连接。

[0031] 在本实施例中，一号涡轮增压器24和二号涡轮增压器25采用一前一后的布置方式，这样一方面可以防止涡轮增压器压气机进气流不受干扰；另一方面可以使一号涡轮增压器涡端排气管4与一号涡轮增压器排气法兰面保持垂直，二号涡轮增压器涡端排气管3与二号涡轮增压器排气法兰面保持垂直，从而保证排气顺畅，最终两股排气流合为一股通过排气总管9，由抽风机排出。两台涡轮增压器增压空气各自流经管道的长度应大致相等，以保证自循环的持续、稳定运行。

[0032] 本实施例还提供了一种采用上述涡轮增压器自循环低周疲劳试验装置对涡轮增压器进行自循环低周疲劳试验的方法，其具体试验方法如下：压缩空气经压缩空气进气阀18进入燃烧室14吹动一号涡轮增压器24和二号涡轮增压器25转动（又称冷吹），而燃油自燃油系统2送至燃油喷嘴16雾化，与压缩空气均匀混合，经导电杆15点燃在燃烧室14中燃烧产生高温燃气进入高温转换阀10，卧式减速机7则带动高温转换阀10旋转，通过高温转换阀10的开度来周期性控制进入一号涡轮增压器24及二号涡轮增压器25的燃气量。

[0033] 当一号涡轮增压器24处于高速状态时，二号涡轮增压器25则处于低速状态，一号涡轮增压器24增压空气经一号涡轮增压器压端排气管12送至一号涡轮增压器压力控制阀17，由于一号涡轮增压器24处于高速，空气增压后压力较大，则推开一号涡轮增压器压力控制阀17进入燃烧室14，而不经一号涡轮增压器压端排气管排12入大气；与此同时，二号涡轮增压器25增压空气经二号涡轮增压器压端排气管27送至二号涡轮增压器压力控制阀
20，由于压力较低，无法推动二号涡轮增压器压力控制阀20进入燃烧室14，而经二号涡轮增压器压端排气管27送入大气。

[0034] 当二号涡轮增压器25处于高速状态时，一号涡轮增压器24则处于低速状态，二号涡轮增压器25增压空气经二号涡轮增压器压端排气管27送至二号涡轮增压器压力控制阀20，由于二号涡轮增压器25处于高速，空气增压后压力较大，则推开二号涡轮增压器压力控制阀20进入燃烧室14，而不经二号涡轮增压器压端排气管27排入大气；与此同时，一号涡轮增压器24增压空气经一号涡轮增压器压端排气管12送至一号涡轮增压器压力控制阀
17，由于压力较低，无法推动一号涡轮增压器压力控制阀17进入燃烧室14，而经一号涡轮增压器压端排气管17送入大气。

[0035] 当一号涡轮增压器24处于高速状态时，二号涡轮增压器25处于低速状态，当二号涡轮增压器25处于高速状态时，一号涡轮增压器24处于低速状态，从而实现涡轮增压器的自循环，其自循环是通过卧式减速机7外加行程控制开关进行调节来控制高温转换阀10，进而调节涡轮增压器的转速及正反转，调节的最终结果是其中一只增压器的转速为另一只增压器转速的35～45%，反之亦然。

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