CN101532910B - 涡轮增压器加速性能评价测试方法及试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

涡轮增压器加速性能评价测试方法及试验装置

技术领域

本发明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。

背景技术

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t_ac由下式计算：

$t_{\mathrm{ac}}={\left(\frac{\mathrm{\π}}{30}\right)}^{2}I{\∫}_{n_1}^{n_2}\frac{n}{\mathrm{\Δ}{P}_T}\mathrm{dn}....................................................$ ①

式中：I——转子的惯性矩，kg·m²；

n——转子转速，转/分；

n₁——转子初速度，转/分；

n₂——转子另一速度，转/分；

ΔP_T——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(Karl Zinner)教授提出了加速性参数B，这是目前评价涡轮增压器加速性能最重要的定义(参数)：

$B=\frac{I_{\mathrm{TC}}{\mathrm{\ω}}_b^2}{G_C{\mathrm{\η}}_{\mathrm{TC}}{\left(H_{\mathrm{adC}}\right)}_b}=\frac{I_{\mathrm{TC}}{\mathrm{\ω}}_b^2}{V_1{\mathrm{\ρ}}_1{\mathrm{\η}}_{\mathrm{TC}}{\left(H_{\mathrm{abC}}\right)}_b}............................................$ ②

式中：I_TC——增压器的转动惯量(惯性矩)；

ω_b——转子角速度；

G_C——增压器的空气流量；

η_TC——增压器总效率；

H_adC——等熵焓降；

V₁——压气机的容积流量；

ρ₁——空气密度；

角标b表示基准状态b。

B的单位为秒，物理意义为：B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B。另外，在排气能量与增压器结构参数一定的条件下，B与ω_b的平方成正比，即转速越高，B值越大，即加速性越差；转速越低，B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ω_b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，即：

(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ω_b＝0，B值为0，公式没有物理意义。显然这与B作为状态参数的定义相悖。

发明内容

本发明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。

本发明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n比角速度ω更方便，由 $\mathrm{\ω}=\frac{2\mathrm{\πn}}{60}=\frac{\mathrm{\πn}}{30},$ 对公式②进行修改，并用Δn代替公式②中的ω_b，用A替代B，得到：

$A=\frac{{\mathrm{\π}}^2{I}_{\mathrm{TC}}{(n_2-n_1)}^2}{900G_C{\mathrm{\η}}_{\mathrm{TC}}{\left(H_{\mathrm{adC}}\right)}_2}=\frac{{\mathrm{\π}}^2{I}_{\mathrm{TC}}{\left(\mathrm{\Δn}\right)}^2}{900V_1{\mathrm{\ρ}}_1{\mathrm{\η}}_{\mathrm{TC}}{\left(H_{\mathrm{adC}}\right)}_2}..............................................$ ③

式中：n₁——转子初始速度，转/分；

n₂——转子加速终点速度，转/分。

Δn＝n₂-n₁，表示涡轮增压器转子从任意转速n₁(可以为0)加速到任意转速n₂(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n₁＝0时，Δn＝n₂，公式③中A为一个状态参数，此时公式③变为：

$A=\frac{{\mathrm{\π}}^2{I}_{\mathrm{TC}}{n}_2^2}{900G_C{\mathrm{\η}}_{\mathrm{TC}}{\left(H_{\mathrm{adC}}\right)}_2}=\frac{{\mathrm{\π}}^2{I}_{\mathrm{TC}}{n}_2^2}{900V_1{\mathrm{\ρ}}_1{\mathrm{\η}}_{\mathrm{TC}}{\left(H_{\mathrm{adC}}\right)}_2}....................................$ ④

式中：角标2与公式②中的角标b意义相同。

(2)当Δn＝0时，A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Δn≠0时，有两种情况：

当Δn＞0时，A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n₁加速到任意转速n₂)的加速性能。

当Δn＜0时，A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n₁减速到任意转速n₂)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A按照标准环境予以折算，即对④式中的转速n与流量G_C按照标准环境予以折算，得到折合加速性参数A_cnp：

$A_{\mathrm{cnp}}=\frac{{\mathrm{\π}}^2{I}_{\mathrm{TC}}{(n_2-n_1)}^2}{900G_{\mathrm{cnp}}{\mathrm{\η}}_{\mathrm{TC}}{\left(H_{\mathrm{adC}}\right)}_2}\≈0.011\frac{I_{\mathrm{TC}}{\left({\mathrm{\Δn}}_{\mathrm{cnp}}\right)}^2}{G_{\mathrm{cnp}}{\mathrm{\η}}_{\mathrm{TC}}{\left(H_{\mathrm{adC}}\right)}_2}.........................$ ⑤

所述折算的计算公式为：

$G_{\mathrm{cnp}}=G_C\frac{{10}^5}{{P^{*}}_a}\sqrt{\frac{{T^{*}}_a}{298}}............................................$ ⑥

$n_{\mathrm{cnp}}=n\sqrt{\frac{298}{T_a^{*}}}.............................................................$ ⑦

式中：G_cnp——增压器压气机折合质量流量，Kg/S；

n_cnp——增压器转子、即压气机折合转速，转/分；

T^* _a——试验时压气机进口气体总温；

P^* _a——试验时压气机进口气体总压；

T₀＝273+t₀℃(t₀为环境大气温度摄氏度)。

标准环境状况：大气温度为298K(25℃)；压力为100KPa(760mmHg)。

本发明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、进气压力传感器、进气温度传感器、进气质量流量计、燃烧室、燃油系统、点火装置、燃油压力传感器、燃油温度传感器、燃油质量流量计、燃气旁通管、燃气旁通电动阀、燃气旁通压力传感器、燃气旁通温度传感器、涡轮进气管、涡轮进气电动阀、涡轮进口压力传感器、涡轮进口温度传感器、涡轮增压器、涡轮排气管、涡轮出口温度传感器、涡轮出口压力传感器、压气机进气管、压气机排气管、压气机进口压力传感器、压气机进口温度传感器、压气机出口压力传感器、压气机出口温度传感器、增压器转速传感器、压气机进口(双扭线或其它型式)流量计、润滑油系统、润滑油进口压力传感器、润滑油进口温度传感器、润滑油出口压力传感器、润滑油出口温度传感器。

所述外气源通过进气管和燃烧室相连接，进气电动阀安装在进气管上；所述燃油系统为燃烧室提供燃油，包括燃油箱、燃油泵、燃油管，在燃油管上安装有燃油压力传感器、燃油温度传感器以及燃油质量流量计；所述涡轮进气管连接燃烧室和增压器的涡轮壳，其上装有涡轮进口温度传感器、涡轮进口压力传感器以及涡轮进口电动阀；所述燃气旁通管与燃烧室和涡轮之间的涡轮进气管相连接，其上装有燃气旁通电动阀、燃气旁通压力传感器和燃气旁通温度传感器；所述涡轮排气管连接和增压器涡轮壳出口相连，其上装有涡轮出口温度传感器和涡轮出口压力传感器；所述润滑油系统为涡轮增压器提供循环润滑油，包括润滑油箱、润滑油泵、润滑油进油管、润滑油回油管，润滑油通过进油管和回油管连接涡轮增压器，在润滑油进油管上装有增压器润滑油进口温度传感器和润滑油进口压力传感器，在润滑油回油管上装有润滑油出口温度传感器。所述压气机进气管一端连接到增压器压气机进口，另一端连接压气机进口(双扭线)流量计，其上装有增压器转速传感器、压气机进口温度传感器、压气机进口压力传感器；所述压气机排气管连接到压气机的出口，其上装有压气机出口温度传感器和压气机出口压力传感器。

测试涡轮增压器加速性能的步骤如下：

第一步，关闭所有阀门，当外气源内压力达到设定值后，打开进气电动阀和燃气旁通电动阀，供给燃油并点火，通过涡轮进气管向涡轮增压器输送一定能量(温度、压力、质量流量)的燃气，等增压器转速达到所需转速并且稳定后，记录各个传感器测得的数值；

第二步，根据流量计测得的压气机进口压差，按照流量计算公式计算增压器的空气流量G_C；

第三步，分别根据测得的涡轮、压气机进出口压力和温度，按照相关热力学公式计算涡轮的绝热膨胀功率N_Ts、压气机的绝热压缩功率N_Cs、等熵焓降H_adC；

第四步，根据相关热力学公式计算出涡轮增压器的总效率η_TC；

第五步，按照⑥、⑦式计算出涡轮增压器的折合流量G_cnp、折合转速n_cnp；

第六步，根据增压器自身的转动惯量值I_TC，以及上述计算值，根据公式 $A_{\mathrm{cnp}}=\frac{{\mathrm{\π}}^2{I}_{\mathrm{TC}}{(n_2-n_1)}^2}{900G_{\mathrm{cnp}}{\mathrm{\η}}_{\mathrm{TC}}{\left(H_{\mathrm{adC}}\right)}_2}\≈0.011\frac{I_{\mathrm{TC}}{\left(\mathrm{\Δ}{n}_{\mathrm{cnp}}\right)}^2}{G_{\mathrm{cnp}}{\mathrm{\η}}_{\mathrm{TC}}{\left(H_{\mathrm{adC}}\right)}_2}$ 计算加速性参数A_cnp，以此定量分析增压器的加速性能。

改变外气源压力的设定值，可以测量增压器从0到不同转速的加速性能，也可以通过加大燃油供给量或进气量或同时加大燃油供给量和进气量测量增压器从一定转速到另一转速的加速性能。在测量过程中，要注意燃油系统出口压力和温度，润滑系统进出口温度、出口压力，确保这些值在正常范围内。

有益效果

本发明所述涡轮增压器加速性能评价方法及试验装置具有以下有益效果：

(1)给出了一种适应性更加宽广、具有实际应用价值的增压器加速性能评价方法，能够准确、方便地对涡轮增压器的加速性能进行评价，为改进与优化设计增压器沃伦、压气机叶轮和转子系统，提高增压器的加速性能，提供了分析、评判依据。

(2)提供了一种涡轮增压器加速性能试验装置及测试方法，通过测量增压器的压力、温度、流量、转速等参数，依据公式可以计算得到涡轮增压器的加速性能参数A_cnp，为分析、评判涡轮增压器加速性能提供了试验测试手段与方法。

(3)本发明所述涡轮增压器加速性能评价方法及试验装置，其应用包括，但不仅限于微型燃气轮机、轴流式涡轮增压器、和其它燃气叶轮机械。

附图说明

图1为本发明涡轮增压器加速性能试验台的结构示意图。

图2为本发明涡轮增压器加速性测量方法的流程示意图

图1中：1外气源、2外气源压力传感器、3进气管、4进气电动阀、5进气压力传感器、6进气温度传感器、7进气质量流量计、8燃油系统、9燃烧室、10燃油压力传感器、11燃油温度传感器、12燃油质量流量计、13燃气旁通管、14燃气旁通电动阀、15燃气旁通压力传感器、16燃气旁通温度传感器、17涡轮进气管、18涡轮进气电动阀、19涡轮进口压力传感器、20涡轮进口温度传感器、21涡轮增压器、22涡轮排气管、23涡轮出口温度传感器、24涡轮出口压力传感器、25压气机进气管、26压气机排气管、27压气机进口压力传感器、28压气机进口温度传感器、29压气机出口压力传感器、30压气机出口温度传感器、31增压器转速传感器、32压气机进口(双扭线)流量计、33润滑系统、34增压器润滑油进口压力传感器、35增压器润滑油进口温度传感器、36增压器润滑油出口温度传感器、37点火装置。

图2中：步骤200检查试验台架，确认仪器仪表状态正常、电器线路连接准确、管路无漏气漏油现象；步骤201开启电源、气源，对试验装置润滑油、燃油、气源空气压力进行调节，使其与设定值一致；步骤202对影响涡轮增压器的加速性相关的参数进行测量；步骤203通过压力传感器、温度传感器和气体流量计对管道内气体压力、温度和动态气体流量进行测量取值、通过转速传感器测取转速值并绘制从初始转速到终止转速随时间变化的曲线；步骤204通过测量的压力、温度、动态气体的流量和转速，根据相关公式，求得涡轮增压器的加速性参数；步骤205将所得的涡轮增压器的加速性参数进行分析、评价该涡轮增压器的加速性能。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例来对本发明做进一步的详细说明。

本发明所述涡轮增压器加速性测试装置在增压器处于模拟工作状态(增压器安装在试验台上)的运转状态时，对该涡轮增压器的加速性进行测量。

所述涡轮增压器加速性测试装置是在增压器处于模拟工作状态(增压器安装在试验台上)的运转状态时，对该涡轮增压器的加速性进行测量。为使增压器的模拟工作状态更加符合增压器安装在发动机上实际工作状态，应给予所述涡轮增压器21一定能量(温度、压力、质量流量)的燃气，驱动涡轮增压器21，使其转速由0开始，加速到额定转速(或任意转速)，也可以使涡轮增压器21从某一转速加速到另一转速。故使用该试验台测量增压器加速性有两套实施方案。

方案一：给予所述涡轮增压器21一定能量(温度、压力、质量流量)的燃气，驱动涡轮增压器21，使其转速由0开始，加速到额定转速(或任意转速)。测量涡轮增压器21由0加速到额定转速(或任意转速)的加速性。

应用所述试验装置按照方案一进行加速性试验时，应先关闭所有阀门，当外气源1内压力达到设定值后，打开进气电动阀4和燃气旁通电动阀14，气源稳定后，通过点火装置37在燃烧室9内点火，燃油系统8向燃烧室9的供油量保持稳定。当燃气旁通压力传感器15和燃气旁通温度传感器16传来的数据稳定即气源1放气和燃烧室9内燃烧比较稳定且燃气达到增压器额定转速(或任意转速)所需能量后，关闭燃气旁通电动阀14的同时，打开涡轮进气电动阀18，待涡轮增压器的转速稳定后，检查燃油温度、压力，润滑系统出口温度压力，润滑油回油温度是否在正常范围内，如果正常，则记录各个传感器测得的数值。

所述方案一中要求燃烧室排气旁通电动阀14的关闭(或开启)同时，涡轮进气电动阀18亦随之开启(或关闭)。由于从燃烧室9中排出的燃气温度较高，通常为400℃～1100℃，并且增压器转速从0加速到额定工作转速只有不到10秒的时间，为使误差降低到5％以内，这就要求电动阀的开启时间不能高于0.5s。现有某些结构阀门的启闭时间仅为0.05～0.1s，完全可以满足所述电动阀门联动开、关的准确性与迅速响应性。

方案二：给予所述涡轮增压器21一定能量(温度、压力、质量流量)的燃气，驱动涡轮增压器21，使其保持一定的转速，然后通过增大燃油供给量或进气量或同时增大燃油供给量与进气量使涡轮增压器21加速到额定转速(或任意转速)。测量涡轮增压器21由某一转速加速到额定转速(或任意转速)的加速性。

应用所述试验装置进行方案二加速性试验时，关闭所有阀门，当外气源1内压力达到设定值后，同时开启进气电动阀4和涡轮进气电动阀18，气源稳定后，通过点火装置37在燃烧室9内点火，当涡轮进口压力传感器19和涡轮进口温度传感器20传来的数据稳定、气源1供气和燃烧室9内燃烧比较稳定且燃气达到增压器某一转速所需能量后，通过燃油系统8迅速加大对燃烧室9的供油量，使燃烧室9供油量增加，从而涡轮进气管17内的燃气温度迅速增高，燃气能量迅速达到增压器加速到额定转速(或任意转速)所需能量。若单纯加大供油量不足以使涡轮增压器21达到所需转速，应在加大供油量的同时，提高进气量。待涡轮增压器21的转速达到所需转速并且稳定后，检查燃油温度、压力，润滑系统出口温度压力，润滑油回油温度是否在正常范围内，如果正常，则记录各个传感器测得的数值。

在方案一的实施过程中，影响涡轮增压器21加速性测量的误差除去仪表误差外，主要来源于燃烧室排气旁通电动阀14的关闭(或开启)和涡轮进气电动阀18开启(或关闭)是否足够迅速。为保证误差在5％范围之内，一般要求上述两电动阀14、18的开启(或关闭)时间控制在0.5s以内。而方案二针对不同的增压器，分别采取增大燃油供给量或进气量或同时增大燃油供给量与进气量的方式，则不存在上述问题。但是由于方案二如果通过增加燃烧室9供油量方式来加大燃气能量，其误差主要来源于燃油系统8的供油时间，为保证5％的误差限值，其供油时间也必须控制在0.5s以内；如果通过增加气源1供气量方式来加大燃气能量，其误差主要来源于进气电动阀4的开启(增大)时间，为保证5％的误差限值，其开启(增大)时间也必须控制在0.5s以内；如果通过同时增大燃油供给量与进气量的方式来加大燃气能量，其误差为上述两者之和，此时需要控制供油时间与进气电动阀4开启时间均在0.5s以内。

在对所述压气机进出口、涡轮进出口压力和温度进行测量时，应按照国家有关标准(如QC T591-1999汽车柴油机涡轮增压器试验方法)规定布置测压孔和测温口。要根据涡轮进口压力传感器19、涡轮进口温度传感器20、涡轮出口温度传感器23、涡轮出口压力传感器24、压气机进口压力传感器27、压气机进口温度传感器28、压气机出口压力传感器29、压气机出口温度传感器30所测得的数据分别计算出涡轮膨胀比π_T ^*和压气机压缩比π_C ^*。压气机流量由压气机进口流量计32测出压差ΔP然后依据相关公式计算出压气机流量G_C。

由于涡轮进口温度较高，通常为400℃～1100℃，目前普通的气体质量流量计不能承受如此高的温度，故涡轮进口质量流量应根据进气质量流量计7、燃油质量流量计12的值来计算，即涡轮进口质量流量等于进气质量流量与燃油质量流量的和。

于实际应用中，各管路的连接均可采用工业领域通用的螺纹或法兰卡套式机械连接，管道粗糙度、测点布置应严格按照有关增压器测试相应的国家试验标准。

另外，值得注意的是，即便使用同样的试验方法，同一增压器在不同试验台上，会因为试验台机械结构、试验台管道直径、管道内表面粗糙度、测点布置等试验条件的不同，所测得的加速性能数据可能不一致，即两个试验台测得的同一台增压器的加速性数据会存在一定的差异。但是只要试验台(装置)严格按照国家相关标准设计、制造，这些误差在工程上是可以接受的。

对于一定的试验装置，由于润滑油状态对增压器的机械效率有重要影响，故试验状态参数控制——特别是润滑油进出口压力、温度、流量对增压器的机械效率有着重要影响。在汽车柴油机增压器试验方法(QC/T 591-1999)中，以润滑油进出口压力、温度、流量获得增压器的机械效率，然而，增压器的机械效率受到多方面的影响，仅凭润滑油进出口压力、温度、流量获得增压器的机械效率并不准确。并且增压器转速由0加速到额定转速只需要不到10s，润滑油进出口压力、温度、流量通过各自的传感器获得的数据具有一定的滞后性，故本发明通过压气机绝热压缩功率和涡轮绝热膨胀功率得出涡轮增压器的总效率，减小了误差。

综合上述，且参照图1和图2中所示，对涡轮增压器21的加速性进行测试评价时首先检查试验台架，确认各传感器的布置是否处于规定位置及连线是否连接准确无误，即各压力、温度传感器的布点是否正确，确认仪器仪表状态是否正常，电器线路连接是否准确，管路是否无漏气漏油现象(步骤200)，开启气源，对涡轮增压器的润滑油、空气以及燃气混合物的排放背压进行调节，使得其与设定值一致(步骤201)。确认无误后，可以分别根据上述两种方案，对影响涡轮增压器的加速性相关的参数进行测量(步骤202)，通过压力传感器、温度传感器和气体流量计对管道内气体压力、温度和动态气体流量进行测量取值；通过转速传感器测取转速值并绘制从初始转速到终止转速随时间变化的曲线，并根据量测的压力、温度以及动态气体的流量，根据相关公式，求得涡轮增压器的加速性参数(步骤203和步骤204)；最后将所得的涡轮增压器的加速性参数进行分析、评价该涡轮增压器的加速性能(步骤205)。

Claims (5)

1.一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；所述的评价测试方法具体步骤如下：

(1)检查台架，确认仪器仪表状态正常，电器线路连接准确，管路无漏气漏油现象；

(2)开启电源、气源，对试验装置润滑油、燃油、气源空气压力进行调节，使其与设定值一致；若试验装置润滑油、燃油、气源空气压力与设定值一致，则开始对影响涡轮增压器加速性的相关参数进行测量；

(3)通过压力传感器、温度传感器和气体流量计对管道内气体压力、温度和动态气体流量进行测量取值；通过转速传感器测取转速值并绘制从初始转速到终止转速随时间变化的曲线；

(4)通过测量的压力、温度、动态气体的流量和转速，根据公式

其中，

式中，G_cnp为增压器压气机折合质量流量，n_cnp为压气机折合转速，

T^* _a为试验时压气机进口气体总温，P^* _a为试验时压气机进口气体总压，

求得涡轮增压器的加速性参数，并将所得的涡轮增压器的加速性参数进行分析、评价该涡轮增压器的加速性能。

2.根据权利要求1所述的涡轮增压器加速性能评价测试方法，其特征在于，所述折合质量流量和折合转速应根据相应热力学公式折合到标准环境状态。

3.根据权利要求1所述涡轮增压器加速性能评价测试方法，其特征在于，步骤(2)包括，测量涡轮增压器由0加速到额定转速的加速性时，给予涡轮增压器燃气，驱动涡轮增压器，使其转速由0开始，加速到额定转速。

4.根据权利要求1所述涡轮增压器加速性能评价测试方法，其特征在于，步骤(2)包括， 测量涡轮增压器加速到额定转速的加速性时，给予涡轮增压器燃气，驱动涡轮增压器，然后通过增大燃油供给量或进气量或同时增大燃油供给量与进气量使涡轮增压器加速到额定转速。

5.一种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、进气压力传感器、进气温度传感器、进气质量流量计、燃烧室、燃油系统、点火装置、燃油压力传感器、燃油温度传感器、燃油质量流量计、燃气旁通管、燃气旁通电动阀、燃气旁通压力传感器、燃气旁通温度传感器、涡轮进气管、涡轮进气电动阀、涡轮进口压力传感器、涡轮进口温度传感器、涡轮增压器、涡轮排气管、涡轮出口温度传感器、涡轮出口压力传感器、压气机进气管、压气机排气管、压气机进口压力传感器、压气机进口温度传感器、压气机出口压力传感器、压气机出口温度传感器、增压器转速传感器、压气机进口流量计、润滑油系统、润滑油进口压力传感器、润滑油进口温度传感器、润滑油出口压力传感器、润滑油出口温度传感器；其特征在于：所述外气源通过进气管和燃烧室相连接，进气电动阀安装在进气管上；所述燃油系统为燃烧室提供燃油，包括燃油箱、燃油泵、燃油管，在燃油管上安装有燃油压力传感器、燃油温度传感器以及燃油质量流量计；所述涡轮进气管连接燃烧室和增压器涡轮壳，其上装有涡轮进口温度传感器、涡轮进口压力传感器以及涡轮进口电动阀；所述燃气旁通管与燃烧室和涡轮之间的涡轮进气管相连接，其上装有燃气旁通电动阀、燃气旁通压力传感器和燃气旁通温度传感器；所述涡轮排气管连接和增压器涡轮壳出口相连，其上装有涡轮出口温度传感器和涡轮出口压力传感器；所述润滑油系统为涡轮增压器提供循环润滑油，包括润滑油箱、润滑油泵、润滑油进油管、润滑油回油管，润滑油通过进油管和回油管连接涡轮增压器，在润滑油进油管上装有增压器润滑油进口温度传感器和润滑油进口压力传感器，在润滑油回油管上装有润滑油出口温度传感器；所述压气机进气管一端连接到增压器压气机进口，另一端连接压气机进口流量计，其上装有增压器转速传感器、压气机进口温度传感器、压气机进口压力传感器；所述压气机排气管连接到增压器压气机的出口，其上装有压气机出口温度传感器和压气机出口压力传感器。 

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