CN106499651A - 一种离心压气机非稳态特性试验台及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离心压气机非稳态特性试验台，属于动力机械技术领域；它包括：空压机、燃烧室、涡轮箱及离心压气机；空压机与燃烧室的进气端连接，燃烧室的出气端与涡轮箱的进口端连接，涡轮箱的出口端与大气相连；离心压气机与涡轮箱内的涡轮同轴连接，且离心压气机的进气端通过压气机进口管与大气相连，离心压气机的出气端与压气机出口总管的进气口连接，在压气机出口总管的第一压气机排气管上安装有稳态工况调节阀，在压气机出口总管的第二压气机排气管上沿放气方向依次安装有非稳态测试调节阀及脉冲发生器；本发明能够通过模拟离心压气机实际工作时存在的出口压力脉动测量在这种压力脉动条件下离心压气机的非稳态性能。

Description

一种离心压气机非稳态特性试验台及试验方法

技术领域

本发明属于动力机械技术领域，具体涉及一种出口脉动流动条件下离心压气机非稳态特性试验台及试验方法。

背景技术

随着世界能源危机的加剧以及各国环保法规的不断严格化，汽车发动机对节能、环保的要求也越来越高，涡轮增压技术的应用在提高内燃机的燃油经济性和比功率，以及降低排放等方面发挥着至关重要的作用。离心压气机作为涡轮增压器的核心部件之一，具有体积小、单级压比高、成本低以及工艺性能好等优点，特别适用于小流量高压比的应用场合。车用涡轮增压器要求具有较好的变工况特性和瞬态响应性能，以适应车辆发动机负荷不断变化的需求，而离心压气机一旦进入不稳定工作状态，尤其是小流量发生喘振时，不但失去增压能力，同时叶片将发生强烈的震动导致压气机损坏，因此研究离心压气机非稳态工作特性具有重要的意义。

车用发动机普遍采用活塞式内燃机，其进气门开启面积及气缸工作容积随曲轴转角发生变化，发动机进气管内存在气体惯性效应和压力波的传播，发动机进气系统内为脉冲流动条件，它对进气系统的流动特性将会产生影响。对于车用涡轮增压器离心压气机，其出口与发动机进气管相连，因此其出口流动参数一定会随着发动机进气门的开启关闭而呈现出一定的波动特性。虽然目前发动机进气系统中在离心压气机与进气管之间有中冷器，它的存在会对离心压气机出口流动参数波动产生一定的阻尼作用，但是离心压气机出口依然具有一定程度的气流脉动。活塞式内燃机的这种工作特点，使得气流脉动对离心压气机流动特性产生较大影响，其实际性能与在稳定流动条件下测得的性能有很大不同。因此，通过试验方法研究出口脉动流动条件下离心压气机的非稳态流动特征对于提高发动机性能具有重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种离心压气机非稳态特性试验台及试验方法，不仅能够测量离心压气机的稳态性能，还可以通过模拟离心压气机实际工作时存在的出口压力脉动，进而测量在这种压力脉动条件下离心压气机的非稳态性能。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种离心压气机非稳态特性试验台，包括：空压机、气源调节阀、燃烧室进气管、燃烧室、涡轮进气管、涡轮箱、涡轮排气管、离心压气机、压气机进口管、压气机出口总管、稳态工况调节阀、非稳态测试调节阀及脉冲发生器；

所述燃烧室上设有喷油孔；

所述压气机出口总管的出气口分为两个分支，分别为第一压气机排气管和第二压气机排气管；

整体连接关系如下：空压机通过燃烧室进气管与燃烧室的进气端连接，燃烧室的出气端通过涡轮进气管与涡轮箱的进口端连接，涡轮箱的出口端通过涡轮排气管与大气相连，涡轮箱内的涡轮在来自燃烧室的高温燃气的作用下进行高速旋转；其中，在燃烧室进气管上安装有气源调节阀；

离心压气机与涡轮箱内的涡轮同轴连接，且离心压气机的进气端通过压气机进口管与大气相连，离心压气机的出气端与压气机出口总管的进气口连接，在第一压气机排气管上安装有稳态工况调节阀，在第二压气机排气管上沿放气方向依次安装有非稳态测试调节阀及脉冲发生器；

其中，在离心压气机内设置有测速装置；在压气机进口管上设置有流量计；在压气机进口管、第一压气机排气管和第二压气机排气管上均设置有温度计和压力计。

基于所述一种离心压气机非稳态特性试验台进行非稳态特性的试验方法的具体步骤如下：

第一步，调节离心压气机至设定的测试工况：

首先，开启稳态工况调节阀，关闭非稳态测试调节阀，打开空压机，使外气源提供的空气经空压机压缩后的形成的压缩空气经过燃烧室进气管进入燃烧室，压缩空气在燃烧室与经燃烧室的喷油孔喷入的燃油混合燃烧后生成高温燃气，高温燃气经过涡轮进气管进入涡轮箱，驱动涡轮箱内的涡轮高速旋转，涡轮带动同轴的离心压气机旋转，离心压气机将由压气机进口管吸入的空气进行压缩后，经第一压气机排气管排入大气；

然后，通过调节气源调节阀、燃烧室的喷油孔喷入的燃油量和稳态工况调节阀，使离心压气机的工况达到设定的测试工况；

最后，记录此时的离心压气机的转速，压气机进口管上的压气机进口压力、压气机进口温度和压气机进口流量，第一压气机排气管上的压气机稳态出口压力和压气机稳态出口温度；

第二步，进行离心压气机的非稳态特性试验：

首先，以设定速率逐渐关闭稳态工况调节阀，同时以设定速率逐渐开启非稳态测试调节阀，在稳态工况调节阀完全关闭后，通过调节非稳态测试调节阀的开度，直至离心压气机再次达到第一步中设定的测试工况；

然后，开启脉冲发生器，调节脉冲发生器的转速以达到测试的脉冲气流频率，其中，所述脉冲气流频率与通过发动机的转速和气缸个数计算得出的气流频率相等；

最后，记录此时的离心压气机的转速，压气机进口管上的压气机进口压力、压气机进口温度和压气机进口瞬态流量，第二压气机排气管上的压气机非稳态出口瞬态压力和压气机非稳态出口温度。

有益效果：本发明的试验台能够实现模拟离心压气机实际工作时存在的出口压力脉动，并研究在该脉动条件下离心压气机的非稳态性能，使离心压气机性能测试结果更接近于实际运行工况，解决目前离心压气机性能试验台只能研究离心压气机稳态特性的问题。

附图说明

图1为本发明试验台的连接示意图。

图2为本发明试验台的工作示意图。

其中，1-空压机，2-气源调节阀，3-燃烧室进气管，4-燃烧室，5–涡轮进气管，6-涡轮箱，7-涡轮排气管，8–离心压气机，9-压气机进口管，10-压气机出口总管，11-稳态工况调节阀，12-第一压气机排气管，13-非稳态测试调节阀，14-脉冲发生器，15-第二压气机排气管2。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种出口脉动流动条件下离心压气机非稳态特性试验台，参见附图1和2，包括：空压机1、气源调节阀2、燃烧室进气管3、燃烧室4、涡轮进气管5、涡轮箱6、涡轮排气管7、离心压气机8、压气机进口管9、压气机出口总管10、稳态工况调节阀11、非稳态测试调节阀13及脉冲发生器14；

所述燃烧室4上设有喷油孔；

所述压气机出口总管10的出气口分为两个分支，分别为第一压气机排气管12和第二压气机排气管15；

整体连接关系如下：空压机1通过燃烧室进气管3与燃烧室4的进气端连接，燃烧室4的出气端通过涡轮进气管5与涡轮箱6的进口端连接，涡轮箱6的出口端通过涡轮排气管7与大气相连，涡轮箱6内的涡轮在来自燃烧室4的高温燃气的作用下，能够进行高速旋转；其中，在燃烧室进气管3上安装有气源调节阀2；

离心压气机8与涡轮箱6内的涡轮同轴连接，且离心压气机8的进气端通过压气机进口管9与大气相连，离心压气机8的出气端与压气机出口总管10的进气口连接，在第一压气机排气管12上安装有稳态工况调节阀11，在第二压气机排气管15上沿放气方向依次安装有非稳态测试调节阀13及脉冲发生器14；其中，非稳态测试调节阀13位于离心压气机8的一侧；

在离心压气机8内设置有测速装置，用于测量离心压气机8的转速；在压气机进口管9上设置有流量计，用于测量离心压气机8的压气机进口流量，在压气机进口管9上还设置有温度计和压力计，用于测量离心压气机8的压气机进口温度和压气机进口压力；在第一压气机排气管12和第二压气机排气管15上均设置有温度计和压力计，分别用于测量离心压气机8的压气机稳态出口压力和压气机稳态出口温度及压气机非稳态出口瞬态压力和压气机非稳态出口温度。

基于所述试验台进行非稳态特性的试验方法，其具体步骤如下：

第一步，调节离心压气机8至设定的测试工况：

首先，开启稳态工况调节阀11，关闭非稳态测试调节阀13，打开空压机1，使外气源提供的空气经空压机1压缩后形成的压缩空气经过燃烧室进气管3进入燃烧室4，压缩空气在燃烧室4与经燃烧室4的喷油孔喷入的燃油混合燃烧后生成高温燃气，高温燃气经过涡轮进气管5进入涡轮箱6，驱动涡轮箱6内的涡轮高速旋转，涡轮带动同轴的离心压气机8旋转，离心压气机8将由压气机进口管9吸入的空气进行压缩后，经第一压气机排气管12排入大气；

然后，通过调节气源调节阀2、燃烧室4的喷油孔喷入的燃油量和稳态工况调节阀11，使离心压气机8的工况达到设定的测试工况；

最后，记录此时的离心压气机8的转速，压气机进口管9上的压气机进口压力、压气机进口温度和压气机进口流量，第一压气机排气管12上的压气机稳态出口压力和压气机稳态出口温度。

第二步，进行离心压气机8的非稳态特性试验：

首先，以设定速率逐渐关闭稳态工况调节阀11，同时以设定速率逐渐开启非稳态测试调节阀13，在稳态工况调节阀11完全关闭后，通过调节非稳态测试调节阀13的开度，直至离心压气机8再次达到第一步中设定的测试工况；其中，逐渐关闭稳态工况调节阀11，同时逐渐开启非稳态测试调节阀13是为了防止稳态工况调节阀11和非稳态测试调节阀13的突然开关造成离心压气机8的喘振；

然后，开启脉冲发生器14，调节脉冲发生器14的转速以达到测试的脉冲气流频率，其中，所述脉冲气流频率与通过发动机的转速和气缸个数计算得出的气流频率相等；

记录此时的离心压气机8的转速，压气机进口管9上的压气机进口压力、压气机进口温度和压气机进口瞬态流量，第二压气机排气管15上的压气机非稳态出口瞬态压力和压气机非稳态出口温度；

最后，进行多次重复性测试，并根据上述数据进行非稳态特性分析。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种离心压气机非稳态特性试验台，其特征在于，包括：空压机(1)、气源调节阀(2)、燃烧室进气管(3)、燃烧室(4)、涡轮进气管(5)、涡轮箱(6)、涡轮排气管(7)、离心压气机(8)、压气机进口管(9)、压气机出口总管(10)、稳态工况调节阀(11)、非稳态测试调节阀(13)及脉冲发生器(14)；

所述燃烧室(4)上设有喷油孔；

所述压气机出口总管(10)的出气口分为两个分支，分别为第一压气机排气管(12)和第二压气机排气管(15)；

整体连接关系如下：空压机(1)通过燃烧室进气管(3)与燃烧室(4)的进气端连接，燃烧室(4)的出气端通过涡轮进气管(5)与涡轮箱(6)的进口端连接，涡轮箱(6)的出口端通过涡轮排气管(7)与大气相连，涡轮箱(6)内的涡轮在来自燃烧室(4)的高温燃气的作用下进行高速旋转；其中，在燃烧室进气管(3)上安装有气源调节阀(2)；

离心压气机(8)与涡轮箱(6)内的涡轮同轴连接，且离心压气机(8)的进气端通过压气机进口管(9)与大气相连，离心压气机(8)的出气端与压气机出口总管(10)的进气口连接，在第一压气机排气管(12)上安装有稳态工况调节阀(11)，在第二压气机排气管(15)上沿放气方向依次安装有非稳态测试调节阀(13)及脉冲发生器(14)；

其中，在离心压气机(8)内设置有测速装置；在压气机进口管(9)上设置有流量计；在压气机进口管(9)、第一压气机排气管(12)和第二压气机排气管(15)上均设置有温度计和压力计。

2.基于权利要求1所述的一种离心压气机非稳态特性试验台进行非稳态特性的试验方法，其特征在于，具体步骤如下：

第一步，调节离心压气机(8)至设定的测试工况：

首先，开启稳态工况调节阀(11)，关闭非稳态测试调节阀(13)，打开空压机(1)，使外气源提供的空气经空压机(1)压缩后的形成的压缩空气经过燃烧室进气管(3)进入燃烧室(4)，压缩空气在燃烧室(4)与经燃烧室(4)的喷油孔喷入的燃油混合燃烧后生成高温燃气，高温燃气经过涡轮进气管(5)进入涡轮箱(6)，驱动涡轮箱(6)内的涡轮高速旋转，涡轮带动同轴的离心压气机(8)旋转，离心压气机(8)将由压气机进口管(9)吸入的空气进行压缩后，经第一压气机排气管(12)排入大气；

然后，通过调节气源调节阀(2)、燃烧室(4)的喷油孔喷入的燃油量和稳态工况调节阀(11)，使离心压气机(8)的工况达到设定的测试工况；

最后，记录此时的离心压气机(8)的转速，压气机进口管(9)上的压气机进口压力、压气机进口温度和压气机进口流量，第一压气机排气管(12)上的压气机稳态出口压力和压气机稳态出口温度；

第二步，进行离心压气机(8)的非稳态特性试验：

首先，以设定速率逐渐关闭稳态工况调节阀(11)，同时以设定速率逐渐开启非稳态测试调节阀(13)，在稳态工况调节阀(11)完全关闭后，通过调节非稳态测试调节阀(13)的开度，直至离心压气机(8)再次达到第一步中设定的测试工况；

然后，开启脉冲发生器(14)，调节脉冲发生器(14)的转速以达到测试的脉冲气流频率，其中，所述脉冲气流频率与通过发动机的转速和气缸个数计算得出的气流频率相等；

最后，记录此时的离心压气机(8)的转速，压气机进口管(9)上的压气机进口压力、压气机进口温度和压气机进口瞬态流量，第二压气机排气管(15)上的压气机非稳态出口瞬态压力和压气机非稳态出口温度。