CN107449611A - 涡轮增压器单体啸叫性能评价方法 - Google Patents

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胡刚
唐朝阳
刘刚
张亮
辜庆伟
周晓强
李祥
张尧
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/14—Testing gas-turbine engines or jet-propulsion engines

Abstract

本发明公开了一种涡轮增压器单体啸叫性能评价方法，包括以下步骤：（1）台架和测点布置：将热端进气管从热端进气口连接蒸汽泵，热端排气管连接热端排气口，冷端进气管连接空滤器和冷端进气口，冷端排气管连接冷端排气口；在中间轴壳体以及冷端排气口附近分别布置振动传感器，分别采集中间轴的动不平衡振动啸叫和冷端叶轮啸叫；（2）测试：模拟正常工况下的发动机工况，匀加速工况要求转速从怠速开始按照arpm/s递增至Arpm为止，根据脉冲产生的振动采集匀加速工况的数据；（3）评价分析。本发明能够基于振动特性准确地评价出涡轮增压器单体是冷端啸叫还是轴动不平衡啸叫。

Description

涡轮增压器单体啸叫性能评价方法
技术领域
本发明属于发动机试验领域，具体涉及一种涡轮增压器单体啸叫性能评价方法。
背景技术
由于涡轮增压器的转速非常高，从每秒20万转到上百万转，其带来的最大问题就是流体在叶轮分离时产生啸叫。目前主要在消声室中评价涡轮增压器综合1m包络面的啸叫水平，该方法不能评价到底是冷端啸叫还是轴动不平衡啸叫，从而无法客观指导产品设计分析。而如果用近场声学传感器分别布置在中间轴壳体和冷端针对性测试则更不可能实现，因为其转速太高，目前没有声学传感器能采集到每个叶轮的转动脉冲信号，同时经常噪声测试干扰大，更不准确。
因此，有必要开发一种涡轮增压器单体啸叫性能评价方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种涡轮增压器单体啸叫性能评价方法，它通过振动特性来评价涡轮增压器单体的啸叫性能。
本发明所述的涡轮增压器单体啸叫性能评价方法，包括以下步骤：
(1)台架和测点布置：
将热端进气管从热端进气口连接蒸汽泵，热端排气管连接热端排气口，冷端进气管连接空滤器和冷端进气口，冷端排气管连接冷端排气口；即蒸汽泵1将高温气体通过热端进气管送进增压器热端，驱动热端叶轮运动，并联动了冷端叶轮，使增压器不停从冷端进气口进气，从冷端排气口排除；
在中间轴壳体以及冷端排气口附近分别布置振动传感器，分别采集中间轴的动不平衡振动啸叫和冷端叶轮啸叫；
(2)测试：
模拟正常工况下的发动机工况，匀加速工况要求转速从怠速开始按照arpm/s递增至Arpm为止，根据脉冲产生的振动采集匀加速工况的数据；
(3)评价分析：
利用各测点加速overall曲线来评价冷端啸叫性能，其评价标准：要求overall曲线呈线性均匀增大，且总体幅值越低越好；
利用Colormap图谱来评价增压器的动不平衡带来的啸叫，其评价标准：啸叫能量越低越好。
进一步，匀加速工况要求转速从怠速开始按照25rpm/s递增至5500rpm为止。
本发明的有益效果：该方法能够准确评价出涡轮增压器单体是冷端啸叫还是轴动不平衡啸叫，且准确性高，从而能够客观指导产品设计分析。
附图说明
图1为台架以及涡轮增压器整体布置示意图；
图2为台架以及涡轮增压器单体振动传感器布置轴视示意图；
图3为涡轮增压器冷热端振动overall曲线示意图；
图4为在涡轮增压器的中间轴壳体处的振动colormap图谱示意图；
图中，1-蒸汽泵，2-涡轮增压器，21-冷端进气口，22-冷端排气口，23-热端排气口，24-热端进气口，25-控制器，26-中间轴壳体，3-空滤器，4-冷端进气管，5-冷端排气管，6-热端排气管，7-台架，8-热端进气管，9、振动传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明所述的涡轮增压器单体啸叫性能评价方法，主要根据噪声来源于振动，涡轮增压器中叶轮在运动中将流体甩向壳体，从而使得壳体上会产生相应振动，此时用振动传感器即可接收到振动脉冲。虽然振动传感器的分辨率依旧不能采集到每个叶轮产生的脉冲信号，但是增压器在短时间内的运行状态是平稳的，所以根据不同分辨率的振动传感器来说，其采集的相邻脉冲信号是间隔了多个叶轮脉冲信号的，该信号可作为评价的标准。同时增压器运动中轴不平衡，也会产生啸叫，本发明即根据此原理用涡轮增压器振动特性来评价冷端和热端啸叫性能。
本发明提出了用蒸汽泵模拟发动机正常工作来给热端进气口泵进高温气体，并联动冷端叶轮运动，本发明主要在中间轴壳体以及排气口位置采集动不平衡和冷端振动信号。
本发明提出评价增压器单啸叫体性能的工况为匀加速工况，工况的控制由蒸汽泵的泵气动作控制，控制器必须带闭环检测功能，从而保证控制时间的精确度满足要求。
本发明所述的涡轮增压器单体啸叫性能评价方法，具体包括以下步骤：
(1)台架和测点布置：
台架及测点布置：涡轮增压器在汽车尾气的作用下驱动热端叶轮运动，并联动了冷端叶轮，使得冷端不停从外界吸进更多空气进入发动机，从而可喷更多油，且燃烧更充分，从而提高发动机性能。根据此原理搭建了台架如图1和图2所示，热端进气管8从热端进气口24连接蒸汽泵1，热端排气管6连接热端排气口23，冷端进气管4连接空滤器3和冷端进气口21，冷端排气管5连接冷端排气口22。即蒸汽泵1将高温气体通过热端进气管8送进增压器热端，驱动热端叶轮运动，并联动了冷端叶轮，使增压器2不停从冷端进气口21进气，从冷端排气口排除。在中间轴壳体和冷端排气口附近分别布置振动传感器10，分别采集中间轴的动不平衡振动啸叫和冷端叶轮啸叫。
测试以及数据分析：模拟正常工况下的发动机工况，匀加速工况要求转速从怠速开始按照25rpm/s递增至5500rpm为止，即匀加速下泵气间隔时间(k为当前模拟发动机转速)。根据脉冲产生的振动采集匀加速工况的数据。然后按照表1中的评价项目表进行NVH性能评价。
评价项目表：
步骤 评价项 评价标准
1 各测点加速overall曲线 均匀增大，幅值越低越好
2 Colormap图谱 啸叫能量越低越好
表1。
在评价overall过程中，一般要求曲线呈线性均匀增大，总体幅值越低越好。如图3所示，增压器A的冷端啸叫overall曲线线性度较好，且在常用转速1500rpm～4000rpm范围内的幅值都比较小，所以增压器A的冷端叶轮制造或者型线设计比较好。
Colormap图谱主要评价增压器的动不平衡带来的啸叫，其图形表现为类似闪电状的扭曲线，一般来说动不平衡量越小，或者运行越稳定的话其能量越低，啸叫水平就越好。如图4所示，增压器D的闪电状线条较增压器C明显，即增压器D的动不平衡啸叫水平明显高于增压器C。

Claims (2)

1.一种涡轮增压器单体啸叫性能评价方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）台架和测点布置：
将热端进气管（8）从热端进气口（24）连接蒸汽泵（1），热端排气管（6）连接热端排气口（23），冷端进气管（4）连接空滤器（3）和冷端进气口（21），冷端排气管（5）连接冷端排气口（22）；即蒸汽泵（1）将高温气体通过热端进气管（8）送进增压器热端，驱动热端叶轮运动，并联动了冷端叶轮，使增压器（2）不停从冷端进气口（21）进气，从冷端排气口（22）排除；
在中间轴壳体（26）以及冷端排气口（22）附近分别布置振动传感器（9），分别采集中间轴的动不平衡振动啸叫和冷端叶轮啸叫；
（2）测试：
模拟正常工况下的发动机工况，匀加速工况要求转速从怠速开始按照arpm/s递增至Arpm为止，根据脉冲产生的振动采集匀加速工况的数据；
（3）评价分析：
利用各测点加速overall曲线来评价冷端啸叫性能，其评价标准：要求overall曲线呈线性均匀增大，且总体幅值越低越好；
利用Colormap图谱来评价增压器的动不平衡带来的啸叫，其评价标准：啸叫能量越低越好。
2.根据权利要求1所述的涡轮增压器单体啸叫性能评价方法，其特征在于：匀加速工况要求转速从怠速开始按照25rpm/s递增至5500rpm为止。
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