CN114636558B - 一种涡轮增压器压气叶轮包容性试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种涡轮增压器压气叶轮包容性试验方法，减少试验次数，降低试验成本。包括以下步骤：S1、采用弹塑性材料模型仿真计算压气叶轮在极限转速爆裂时的应力F1；S2、对压气叶轮进行弱化处理，采用弹塑性材料模型仿真计算弱化处理的压气叶轮在预定转速爆裂时的应力F2，当F2＝F1时，确定压气叶轮模型弱化方案，实现压气叶轮在预定转速下爆裂；S3、进行压气叶轮包容性仿真模拟，包容性仿真模拟时的压气叶轮模型与弱化处理的压气叶轮模型一致，通过包容性仿真结果得出：压气叶轮爆裂时与壳体撞击形态，壳体是否有足够的能力将压气叶轮爆裂碎片包容在内，不产生非包容性碎片；S4、采用整机进行压气叶轮包容性试验，确证步骤S3的结论。
Description
技术领域
本发明涉及涡轮增压器技术领域，特别是涉及一种涡轮增压器压气叶轮包容性试验方法。
背景技术
随着内燃机不断向高效率、大功率、智能化方向发展，其核心部件涡轮增压器逐渐向高压比、高转速、大流量方向迈进，由于涡轮增压器压气叶轮转速非常高，压气叶轮爆裂尤其是产生非包容性碎片时会对内燃机运行造成严重的危害，甚至造成人员伤亡，基于此开展涡轮增压器压气叶轮在预定转速下的包容性试验尤为重要。
传统试验时，采用逐步逼近的方法来达到预定的爆裂转速，需要进行多次试验，才能实现压气叶轮在预定转速下爆裂，试验成本巨大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种涡轮增压器压气叶轮包容性试验方法，减少试验次数，降低试验成本。
本发明的目的是这样实现的：
一种涡轮增压器压气叶轮包容性试验方法，包括以下步骤：
S1、采用弹塑性材料模型仿真计算压气叶轮在极限转速爆裂时的应力F1；
S2、对压气叶轮进行弱化处理，采用弹塑性材料模型仿真计算弱化处理的压气叶轮在预定转速爆裂时的应力F2，当F2＝F1时，确定压气叶轮模型弱化方案，实现压气叶轮在预定转速下爆裂；
S3、进行压气叶轮包容性仿真模拟，包容性仿真模拟时的压气叶轮模型与弱化处理的压气叶轮模型一致，通过包容性仿真结果得出：压气叶轮爆裂时与壳体撞击形态，判断壳体是否有足够的能力将压气叶轮爆裂碎片包容在内，不产生非包容性碎片；
S4、采用整机进行压气叶轮包容性试验，确证步骤S3的结论。
优选地，压气叶轮弱化方法为：采用线切割加工方法对压气叶轮加工周向均布槽，将压气叶轮均分为多瓣。
优选地，压气叶轮弱化方法为：采用线切割加工方法对压气叶轮加工120°均布槽。
优选地，所述步骤S4中，将弱化处理的压气叶轮进行动平衡。
优选地，所述步骤S4中，将压气叶轮子午面进行车削，以增大压气叶轮与罩壳之间的间隙，该间隙大于弱化处理的压气叶轮径向变形量。
优选地，所述步骤S4中，在增压器整机试验台上，采用自循环方式进行整机包容性试验，增压器建立能维持自循环的最低转速，逐渐提高增压器转速至预定的转速爆裂，若压气叶轮未发生爆裂，则降低转速再提高至预定转速，往复若干次，若压气叶轮仍未爆裂，则重复步骤S2-S4，直至压气叶轮在预定转速下爆裂。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明采用弹塑性材料模型仿真计算叶轮极限转速爆裂时的应力，使得弱化处理的压气叶轮在预定转速爆裂时的应力等于极限转速爆裂时计算的应力即可实现压气叶轮在预定转速下爆裂；
本发明采用120°均布预制槽进行叶轮弱化，同时模拟叶轮爆裂为三瓣与壳体撞击形态，通过模拟即可预判壳体是否有足够的包容性，将压气叶轮爆裂碎片包容在内，最后进行压气叶轮包容性试验，本发明采用理论指导实践，大大的提高了压气叶轮包容性试验成功率。
本发明首先采用弹塑性材料模型模拟计算压气叶轮在极限转速爆裂时的应力，与传统采用弹性材料模型计算的应力相比计算结果更为准确，通过弱化处理即可实现压气叶轮在预定转速下爆裂，可以精确的控制压气叶轮爆裂转速，再者模拟压气叶轮炸裂为三瓣的形式与壳体撞击，即可直观的判断压气叶轮爆裂与壳体的撞击形态，判断是否有非包容性碎片产生，随后采用整机进行压气叶轮包容性试验，相比于采用电机拖动压气叶轮等此类方案，结构更为简单，试验可靠性更高。
附图说明
图1为根据本发明的涡轮增压器压气叶轮包容性试验方法原理图；
图2为弹塑性材料模型；
图3为压气叶轮极限转速爆裂时应力计算结果示意图；
图4为弱化处理压气叶轮示意图；
图5为弱化处理压气叶轮120°均布槽放大图；
图6为弱化处理压气叶轮在预定转速爆裂时应力计算结果示意图；
图7为压气叶轮包容性仿真模拟示意图；
图8为采用整机进行压气叶轮包容性试验示意图.
附图标记
附图中，1-压气叶轮、2-叶轮罩壳、3-压气机壳、4-扩压器、5-轴承壳、6-涡轮轴、7-甩油盘、8-压端密封盖。
具体实施方式
如图1-图8所示，本发明实例涡轮增压器压气叶轮包容性试验方法，包括：采用弹塑性材料模型仿真计算压气叶轮在极限转速爆裂时的应力，同样采用弹塑性材料模型仿真计算弱化处理的压气叶轮在预定转速爆裂时的应力，并确保上述应力相等，即可确定压气叶轮弱化方案，实现压气叶轮在预定转速下爆裂。
压气叶轮爆裂应力水平计算，主要是指采用弹塑性材料模型进行压气叶轮在极限转速爆裂时的应力计算，传统工程仿真计算时，一般采用线弹性材料模型，由于线弹性材料模型无法精确模拟压气叶轮材料在发生塑性变形以后的应力水平，因此无法准确模拟出压气叶轮在极限转速爆裂时的应力水平，因此无法应用于压气叶轮爆裂时应力水平计算，本发明中采用弹塑性材料模型更适用于模拟压气叶轮爆裂时的应力水平。
本发明中采用线切割加工方法对压气叶轮加工120°均布槽，其中槽宽及槽深均由上述计算得出，也可以试验得出。本发明中采用120°均布槽主要是为了方便进行压气叶轮动平衡及转子总成动平衡，压气叶轮有不同的弱化方案，只需确保压气叶轮极限转速爆裂时的应力与预定转速爆裂时的应力相等即可。采用压气叶轮爆裂为三瓣的形式与壳体撞击来模拟叶轮爆裂后的形态。
在进行压气叶轮包容性仿真模拟时，采用压气叶轮爆裂为三瓣的形式与壳体(压气叶轮爆裂后撞击到壳体)撞击进行仿真模拟，本发明中压气叶轮弱化方案为120°均布槽，因此在进行压气叶轮包容性仿真模拟时，同样采用压气叶轮爆裂为3瓣的形式与壳体撞击，即确保包容性模拟时的压气叶轮模型与弱化处理的压气叶轮模型一致，查看包容性仿真结果，即可得出压气叶轮爆裂时与壳体的撞击形态，壳体是否有足够的能力将压气叶轮爆裂碎片包容在内，不产生非包容性碎片。
采用整机进行压气叶轮包容性试验，压气叶轮包容性试验采用涡轮增压器整机进行，不需要额外的试验设备，即能达到试验目的。将弱化处理的压气叶轮进行动平衡，由于压气叶轮弱化处理使得压气叶轮质量分布发生较大的变化，因此必须要进行压气叶轮动平衡及转子总成动平衡，以防止较大的不平衡量导致转子失稳致使压气叶轮包容性试验失败，同时需要将压气叶轮子午面进行车削，以增大压气叶轮与罩壳之间的间隙，间隙只需大于弱化处理的压气叶轮径向变形即可，以防止在试验过程中压气叶轮径向变形导致压气叶轮叶片与叶轮罩壳发生碰擦，致使压气叶轮卡在叶轮罩壳内，导致包容性试验失败，在增压器整机试验台采用自循环方式进行整机包容性试验，增压器点火建立能维持自循环的最低转速，逐渐提高增压器转速至预定的转速爆裂，若压气叶轮未发生爆裂，需要降低转速再提高至预定转速，往复三次，压气叶轮仍未爆裂，则需要对压气叶轮继续弱化处理，直至压气叶轮在预定转速爆裂。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (2)
1.一种涡轮增压器压气叶轮包容性试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采用弹塑性材料模型仿真计算压气叶轮在极限转速爆裂时的应力F1；
S2、对压气叶轮进行弱化处理，采用弹塑性材料模型仿真计算弱化处理的压气叶轮在预定转速爆裂时的应力F2，当F2=F1时，确定压气叶轮模型弱化方案，实现压气叶轮在预定转速下爆裂；
压气叶轮弱化方法为：采用线切割加工方法对压气叶轮加工周向均布槽，将压气叶轮均分为多瓣；
S3、进行压气叶轮包容性仿真模拟，包容性仿真模拟时的压气叶轮模型与弱化处理的压气叶轮模型一致，通过包容性仿真结果得出：压气叶轮爆裂时与壳体撞击形态，判断壳体是否有足够的能力将压气叶轮爆裂碎片包容在内，不产生非包容性碎片；
S4、采用整机进行压气叶轮包容性试验，确证步骤S3的结论；
所述步骤S4中，将弱化处理的压气叶轮进行动平衡；
所述步骤S4中，将压气叶轮子午面进行车削，以增大压气叶轮与罩壳之间的间隙，该间隙大于弱化处理的压气叶轮径向变形量；
所述步骤S4中，在增压器整机试验台上，采用自循环方式进行整机包容性试验，增压器建立能维持自循环的最低转速，逐渐提高增压器转速至预定的转速爆裂，若压气叶轮未发生爆裂，则降低转速再提高至预定转速，往复若干次，若压气叶轮仍未爆裂，则重复步骤S2-S4，直至压气叶轮在预定转速下爆裂。
2.根据权利要求1所述的一种涡轮增压器压气叶轮包容性试验方法，其特征在于，压气叶轮弱化方法为：采用线切割加工方法对压气叶轮加工120°均布槽。
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