本發(fā)明屬于動(dòng)力機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種出口脈動(dòng)流動(dòng)條件下離心壓氣機(jī)非穩(wěn)態(tài)特性試驗(yàn)臺(tái)及試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

隨著世界能源危機(jī)的加劇以及各國環(huán)保法規(guī)的不斷嚴(yán)格化，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)節(jié)能、環(huán)保的要求也越來越高，渦輪增壓技術(shù)的應(yīng)用在提高內(nèi)燃機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性和比功率，以及降低排放等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。離心壓氣機(jī)作為渦輪增壓器的核心部件之一，具有體積小、單級(jí)壓比高、成本低以及工藝性能好等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于小流量高壓比的應(yīng)用場(chǎng)合。車用渦輪增壓器要求具有較好的變工況特性和瞬態(tài)響應(yīng)性能，以適應(yīng)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷不斷變化的需求，而離心壓氣機(jī)一旦進(jìn)入不穩(wěn)定工作狀態(tài)，尤其是小流量發(fā)生喘振時(shí)，不但失去增壓能力，同時(shí)葉片將發(fā)生強(qiáng)烈的震動(dòng)導(dǎo)致壓氣機(jī)損壞，因此研究離心壓氣機(jī)非穩(wěn)態(tài)工作特性具有重要的意義。

車用發(fā)動(dòng)機(jī)普遍采用活塞式內(nèi)燃機(jī)，其進(jìn)氣門開啟面積及氣缸工作容積隨曲軸轉(zhuǎn)角發(fā)生變化，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管內(nèi)存在氣體慣性效應(yīng)和壓力波的傳播，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)為脈沖流動(dòng)條件，它對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)的流動(dòng)特性將會(huì)產(chǎn)生影響。對(duì)于車用渦輪增壓器離心壓氣機(jī)，其出口與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管相連，因此其出口流動(dòng)參數(shù)一定會(huì)隨著發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣門的開啟關(guān)閉而呈現(xiàn)出一定的波動(dòng)特性。雖然目前發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)中在離心壓氣機(jī)與進(jìn)氣管之間有中冷器，它的存在會(huì)對(duì)離心壓氣機(jī)出口流動(dòng)參數(shù)波動(dòng)產(chǎn)生一定的阻尼作用，但是離心壓氣機(jī)出口依然具有一定程度的氣流脈動(dòng)?；钊絻?nèi)燃機(jī)的這種工作特點(diǎn)，使得氣流脈動(dòng)對(duì)離心壓氣機(jī)流動(dòng)特性產(chǎn)生較大影響，其實(shí)際性能與在穩(wěn)定流動(dòng)條件下測(cè)得的性能有很大不同。因此，通過試驗(yàn)方法研究出口脈動(dòng)流動(dòng)條件下離心壓氣機(jī)的非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)特征對(duì)于提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能具有重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種離心壓氣機(jī)非穩(wěn)態(tài)特性試驗(yàn)臺(tái)及試驗(yàn)方法，不僅能夠測(cè)量離心壓氣機(jī)的穩(wěn)態(tài)性能，還可以通過模擬離心壓氣機(jī)實(shí)際工作時(shí)存在的出口壓力脈動(dòng)，進(jìn)而測(cè)量在這種壓力脈動(dòng)條件下離心壓氣機(jī)的非穩(wěn)態(tài)性能。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種離心壓氣機(jī)非穩(wěn)態(tài)特性試驗(yàn)臺(tái)，包括：空壓機(jī)、氣源調(diào)節(jié)閥、燃燒室進(jìn)氣管、燃燒室、渦輪進(jìn)氣管、渦輪箱、渦輪排氣管、離心壓氣機(jī)、壓氣機(jī)進(jìn)口管、壓氣機(jī)出口總管、穩(wěn)態(tài)工況調(diào)節(jié)閥、非穩(wěn)態(tài)測(cè)試調(diào)節(jié)閥及脈沖發(fā)生器；

所述燃燒室上設(shè)有噴油孔；

所述壓氣機(jī)出口總管的出氣口分為兩個(gè)分支，分別為第一壓氣機(jī)排氣管和第二壓氣機(jī)排氣管；

整體連接關(guān)系如下：空壓機(jī)通過燃燒室進(jìn)氣管與燃燒室的進(jìn)氣端連接，燃燒室的出氣端通過渦輪進(jìn)氣管與渦輪箱的進(jìn)口端連接，渦輪箱的出口端通過渦輪排氣管與大氣相連，渦輪箱內(nèi)的渦輪在來自燃燒室的高溫燃?xì)獾淖饔孟逻M(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)；其中，在燃燒室進(jìn)氣管上安裝有氣源調(diào)節(jié)閥；

離心壓氣機(jī)與渦輪箱內(nèi)的渦輪同軸連接，且離心壓氣機(jī)的進(jìn)氣端通過壓氣機(jī)進(jìn)口管與大氣相連，離心壓氣機(jī)的出氣端與壓氣機(jī)出口總管的進(jìn)氣口連接，在第一壓氣機(jī)排氣管上安裝有穩(wěn)態(tài)工況調(diào)節(jié)閥，在第二壓氣機(jī)排氣管上沿放氣方向依次安裝有非穩(wěn)態(tài)測(cè)試調(diào)節(jié)閥及脈沖發(fā)生器；

其中，在離心壓氣機(jī)內(nèi)設(shè)置有測(cè)速裝置；在壓氣機(jī)進(jìn)口管上設(shè)置有流量計(jì)；在壓氣機(jī)進(jìn)口管、第一壓氣機(jī)排氣管和第二壓氣機(jī)排氣管上均設(shè)置有溫度計(jì)和壓力計(jì)。

基于所述一種離心壓氣機(jī)非穩(wěn)態(tài)特性試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)特性的試驗(yàn)方法的具體步驟如下：

第一步，調(diào)節(jié)離心壓氣機(jī)至設(shè)定的測(cè)試工況：

首先，開啟穩(wěn)態(tài)工況調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉非穩(wěn)態(tài)測(cè)試調(diào)節(jié)閥，打開空壓機(jī)，使外氣源提供的空氣經(jīng)空壓機(jī)壓縮后的形成的壓縮空氣經(jīng)過燃燒室進(jìn)氣管進(jìn)入燃燒室，壓縮空氣在燃燒室與經(jīng)燃燒室的噴油孔噴入的燃油混合燃燒后生成高溫燃?xì)猓邷厝細(xì)饨?jīng)過渦輪進(jìn)氣管進(jìn)入渦輪箱，驅(qū)動(dòng)渦輪箱內(nèi)的渦輪高速旋轉(zhuǎn)，渦輪帶動(dòng)同軸的離心壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)，離心壓氣機(jī)將由壓氣機(jī)進(jìn)口管吸入的空氣進(jìn)行壓縮后，經(jīng)第一壓氣機(jī)排氣管排入大氣；

然后，通過調(diào)節(jié)氣源調(diào)節(jié)閥、燃燒室的噴油孔噴入的燃油量和穩(wěn)態(tài)工況調(diào)節(jié)閥，使離心壓氣機(jī)的工況達(dá)到設(shè)定的測(cè)試工況；

最后，記錄此時(shí)的離心壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速，壓氣機(jī)進(jìn)口管上的壓氣機(jī)進(jìn)口壓力、壓氣機(jī)進(jìn)口溫度和壓氣機(jī)進(jìn)口流量，第一壓氣機(jī)排氣管上的壓氣機(jī)穩(wěn)態(tài)出口壓力和壓氣機(jī)穩(wěn)態(tài)出口溫度；

第二步，進(jìn)行離心壓氣機(jī)的非穩(wěn)態(tài)特性試驗(yàn)：

首先，以設(shè)定速率逐漸關(guān)閉穩(wěn)態(tài)工況調(diào)節(jié)閥，同時(shí)以設(shè)定速率逐漸開啟非穩(wěn)態(tài)測(cè)試調(diào)節(jié)閥，在穩(wěn)態(tài)工況調(diào)節(jié)閥完全關(guān)閉后，通過調(diào)節(jié)非穩(wěn)態(tài)測(cè)試調(diào)節(jié)閥的開度，直至離心壓氣機(jī)再次達(dá)到第一步中設(shè)定的測(cè)試工況；

然后，開啟脈沖發(fā)生器，調(diào)節(jié)脈沖發(fā)生器的轉(zhuǎn)速以達(dá)到測(cè)試的脈沖氣流頻率，其中，所述脈沖氣流頻率與通過發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和氣缸個(gè)數(shù)計(jì)算得出的氣流頻率相等；

最后，記錄此時(shí)的離心壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速，壓氣機(jī)進(jìn)口管上的壓氣機(jī)進(jìn)口壓力、壓氣機(jī)進(jìn)口溫度和壓氣機(jī)進(jìn)口瞬態(tài)流量，第二壓氣機(jī)排氣管上的壓氣機(jī)非穩(wěn)態(tài)出口瞬態(tài)壓力和壓氣機(jī)非穩(wěn)態(tài)出口溫度。

有益效果：本發(fā)明的試驗(yàn)臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)模擬離心壓氣機(jī)實(shí)際工作時(shí)存在的出口壓力脈動(dòng)，并研究在該脈動(dòng)條件下離心壓氣機(jī)的非穩(wěn)態(tài)性能，使離心壓氣機(jī)性能測(cè)試結(jié)果更接近于實(shí)際運(yùn)行工況，解決目前離心壓氣機(jī)性能試驗(yàn)臺(tái)只能研究離心壓氣機(jī)穩(wěn)態(tài)特性的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明試驗(yàn)臺(tái)的連接示意圖。

圖2為本發(fā)明試驗(yàn)臺(tái)的工作示意圖。

其中，1-空壓機(jī)，2-氣源調(diào)節(jié)閥，3-燃燒室進(jìn)氣管，4-燃燒室，5–渦輪進(jìn)氣管，6-渦輪箱，7-渦輪排氣管，8–離心壓氣機(jī)，9-壓氣機(jī)進(jìn)口管，10-壓氣機(jī)出口總管，11-穩(wěn)態(tài)工況調(diào)節(jié)閥，12-第一壓氣機(jī)排氣管，13-非穩(wěn)態(tài)測(cè)試調(diào)節(jié)閥，14-脈沖發(fā)生器，15-第二壓氣機(jī)排氣管2。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供了一種出口脈動(dòng)流動(dòng)條件下離心壓氣機(jī)非穩(wěn)態(tài)特性試驗(yàn)臺(tái)，參見附圖1和2，包括：空壓機(jī)1、氣源調(diào)節(jié)閥2、燃燒室進(jìn)氣管3、燃燒室4、渦輪進(jìn)氣管5、渦輪箱6、渦輪排氣管7、離心壓氣機(jī)8、壓氣機(jī)進(jìn)口管9、壓氣機(jī)出口總管10、穩(wěn)態(tài)工況調(diào)節(jié)閥11、非穩(wěn)態(tài)測(cè)試調(diào)節(jié)閥13及脈沖發(fā)生器14；

所述燃燒室4上設(shè)有噴油孔；

所述壓氣機(jī)出口總管10的出氣口分為兩個(gè)分支，分別為第一壓氣機(jī)排氣管12和第二壓氣機(jī)排氣管15；

整體連接關(guān)系如下：空壓機(jī)1通過燃燒室進(jìn)氣管3與燃燒室4的進(jìn)氣端連接，燃燒室4的出氣端通過渦輪進(jìn)氣管5與渦輪箱6的進(jìn)口端連接，渦輪箱6的出口端通過渦輪排氣管7與大氣相連，渦輪箱6內(nèi)的渦輪在來自燃燒室4的高溫燃?xì)獾淖饔孟?，能夠進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)；其中，在燃燒室進(jìn)氣管3上安裝有氣源調(diào)節(jié)閥2；

離心壓氣機(jī)8與渦輪箱6內(nèi)的渦輪同軸連接，且離心壓氣機(jī)8的進(jìn)氣端通過壓氣機(jī)進(jìn)口管9與大氣相連，離心壓氣機(jī)8的出氣端與壓氣機(jī)出口總管10的進(jìn)氣口連接，在第一壓氣機(jī)排氣管12上安裝有穩(wěn)態(tài)工況調(diào)節(jié)閥11，在第二壓氣機(jī)排氣管15上沿放氣方向依次安裝有非穩(wěn)態(tài)測(cè)試調(diào)節(jié)閥13及脈沖發(fā)生器14；其中，非穩(wěn)態(tài)測(cè)試調(diào)節(jié)閥13位于離心壓氣機(jī)8的一側(cè)；

在離心壓氣機(jī)8內(nèi)設(shè)置有測(cè)速裝置，用于測(cè)量離心壓氣機(jī)8的轉(zhuǎn)速；在壓氣機(jī)進(jìn)口管9上設(shè)置有流量計(jì)，用于測(cè)量離心壓氣機(jī)8的壓氣機(jī)進(jìn)口流量，在壓氣機(jī)進(jìn)口管9上還設(shè)置有溫度計(jì)和壓力計(jì)，用于測(cè)量離心壓氣機(jī)8的壓氣機(jī)進(jìn)口溫度和壓氣機(jī)進(jìn)口壓力；在第一壓氣機(jī)排氣管12和第二壓氣機(jī)排氣管15上均設(shè)置有溫度計(jì)和壓力計(jì)，分別用于測(cè)量離心壓氣機(jī)8的壓氣機(jī)穩(wěn)態(tài)出口壓力和壓氣機(jī)穩(wěn)態(tài)出口溫度及壓氣機(jī)非穩(wěn)態(tài)出口瞬態(tài)壓力和壓氣機(jī)非穩(wěn)態(tài)出口溫度。

基于所述試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)特性的試驗(yàn)方法，其具體步驟如下：

第一步，調(diào)節(jié)離心壓氣機(jī)8至設(shè)定的測(cè)試工況：

首先，開啟穩(wěn)態(tài)工況調(diào)節(jié)閥11，關(guān)閉非穩(wěn)態(tài)測(cè)試調(diào)節(jié)閥13，打開空壓機(jī)1，使外氣源提供的空氣經(jīng)空壓機(jī)1壓縮后形成的壓縮空氣經(jīng)過燃燒室進(jìn)氣管3進(jìn)入燃燒室4，壓縮空氣在燃燒室4與經(jīng)燃燒室4的噴油孔噴入的燃油混合燃燒后生成高溫燃?xì)?，高溫燃?xì)饨?jīng)過渦輪進(jìn)氣管5進(jìn)入渦輪箱6，驅(qū)動(dòng)渦輪箱6內(nèi)的渦輪高速旋轉(zhuǎn)，渦輪帶動(dòng)同軸的離心壓氣機(jī)8旋轉(zhuǎn)，離心壓氣機(jī)8將由壓氣機(jī)進(jìn)口管9吸入的空氣進(jìn)行壓縮后，經(jīng)第一壓氣機(jī)排氣管12排入大氣；

然后，通過調(diào)節(jié)氣源調(diào)節(jié)閥2、燃燒室4的噴油孔噴入的燃油量和穩(wěn)態(tài)工況調(diào)節(jié)閥11，使離心壓氣機(jī)8的工況達(dá)到設(shè)定的測(cè)試工況；

最后，記錄此時(shí)的離心壓氣機(jī)8的轉(zhuǎn)速，壓氣機(jī)進(jìn)口管9上的壓氣機(jī)進(jìn)口壓力、壓氣機(jī)進(jìn)口溫度和壓氣機(jī)進(jìn)口流量，第一壓氣機(jī)排氣管12上的壓氣機(jī)穩(wěn)態(tài)出口壓力和壓氣機(jī)穩(wěn)態(tài)出口溫度。

第二步，進(jìn)行離心壓氣機(jī)8的非穩(wěn)態(tài)特性試驗(yàn)：

首先，以設(shè)定速率逐漸關(guān)閉穩(wěn)態(tài)工況調(diào)節(jié)閥11，同時(shí)以設(shè)定速率逐漸開啟非穩(wěn)態(tài)測(cè)試調(diào)節(jié)閥13，在穩(wěn)態(tài)工況調(diào)節(jié)閥11完全關(guān)閉后，通過調(diào)節(jié)非穩(wěn)態(tài)測(cè)試調(diào)節(jié)閥13的開度，直至離心壓氣機(jī)8再次達(dá)到第一步中設(shè)定的測(cè)試工況；其中，逐漸關(guān)閉穩(wěn)態(tài)工況調(diào)節(jié)閥11，同時(shí)逐漸開啟非穩(wěn)態(tài)測(cè)試調(diào)節(jié)閥13是為了防止穩(wěn)態(tài)工況調(diào)節(jié)閥11和非穩(wěn)態(tài)測(cè)試調(diào)節(jié)閥13的突然開關(guān)造成離心壓氣機(jī)8的喘振；

然后，開啟脈沖發(fā)生器14，調(diào)節(jié)脈沖發(fā)生器14的轉(zhuǎn)速以達(dá)到測(cè)試的脈沖氣流頻率，其中，所述脈沖氣流頻率與通過發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和氣缸個(gè)數(shù)計(jì)算得出的氣流頻率相等；

記錄此時(shí)的離心壓氣機(jī)8的轉(zhuǎn)速，壓氣機(jī)進(jìn)口管9上的壓氣機(jī)進(jìn)口壓力、壓氣機(jī)進(jìn)口溫度和壓氣機(jī)進(jìn)口瞬態(tài)流量，第二壓氣機(jī)排氣管15上的壓氣機(jī)非穩(wěn)態(tài)出口瞬態(tài)壓力和壓氣機(jī)非穩(wěn)態(tài)出口溫度；

最后，進(jìn)行多次重復(fù)性測(cè)試，并根據(jù)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)特性分析。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。