一種增壓器渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)驗(yàn)證方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種增壓器渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)驗(yàn)證方法，首先確定增壓器渦輪對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)任務(wù)剖面的工作狀態(tài)參數(shù)變化歷程，然后確定渦輪心部失效危險(xiǎn)部位及其疲勞應(yīng)力，通過設(shè)計(jì)渦輪心部強(qiáng)度模擬試驗(yàn)樣件并進(jìn)行疲勞性能測(cè)試確定渦輪心部疲勞強(qiáng)度與壽命關(guān)系，確定渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)最高轉(zhuǎn)速及對(duì)應(yīng)的加速試驗(yàn)應(yīng)力，編制渦輪心部強(qiáng)度臺(tái)架加速試驗(yàn)剖面，接著確定渦輪心部強(qiáng)度加速驗(yàn)證試驗(yàn)剖面循環(huán)次數(shù)，最后在渦輪增壓器試驗(yàn)臺(tái)架上對(duì)渦輪心部強(qiáng)度進(jìn)行加速試驗(yàn)驗(yàn)證。能夠在試驗(yàn)臺(tái)架上采用較短的試驗(yàn)時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)增壓器渦輪心部強(qiáng)度的試驗(yàn)驗(yàn)證，可以顯著提升試驗(yàn)效率、縮短試驗(yàn)時(shí)間、節(jié)約試驗(yàn)成本，為增壓器渦輪可靠性評(píng)價(jià)與合理使用提供科學(xué)依據(jù)。
【專利說明】一種增壓器渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)驗(yàn)證方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于增壓器渦輪結(jié)構(gòu)可靠性評(píng)價(jià)及其試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)，具體涉及一種增壓器渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)驗(yàn)證方法。

【背景技術(shù)】
[0002]渦輪增壓器是車用發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)功率密度提升和增強(qiáng)高原環(huán)境適應(yīng)性的關(guān)鍵部件之一，渦輪作為渦輪增壓器的核心零部件，其可靠性直接影響著渦輪增壓器和整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性與使用壽命。由于增壓器渦輪的最大應(yīng)力通常會(huì)出現(xiàn)在渦輪的心部，同時(shí)受鑄造工藝的制約渦輪心部強(qiáng)度一般會(huì)低于其他部位，因此，渦輪心部是決定渦輪可靠性與壽命的關(guān)鍵部位之一。
[0003]車用渦輪增壓器在隨發(fā)動(dòng)機(jī)在使用過程中，由于車用發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況的多變性，渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速等工作狀態(tài)參數(shù)在不斷地發(fā)生變化，增壓器轉(zhuǎn)速的變化使渦輪心部承受著交變載荷的作用。渦輪心部在交變載荷的作用下會(huì)發(fā)生疲勞破壞，并導(dǎo)致渦輪飛散。增壓器渦輪一旦發(fā)生疲勞飛散，不僅會(huì)使增壓器和發(fā)動(dòng)機(jī)無法工作，而且有可能引起增壓器和發(fā)動(dòng)機(jī)更大的損壞。因此，在渦輪增壓器的研制過程中，十分有必要對(duì)渦輪的心部疲勞強(qiáng)度進(jìn)行充分的理論分析與有效的試驗(yàn)驗(yàn)證。
[0004]雖然在試驗(yàn)臺(tái)架上通過模擬渦輪增壓器的任務(wù)剖面進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的考核試驗(yàn)可以有效地驗(yàn)證增壓器渦輪的心部強(qiáng)度，但是，由于增壓器渦輪的設(shè)計(jì)壽命普遍都比較長(zhǎng)，受試驗(yàn)時(shí)間、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)成本等諸多因素的限制，這種在試驗(yàn)臺(tái)架上按照渦輪增壓器任務(wù)剖面對(duì)渦輪心部強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證的方法，在工程實(shí)際中并不可行。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)增壓器渦輪的結(jié)構(gòu)可靠性評(píng)價(jià)與試驗(yàn)驗(yàn)證問題，提供一種增壓器渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)驗(yàn)證方法。在確定渦輪工作狀態(tài)參數(shù)變化歷程、渦輪心部失效危險(xiǎn)部位及其疲勞應(yīng)力、渦輪心部疲勞強(qiáng)度與壽命關(guān)系的基礎(chǔ)上，確定渦輪心部失效危險(xiǎn)部位對(duì)應(yīng)規(guī)定使用壽命的累積損傷量；根據(jù)增壓器試驗(yàn)臺(tái)能力與增壓器安全運(yùn)轉(zhuǎn)的最高允許轉(zhuǎn)速，確定渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)應(yīng)力，并進(jìn)一步確定增壓器渦輪心部強(qiáng)度臺(tái)架加速試驗(yàn)剖面及其循環(huán)次數(shù)；然后，按照試驗(yàn)剖面及其循環(huán)次數(shù)在增壓器臺(tái)架上進(jìn)行渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)驗(yàn)證。
[0006]本發(fā)明技術(shù)方案:
[0007]一種增壓器渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)驗(yàn)證方法，其特征是包括以下步驟:
[0008]a、確定增壓器渦輪對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)任務(wù)剖面的工作狀態(tài)參數(shù)變化歷程；
[0009]b、確定渦輪心部失效危險(xiǎn)部位及其疲勞應(yīng)力；
[0010]C、確定渦輪心部的疲勞強(qiáng)度與壽命關(guān)系；
[0011]d、確定渦輪心部失效危險(xiǎn)部位對(duì)應(yīng)規(guī)定使用壽命的累積損傷量；
[0012]e、確定渦輪的心部強(qiáng)度加速驗(yàn)證試驗(yàn)應(yīng)力；
[0013]f、確定增壓器渦輪心部強(qiáng)度臺(tái)架加速試驗(yàn)剖面及其循環(huán)次數(shù)；
[0014]g、在渦輪增壓器臺(tái)架上進(jìn)行渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)驗(yàn)證。
[0015]一種增壓器渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)驗(yàn)證方法，其特征是包括以下步驟:
[0016]a、確定增壓器渦輪對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)任務(wù)剖面的工作狀態(tài)參數(shù)變化歷程:結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)任務(wù)剖面，通過試驗(yàn)測(cè)試方法或根據(jù)渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)性能匹配關(guān)系運(yùn)用仿真計(jì)算方法，確定出增壓器渦輪對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)一次任務(wù)剖面循環(huán)的工作狀態(tài)參數(shù)變化歷程，包括渦輪的轉(zhuǎn)速變化歷程、進(jìn)口溫度變化歷程、出口溫度變化歷程、進(jìn)口壓力變化歷程、出口壓力變化歷程以及氣體流量變化歷程；
[0017]b、確定渦輪心部失效危險(xiǎn)部位及其疲勞應(yīng)力:根據(jù)步驟a所確定的增壓器渦輪工作狀態(tài)參數(shù)變化歷程，利用有限元方法對(duì)渦輪進(jìn)行應(yīng)力分析，確定渦輪的心部失效危險(xiǎn)部位以及對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)一次任務(wù)剖面循環(huán)時(shí)增壓器渦輪心部失效危險(xiǎn)部位的疲勞應(yīng)力譜；
[0018]C、確定渦輪心部的疲勞強(qiáng)度與壽命關(guān)系:根據(jù)步驟b中確定的渦輪心部失效危險(xiǎn)部位及其受力狀態(tài)，確定渦輪心部強(qiáng)度模擬試驗(yàn)樣件取樣方法，心部強(qiáng)度模擬試驗(yàn)樣件要包含渦輪心部的失效危險(xiǎn)部位，沿渦輪徑向進(jìn)行取樣，通過在疲勞試驗(yàn)機(jī)上按照脈動(dòng)循環(huán)加載方式對(duì)渦輪心部強(qiáng)度模擬試驗(yàn)樣件進(jìn)行疲勞性能測(cè)試，確定出如式(I)所示的渦輪心部疲勞強(qiáng)度S與壽命N關(guān)系模型
[0019]N = Fs_n(S) (I);
[0020]d、確定渦輪心部失效危險(xiǎn)部位對(duì)應(yīng)規(guī)定使用壽命的累積損傷量:根據(jù)渦輪增壓器規(guī)定的使用壽命，確定出在規(guī)定壽命期內(nèi)渦輪增壓器所經(jīng)歷的任務(wù)剖面循環(huán)總次數(shù)，進(jìn)一步，結(jié)合步驟b確定的渦輪心部失效危險(xiǎn)部位的疲勞應(yīng)力譜以及步驟c確定的渦輪心部疲勞強(qiáng)度與壽命關(guān)系模型，計(jì)算渦輪心部失效危險(xiǎn)部位在規(guī)定使用壽命內(nèi)的累積損傷量Dt;
[0021]e、確定增壓器渦輪的心部強(qiáng)度加速驗(yàn)證試驗(yàn)應(yīng)力:根據(jù)渦輪增壓器試驗(yàn)臺(tái)能力與增壓器在試驗(yàn)臺(tái)架上能夠安全運(yùn)轉(zhuǎn)的最高允許轉(zhuǎn)速nmax,確定潤(rùn)輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)時(shí)增壓器的最高試驗(yàn)轉(zhuǎn)速nAT，最高試驗(yàn)轉(zhuǎn)速nAT應(yīng)大于渦輪增壓器在發(fā)動(dòng)機(jī)任務(wù)剖面下正常工作時(shí)的最高工作轉(zhuǎn)速nN，但是不得超過增壓器最高允許轉(zhuǎn)速nmax，進(jìn)一步通過應(yīng)力分析確定出對(duì)應(yīng)增壓器最高試驗(yàn)轉(zhuǎn)速nAT時(shí)的潤(rùn)輪心部強(qiáng)度加速驗(yàn)證試驗(yàn)應(yīng)力sAT ；
[0022]f、確定增壓器渦輪心部強(qiáng)度的加速驗(yàn)證試驗(yàn)剖面及其循環(huán)次數(shù):按照步驟e確定的最高試驗(yàn)轉(zhuǎn)速nAT和可以接受的試驗(yàn)時(shí)間，編制增壓器渦輪心部強(qiáng)度臺(tái)架加速試驗(yàn)剖面，試驗(yàn)剖面的一次試驗(yàn)循環(huán)為“最低穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速-最高試驗(yàn)轉(zhuǎn)速nAT-最低穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速”，其中，增壓器在最低穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速的運(yùn)行時(shí)間為0.2-5分，在最高試驗(yàn)轉(zhuǎn)速nAT的運(yùn)行時(shí)間為0.2-5分；采用累積損傷等效的原則，根據(jù)步驟c確定的渦輪心部疲勞強(qiáng)度與壽命關(guān)系模型、步驟d確定的渦輪心部失效危險(xiǎn)部位在規(guī)定使用壽命內(nèi)的累積損傷量Dt以及步驟e確定的渦輪心部強(qiáng)度加速驗(yàn)證試驗(yàn)應(yīng)力Sat，運(yùn)用式(2)確定渦輪心部強(qiáng)度加速驗(yàn)證試驗(yàn)剖面循環(huán)次數(shù)NAT，SP
[0023]Nat = DtFs_n(sat) (2)；
[0024]g、在渦輪增壓器臺(tái)架上進(jìn)行渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)驗(yàn)證。按照步驟f確定的增壓器渦輪心部強(qiáng)度臺(tái)架加速試驗(yàn)剖面及其循環(huán)次數(shù)，在增壓器試驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行渦輪心部強(qiáng)度試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)過程中要控制增壓器渦輪進(jìn)口溫度不得超過允許值，并對(duì)試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)達(dá)到Nat后，對(duì)渦輪增壓器進(jìn)行降速停車，待增壓器冷卻后進(jìn)行拆檢，如渦輪完好無損，則可以確定增壓器渦輪心部強(qiáng)度能夠滿足規(guī)定的使用要求。
[0025]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:
[0026]通過對(duì)增壓器渦輪工作狀態(tài)參數(shù)變化歷程、渦輪心部失效危險(xiǎn)部位及其疲勞應(yīng)力、渦輪心部疲勞強(qiáng)度與壽命關(guān)系等進(jìn)行分析，確定渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)最高轉(zhuǎn)速及對(duì)應(yīng)的加速驗(yàn)證試驗(yàn)應(yīng)力，編制增壓器渦輪心部強(qiáng)度臺(tái)架加速試驗(yàn)剖面，采用累積損傷等效原則確定渦輪心部強(qiáng)度加速驗(yàn)證試驗(yàn)剖面循環(huán)次數(shù)，根據(jù)確定的渦輪心部強(qiáng)度臺(tái)架加速試驗(yàn)剖面及其循環(huán)次數(shù)，能夠在渦輪增壓器試驗(yàn)臺(tái)架上采用較短的試驗(yàn)時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)渦輪心部強(qiáng)度的加速試驗(yàn)驗(yàn)證，可以顯著提升增壓器渦輪心部強(qiáng)度的試驗(yàn)驗(yàn)證效率，有效縮短試驗(yàn)時(shí)間，并降低試驗(yàn)成本，為增壓器渦輪的可靠性評(píng)價(jià)與合理使用提供科學(xué)依據(jù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是增壓器渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)驗(yàn)證方法流程。

【具體實(shí)施方式】
[0028]一種增壓器渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)驗(yàn)證方法，包括以下步驟:
[0029]a、確定增壓器渦輪對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)任務(wù)剖面的工作狀態(tài)參數(shù)變化歷程:結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)任務(wù)剖面，通過試驗(yàn)測(cè)試方法或根據(jù)渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)性能匹配關(guān)系運(yùn)用仿真計(jì)算方法，確定出增壓器渦輪對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)一次任務(wù)剖面循環(huán)的工作狀態(tài)參數(shù)變化歷程，包括渦輪的轉(zhuǎn)速變化歷程、進(jìn)口溫度變化歷程、出口溫度變化歷程、進(jìn)口壓力變化歷程、出口壓力變化歷程以及氣體流量變化歷程；
[0030]b、確定渦輪心部失效危險(xiǎn)部位及其疲勞應(yīng)力:根據(jù)步驟a所確定的增壓器渦輪工作狀態(tài)參數(shù)變化歷程，利用有限元方法對(duì)渦輪進(jìn)行應(yīng)力分析，確定渦輪的心部失效危險(xiǎn)部位以及對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)一次任務(wù)剖面循環(huán)時(shí)增壓器渦輪心部失效危險(xiǎn)部位的疲勞應(yīng)力譜；
[0031]C、確定渦輪心部的疲勞強(qiáng)度與壽命關(guān)系:根據(jù)步驟b中確定的渦輪心部失效危險(xiǎn)部位及其受力狀態(tài)，確定渦輪心部強(qiáng)度模擬試驗(yàn)樣件取樣方法，心部強(qiáng)度模擬試驗(yàn)樣件要包含渦輪心部的失效危險(xiǎn)部位，沿渦輪徑向進(jìn)行取樣，通過在疲勞試驗(yàn)機(jī)上按照脈動(dòng)循環(huán)加載方式對(duì)渦輪心部強(qiáng)度模擬試驗(yàn)樣件進(jìn)行疲勞性能測(cè)試，確定出如式(I)所示的渦輪心部疲勞強(qiáng)度S與壽命N關(guān)系模型
[0032]N = Fs_n(S) (I);
[0033]例如，某車用增壓器渦輪心部的失效危險(xiǎn)部位位于輪轂中心，隨機(jī)選取15個(gè)該增壓器渦輪，沿徑向并通過心部失效危險(xiǎn)部位進(jìn)行渦輪心部強(qiáng)度模擬試驗(yàn)樣件取樣；針對(duì)15個(gè)渦輪心部強(qiáng)度模擬試驗(yàn)樣件，在疲勞試驗(yàn)機(jī)上按照脈動(dòng)循環(huán)即循環(huán)比為O的加載方式進(jìn)行了 5個(gè)不同應(yīng)力水平下的疲勞性能測(cè)試，根據(jù)疲勞性能試驗(yàn)結(jié)果，可以得到該增壓器渦輪心部疲勞強(qiáng)度S與壽命N的關(guān)系模型為N = exp (72.84-9.8181η S)；
[0034]d、確定渦輪心部失效危險(xiǎn)部位對(duì)應(yīng)規(guī)定使用壽命的累積損傷量:根據(jù)渦輪增壓器規(guī)定的使用壽命，確定出在規(guī)定壽命期內(nèi)渦輪增壓器所經(jīng)歷的任務(wù)剖面循環(huán)總次數(shù)，進(jìn)一步，結(jié)合步驟b確定的渦輪心部失效危險(xiǎn)部位的疲勞應(yīng)力譜以及步驟c確定的渦輪心部疲勞強(qiáng)度與壽命關(guān)系模型，計(jì)算渦輪心部失效危險(xiǎn)部位在規(guī)定使用壽命內(nèi)的累積損傷量Dt;
[0035]e、確定增壓器渦輪的心部強(qiáng)度加速驗(yàn)證試驗(yàn)應(yīng)力:根據(jù)渦輪增壓器試驗(yàn)臺(tái)能力與增壓器在試驗(yàn)臺(tái)架上能夠安全運(yùn)轉(zhuǎn)的最高允許轉(zhuǎn)速nmax,確定潤(rùn)輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)時(shí)增壓器的最高試驗(yàn)轉(zhuǎn)速nAT，最高試驗(yàn)轉(zhuǎn)速nAT應(yīng)大于渦輪增壓器在發(fā)動(dòng)機(jī)任務(wù)剖面下正常工作時(shí)的最高工作轉(zhuǎn)速nN，但是不得超過增壓器最高允許轉(zhuǎn)速nmax，進(jìn)一步通過應(yīng)力分析確定出對(duì)應(yīng)增壓器最高試驗(yàn)轉(zhuǎn)速nAT時(shí)的渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)應(yīng)力sAT ；
[0036]例如，某車用渦輪增壓器在試驗(yàn)臺(tái)架上能夠安全運(yùn)轉(zhuǎn)的最高允許轉(zhuǎn)速nmax為15萬轉(zhuǎn)/分，增壓器在發(fā)動(dòng)機(jī)任務(wù)剖面下正常工作時(shí)的最高工作轉(zhuǎn)速nN為10萬轉(zhuǎn)/分,確定的渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)時(shí)增壓器最高試驗(yàn)轉(zhuǎn)速nAT為13.5萬轉(zhuǎn)/分，進(jìn)一步，通過應(yīng)力分析確定出對(duì)應(yīng)增壓器最高試驗(yàn)轉(zhuǎn)速nAT的渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)應(yīng)力sAT為765MPa ；
[0037]f、確定增壓器渦輪心部強(qiáng)度的加速驗(yàn)證試驗(yàn)剖面及其循環(huán)次數(shù):按照步驟e確定的最高試驗(yàn)轉(zhuǎn)速nAT和可以接受的試驗(yàn)時(shí)間，編制增壓器渦輪心部強(qiáng)度臺(tái)架加速試驗(yàn)剖面，試驗(yàn)剖面的一次試驗(yàn)循環(huán)為“最低穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速-最高試驗(yàn)轉(zhuǎn)速nAT-最低穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速”，其中，增壓器在最低穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速的運(yùn)行時(shí)間為0.2-5分，在最高試驗(yàn)轉(zhuǎn)速nAT的運(yùn)行時(shí)間為0.2-5分；根據(jù)步驟c確定的渦輪心部疲勞強(qiáng)度與壽命關(guān)系模型、步驟d確定的渦輪心部失效危險(xiǎn)部位在規(guī)定使用壽命內(nèi)的累積損傷量Dt以及步驟e確定的渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)應(yīng)力sAT，采用累積損傷等效的原則，運(yùn)用式(2)確定渦輪心部強(qiáng)度加速驗(yàn)證試驗(yàn)剖面循環(huán)次數(shù)Nat，即
[0038]Nat = DtFs_n(sat) (2)；
[0039]例如，某型增壓器渦輪的最高試驗(yàn)轉(zhuǎn)速nAT為13.5萬轉(zhuǎn)/分，可以接受的試驗(yàn)時(shí)間為150小時(shí)以內(nèi)，增壓器在試驗(yàn)臺(tái)架上的最低穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速為3萬轉(zhuǎn)/分，編制增壓器渦輪心部強(qiáng)度臺(tái)架加速試驗(yàn)剖面的一次試驗(yàn)循環(huán)為“3萬轉(zhuǎn)/分-13.5萬轉(zhuǎn)/分-3萬轉(zhuǎn)/分”，其中，增壓器在3萬轉(zhuǎn)/分工況下運(yùn)行時(shí)間為1.5分，在13.5萬轉(zhuǎn)/分工況下運(yùn)行時(shí)間為I分。增壓器渦輪心部失效危險(xiǎn)部位在規(guī)定使用壽命內(nèi)的累積損傷量Dt為0.85，渦輪心部疲勞強(qiáng)度S與壽命N關(guān)系為N = exp (72.84-9.8181η S)，渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)應(yīng)力sAT為765MPa，運(yùn)用式⑵可以計(jì)算得到渦輪心部強(qiáng)度加速驗(yàn)證試驗(yàn)剖面循環(huán)次數(shù)Nat為1785次；
[0040]g、在渦輪增壓器臺(tái)架上進(jìn)行渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)驗(yàn)證。按照步驟f確定的增壓器渦輪心部強(qiáng)度臺(tái)架加速試驗(yàn)剖面及其循環(huán)次數(shù)，在增壓器試驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行渦輪心部強(qiáng)度試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)過程中要控制增壓器渦輪進(jìn)口溫度不得超過允許值，并對(duì)試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)達(dá)到Nat后，對(duì)渦輪增壓器進(jìn)行降速停車，待增壓器冷卻后進(jìn)行拆檢，如渦輪完好無損，則說明增壓器渦輪心部強(qiáng)度能夠滿足規(guī)定的使用要求。
【權(quán)利要求】
1.一種增壓器渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)驗(yàn)證方法，其特征是包括以下步驟: a、確定增壓器渦輪對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)任務(wù)剖面的工作狀態(tài)參數(shù)變化歷程； b、確定渦輪心部失效危險(xiǎn)部位及其疲勞應(yīng)力； C、確定渦輪心部的疲勞強(qiáng)度與壽命關(guān)系； d、確定渦輪心部失效危險(xiǎn)部位對(duì)應(yīng)規(guī)定使用壽命的累積損傷量； e、確定渦輪的心部強(qiáng)度加速驗(yàn)證試驗(yàn)應(yīng)力； f、確定增壓器渦輪心部強(qiáng)度臺(tái)架加速試驗(yàn)剖面及其循環(huán)次數(shù)； g、在渦輪增壓器臺(tái)架上進(jìn)行渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)驗(yàn)證。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓器渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)驗(yàn)證方法，其特征是:在步驟a中，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)任務(wù)剖面，通過試驗(yàn)測(cè)試方法或根據(jù)渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)性能匹配關(guān)系運(yùn)用仿真計(jì)算方法，確定出增壓器渦輪對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)一次任務(wù)剖面循環(huán)的工作狀態(tài)參數(shù)變化歷程，包括渦輪的轉(zhuǎn)速變化歷程、進(jìn)口溫度變化歷程、出口溫度變化歷程、進(jìn)口壓力變化歷程、出口壓力變化歷程以及氣體流量變化歷程。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓器渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)驗(yàn)證方法，其特征是:在步驟b中，利用有限元方法對(duì)渦輪進(jìn)行應(yīng)力分析，確定渦輪的心部失效危險(xiǎn)部位以及對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)一次任務(wù)剖面循環(huán)時(shí)增壓器渦輪心部失效危險(xiǎn)部位的疲勞應(yīng)力譜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓器渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)驗(yàn)證方法，其特征是:在步驟c中，根據(jù)渦輪心部失效危險(xiǎn)部位及其受力狀態(tài)，確定渦輪心部強(qiáng)度模擬試驗(yàn)樣件取樣方法，渦輪心部強(qiáng)度模擬試驗(yàn)樣件要包含渦輪心部的失效危險(xiǎn)部位，且沿渦輪徑向進(jìn)行取樣，通過在疲勞試驗(yàn)機(jī)上按照脈動(dòng)循環(huán)加載方式對(duì)渦輪心部強(qiáng)度模擬試驗(yàn)樣件進(jìn)行疲勞性能測(cè)試，確定出如式(I)所示的渦輪心部疲勞強(qiáng)度S與壽命N關(guān)系模型 N = Fs_n(S)(I)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓器渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)驗(yàn)證方法，其特征是:在步驟c中，渦輪心部強(qiáng)度模擬試驗(yàn)樣件在疲勞試驗(yàn)機(jī)上按照脈動(dòng)循環(huán)加載方式對(duì)其進(jìn)行疲勞性能測(cè)試。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓器渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)驗(yàn)證方法，其特征是:在步驟d中，根據(jù)渦輪增壓器規(guī)定的使用壽命，確定出在規(guī)定壽命期內(nèi)渦輪增壓器所經(jīng)歷的任務(wù)剖面循環(huán)總次數(shù)，并結(jié)合步驟b確定的渦輪心部失效危險(xiǎn)部位的疲勞應(yīng)力譜以及步驟c確定的渦輪心部疲勞強(qiáng)度與壽命關(guān)系模型，計(jì)算渦輪心部失效危險(xiǎn)部位在規(guī)定使用壽命內(nèi)的累積損傷量DT。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓器渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)驗(yàn)證方法，其特征是:在步驟e中，根據(jù)渦輪增壓器試驗(yàn)臺(tái)能力與增壓器在試驗(yàn)臺(tái)架上能夠安全運(yùn)轉(zhuǎn)的最高允許轉(zhuǎn)速nmax，確定潤(rùn)輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)時(shí)增壓器的最高試驗(yàn)轉(zhuǎn)速nAT,最高試驗(yàn)轉(zhuǎn)速nAT應(yīng)大于潤(rùn)輪增壓器在發(fā)動(dòng)機(jī)任務(wù)剖面下正常工作時(shí)的最高工作轉(zhuǎn)速nN，但是不得超過增壓器最高允許轉(zhuǎn)速nmax,通過應(yīng)力分析確定出對(duì)應(yīng)增壓器最高試驗(yàn)轉(zhuǎn)速nAT時(shí)的潤(rùn)輪心部強(qiáng)度加速驗(yàn)證試驗(yàn)
力 s^T。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓器渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)驗(yàn)證方法，其特征是:在步驟f中，按照步驟e確定的最高試驗(yàn)轉(zhuǎn)速nAT和可以接受的試驗(yàn)時(shí)間，編制渦輪心部強(qiáng)度臺(tái)架加速試驗(yàn)剖面，試驗(yàn)剖面的一次試驗(yàn)循環(huán)為“最低穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速-最高試驗(yàn)轉(zhuǎn)速nAT-最低穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速”，其中，增壓器在最低穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速的運(yùn)行時(shí)間為0.2-5分,在最高試驗(yàn)轉(zhuǎn)速nAT的運(yùn)行時(shí)間為0.2-5分。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓器渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)驗(yàn)證方法，其特征是:在步驟f中，采用累積損傷等效的原則，根據(jù)步驟c確定的渦輪心部疲勞強(qiáng)度與壽命關(guān)系模型、步驟d確定的渦輪心部失效危險(xiǎn)部位在規(guī)定使用壽命內(nèi)的累積損傷量Dt以及步驟e確定的渦輪心部強(qiáng)度加速驗(yàn)證試驗(yàn)應(yīng)力sAT，運(yùn)用式(2)確定渦輪心部強(qiáng)度加速驗(yàn)證試驗(yàn)剖面循環(huán)次數(shù)Nat，即 Nat = DtFs_n (Sat)(2)
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓器渦輪心部強(qiáng)度加速試驗(yàn)驗(yàn)證方法，其特征是:在步驟g中，按照步驟f確定的增壓器渦輪心部強(qiáng)度臺(tái)架加速試驗(yàn)剖面及其循環(huán)次數(shù)，在增壓器試驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行渦輪心部強(qiáng)度試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)過程中要控制增壓器渦輪進(jìn)口溫度不得超過允許值，并對(duì)試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)達(dá)到Nat后，對(duì)渦輪增壓器進(jìn)行降速停車，待增壓器冷卻后進(jìn)行拆檢，如渦輪完好無損，則可以確定渦輪心部強(qiáng)度能夠滿足規(guī)定的使用要求。
【文檔編號(hào)】G01M13/00GK104458236SQ201410765988
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月1日
【發(fā)明者】王正, 王增全, 王阿娜 申請(qǐng)人:中國(guó)北方發(fā)動(dòng)機(jī)研究所(天津)