本發(fā)明屬于動力機械技術領域，具體涉及一種出口脈動流動條件下離心壓氣機非穩(wěn)態(tài)特性試驗臺及試驗方法。

背景技術：

隨著世界能源危機的加劇以及各國環(huán)保法規(guī)的不斷嚴格化，汽車發(fā)動機對節(jié)能、環(huán)保的要求也越來越高，渦輪增壓技術的應用在提高內燃機的燃油經濟性和比功率，以及降低排放等方面發(fā)揮著至關重要的作用。離心壓氣機作為渦輪增壓器的核心部件之一，具有體積小、單級壓比高、成本低以及工藝性能好等優(yōu)點，特別適用于小流量高壓比的應用場合。車用渦輪增壓器要求具有較好的變工況特性和瞬態(tài)響應性能，以適應車輛發(fā)動機負荷不斷變化的需求，而離心壓氣機一旦進入不穩(wěn)定工作狀態(tài)，尤其是小流量發(fā)生喘振時，不但失去增壓能力，同時葉片將發(fā)生強烈的震動導致壓氣機損壞，因此研究離心壓氣機非穩(wěn)態(tài)工作特性具有重要的意義。

車用發(fā)動機普遍采用活塞式內燃機，其進氣門開啟面積及氣缸工作容積隨曲軸轉角發(fā)生變化，發(fā)動機進氣管內存在氣體慣性效應和壓力波的傳播，發(fā)動機進氣系統內為脈沖流動條件，它對進氣系統的流動特性將會產生影響。對于車用渦輪增壓器離心壓氣機，其出口與發(fā)動機進氣管相連，因此其出口流動參數一定會隨著發(fā)動機進氣門的開啟關閉而呈現出一定的波動特性。雖然目前發(fā)動機進氣系統中在離心壓氣機與進氣管之間有中冷器，它的存在會對離心壓氣機出口流動參數波動產生一定的阻尼作用，但是離心壓氣機出口依然具有一定程度的氣流脈動。活塞式內燃機的這種工作特點，使得氣流脈動對離心壓氣機流動特性產生較大影響，其實際性能與在穩(wěn)定流動條件下測得的性能有很大不同。因此，通過試驗方法研究出口脈動流動條件下離心壓氣機的非穩(wěn)態(tài)流動特征對于提高發(fā)動機性能具有重要的意義。

技術實現要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種離心壓氣機非穩(wěn)態(tài)特性試驗臺及試驗方法，不僅能夠測量離心壓氣機的穩(wěn)態(tài)性能，還可以通過模擬離心壓氣機實際工作時存在的出口壓力脈動，進而測量在這種壓力脈動條件下離心壓氣機的非穩(wěn)態(tài)性能。

本發(fā)明是通過下述技術方案實現的：

一種離心壓氣機非穩(wěn)態(tài)特性試驗臺，包括：空壓機、氣源調節(jié)閥、燃燒室進氣管、燃燒室、渦輪進氣管、渦輪箱、渦輪排氣管、離心壓氣機、壓氣機進口管、壓氣機出口總管、穩(wěn)態(tài)工況調節(jié)閥、非穩(wěn)態(tài)測試調節(jié)閥及脈沖發(fā)生器；

所述燃燒室上設有噴油孔；

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

整體連接關系如下：空壓機通過燃燒室進氣管與燃燒室的進氣端連接，燃燒室的出氣端通過渦輪進氣管與渦輪箱的進口端連接，渦輪箱的出口端通過渦輪排氣管與大氣相連，渦輪箱內的渦輪在來自燃燒室的高溫燃氣的作用下進行高速旋轉；其中，在燃燒室進氣管上安裝有氣源調節(jié)閥；

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

其中，在離心壓氣機內設置有測速裝置；在壓氣機進口管上設置有流量計；在壓氣機進口管、第一壓氣機排氣管和第二壓氣機排氣管上均設置有溫度計和壓力計。

基于所述一種離心壓氣機非穩(wěn)態(tài)特性試驗臺進行非穩(wěn)態(tài)特性的試驗方法的具體步驟如下：

第一步，調節(jié)離心壓氣機至設定的測試工況：

首先，開啟穩(wěn)態(tài)工況調節(jié)閥，關閉非穩(wěn)態(tài)測試調節(jié)閥，打開空壓機，使外氣源提供的空氣經空壓機壓縮后的形成的壓縮空氣經過燃燒室進氣管進入燃燒室，壓縮空氣在燃燒室與經燃燒室的噴油孔噴入的燃油混合燃燒后生成高溫燃氣，高溫燃氣經過渦輪進氣管進入渦輪箱，驅動渦輪箱內的渦輪高速旋轉，渦輪帶動同軸的離心壓氣機旋轉，離心壓氣機將由壓氣機進口管吸入的空氣進行壓縮后，經第一壓氣機排氣管排入大氣；

然后，通過調節(jié)氣源調節(jié)閥、燃燒室的噴油孔噴入的燃油量和穩(wěn)態(tài)工況調節(jié)閥，使離心壓氣機的工況達到設定的測試工況；

最后，記錄此時的離心壓氣機的轉速，壓氣機進口管上的壓氣機進口壓力、壓氣機進口溫度和壓氣機進口流量，第一壓氣機排氣管上的壓氣機穩(wěn)態(tài)出口壓力和壓氣機穩(wěn)態(tài)出口溫度；

第二步，進行離心壓氣機的非穩(wěn)態(tài)特性試驗：

首先，以設定速率逐漸關閉穩(wěn)態(tài)工況調節(jié)閥，同時以設定速率逐漸開啟非穩(wěn)態(tài)測試調節(jié)閥，在穩(wěn)態(tài)工況調節(jié)閥完全關閉后，通過調節(jié)非穩(wěn)態(tài)測試調節(jié)閥的開度，直至離心壓氣機再次達到第一步中設定的測試工況；

然后，開啟脈沖發(fā)生器，調節(jié)脈沖發(fā)生器的轉速以達到測試的脈沖氣流頻率，其中，所述脈沖氣流頻率與通過發(fā)動機的轉速和氣缸個數計算得出的氣流頻率相等；

最后，記錄此時的離心壓氣機的轉速，壓氣機進口管上的壓氣機進口壓力、壓氣機進口溫度和壓氣機進口瞬態(tài)流量，第二壓氣機排氣管上的壓氣機非穩(wěn)態(tài)出口瞬態(tài)壓力和壓氣機非穩(wěn)態(tài)出口溫度。

有益效果：本發(fā)明的試驗臺能夠實現模擬離心壓氣機實際工作時存在的出口壓力脈動，并研究在該脈動條件下離心壓氣機的非穩(wěn)態(tài)性能，使離心壓氣機性能測試結果更接近于實際運行工況，解決目前離心壓氣機性能試驗臺只能研究離心壓氣機穩(wěn)態(tài)特性的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明試驗臺的連接示意圖。

圖2為本發(fā)明試驗臺的工作示意圖。

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

具體實施方式

下面結合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。

本發(fā)明提供了一種出口脈動流動條件下離心壓氣機非穩(wěn)態(tài)特性試驗臺，參見附圖1和2，包括：空壓機1、氣源調節(jié)閥2、燃燒室進氣管3、燃燒室4、渦輪進氣管5、渦輪箱6、渦輪排氣管7、離心壓氣機8、壓氣機進口管9、壓氣機出口總管10、穩(wěn)態(tài)工況調節(jié)閥11、非穩(wěn)態(tài)測試調節(jié)閥13及脈沖發(fā)生器14；

所述燃燒室4上設有噴油孔；

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

整體連接關系如下：空壓機1通過燃燒室進氣管3與燃燒室4的進氣端連接，燃燒室4的出氣端通過渦輪進氣管5與渦輪箱6的進口端連接，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內的渦輪在來自燃燒室4的高溫燃氣的作用下，能夠進行高速旋轉；其中，在燃燒室進氣管3上安裝有氣源調節(jié)閥2；

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

在離心壓氣機8內設置有測速裝置，用于測量離心壓氣機8的轉速；在壓氣機進口管9上設置有流量計，用于測量離心壓氣機8的壓氣機進口流量，在壓氣機進口管9上還設置有溫度計和壓力計，用于測量離心壓氣機8的壓氣機進口溫度和壓氣機進口壓力；在第一壓氣機排氣管12和第二壓氣機排氣管15上均設置有溫度計和壓力計，分別用于測量離心壓氣機8的壓氣機穩(wěn)態(tài)出口壓力和壓氣機穩(wěn)態(tài)出口溫度及壓氣機非穩(wěn)態(tài)出口瞬態(tài)壓力和壓氣機非穩(wěn)態(tài)出口溫度。

基于所述試驗臺進行非穩(wěn)態(tài)特性的試驗方法，其具體步驟如下：

第一步，調節(jié)離心壓氣機8至設定的測試工況：

首先，開啟穩(wěn)態(tài)工況調節(jié)閥11，關閉非穩(wěn)態(tài)測試調節(jié)閥13，打開空壓機1，使外氣源提供的空氣經空壓機1壓縮后形成的壓縮空氣經過燃燒室進氣管3進入燃燒室4，壓縮空氣在燃燒室4與經燃燒室4的噴油孔噴入的燃油混合燃燒后生成高溫燃氣，高溫燃氣經過渦輪進氣管5進入渦輪箱6，驅動渦輪箱6內的渦輪高速旋轉，渦輪帶動同軸的離心壓氣機8旋轉，離心壓氣機8將由壓氣機進口管9吸入的空氣進行壓縮后，經第一壓氣機排氣管12排入大氣；

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

最后，記錄此時的離心壓氣機8的轉速，壓氣機進口管9上的壓氣機進口壓力、壓氣機進口溫度和壓氣機進口流量，第一壓氣機排氣管12上的壓氣機穩(wěn)態(tài)出口壓力和壓氣機穩(wěn)態(tài)出口溫度。

第二步，進行離心壓氣機8的非穩(wěn)態(tài)特性試驗：

首先，以設定速率逐漸關閉穩(wěn)態(tài)工況調節(jié)閥11，同時以設定速率逐漸開啟非穩(wěn)態(tài)測試調節(jié)閥13，在穩(wěn)態(tài)工況調節(jié)閥11完全關閉后，通過調節(jié)非穩(wěn)態(tài)測試調節(jié)閥13的開度，直至離心壓氣機8再次達到第一步中設定的測試工況；其中，逐漸關閉穩(wěn)態(tài)工況調節(jié)閥11，同時逐漸開啟非穩(wěn)態(tài)測試調節(jié)閥13是為了防止穩(wěn)態(tài)工況調節(jié)閥11和非穩(wěn)態(tài)測試調節(jié)閥13的突然開關造成離心壓氣機8的喘振；

然后，開啟脈沖發(fā)生器14，調節(jié)脈沖發(fā)生器14的轉速以達到測試的脈沖氣流頻率，其中，所述脈沖氣流頻率與通過發(fā)動機的轉速和氣缸個數計算得出的氣流頻率相等；

記錄此時的離心壓氣機8的轉速，壓氣機進口管9上的壓氣機進口壓力、壓氣機進口溫度和壓氣機進口瞬態(tài)流量，第二壓氣機排氣管15上的壓氣機非穩(wěn)態(tài)出口瞬態(tài)壓力和壓氣機非穩(wěn)態(tài)出口溫度；

最后，進行多次重復性測試，并根據上述數據進行非穩(wěn)態(tài)特性分析。

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