CN112857812A - 一种可温度加载的多组涡轮增压器高低周疲劳试验方法 - Google Patents

一种可温度加载的多组涡轮增压器高低周疲劳试验方法 Download PDF

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Abstract

一种可温度加载的多组涡轮增压器高低周疲劳试验方法，能够同时进行多组涡轮增压器的热疲劳试验，试验温度可控，操作方便，测试效率高。阀门开启关闭时间段，瞬时温度梯度大，热疲劳过程较严苛，热疲劳循环试验耗时短。此外，多台试验同一燃烧室同时进行，试验工况一致性好；电加热低温气体温度控制精度更高，温度误差可保证在10℃以内。

Description

一种可温度加载的多组涡轮增压器高低周疲劳试验方法
技术领域
本发明属于涡轮增压器检测技术领域，具体涉及一种可温度加载的多组涡轮增压器高低周疲劳试验方法。
背景技术
涡轮增压技术在中高档汽车中应用广泛，其中，涡轮增压器利用发动机工作时排出的废气惯性冲力来推动涡轮箱内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮组成转子总成，叶轮压缩由空气滤清器管道送来的空气，使之增压后进入发动机燃烧室。
涡轮增压器一般由涡轮机、机芯部件、压气机等零部件组成，作为应用于汽车上的重要装置，涡轮增压器的可靠性、运行稳定性等需要被重点关注。在长时间的工作过程中，涡轮增压器易发生疲劳失效，尤其涡轮箱发生热疲劳会引起箱体的失效开裂，因此在出厂前，需要对涡轮增压器进行疲劳测试。
现有技术中，还缺少比较好的涡轮增压器疲劳试验方法，目前的一些疲劳试验方法难以很好模拟实际使用状态，且大多只能单个测试，效率低。此外，涡轮增压器疲劳试验方法中，热疲劳循环温度加载或卸载时间长，瞬时温度梯度小，热疲劳过程较温和，难以模拟一些极端剧烈情况；并且由于伴随燃烧反应的发生这种热疲劳循环温度加载或卸载时间长，热疲劳循环试验耗时较长。
因此，基于以上还存在的一些缺陷，本申请对涡轮增压器疲劳试验方法进行了进一步的研究。
发明内容
针对以上现有技术中的不足，本发明提供了一种可温度加载的多组涡轮增压器高低周疲劳试验方法，能够同时进行多组涡轮增压器的热疲劳试验，试验温度可控，操作方便，测试效率高。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决。
一种可温度加载的多组涡轮增压器高低周疲劳试验方法，包括以下步骤：S10：将天然气、压缩空气通过管路连接到燃烧室中，燃烧室中燃烧产生高温气体，高温气体通过若干根高温管路分别连接到对应的需要检测的涡轮箱中，每根高温管路上均设有阀门用于控制开和关；S20：压缩机提供压缩空气，并将压缩空气通过若干根低温管路分别连接到对应的需要检测的涡轮箱中，每根低温管路上均设有阀门用于控制开和关，每根低温管路上的电加热单元用于对该低温管路中的压缩空气进行加热；S30：若干条进气管连接至对应的压气机，每个压气机均被装配在一起的涡轮箱带动，运行过程中压气机中的气体通过压气机出气口排出；运行过程中涡轮箱中的气体通过对应的涡轮排气管排出；S40：通过若干根高温管路上的阀门的程序性开启和关系，选择需要检测的涡轮增压器进行高温状态试验；S50：通过若干根低温管路上的阀门的程序性开启和关系，选择需要检测的涡轮增压器进行低温状态试验。
现有技术中的涡轮增压器疲劳试验方法较为粗糙，一般由一个燃烧室通过一根管路将高温气体接入到涡轮箱中，由于燃烧室输出的气体均为高温气体，因此涡轮增压器的测试时均处于高温气体状态下，不能进行高低温切换疲劳测试，试验参数单一，难以进行复杂试验。并且一个燃烧室对应于一台待检测的涡轮增压器，测试效率低，成本大。
本申请中，采用从一个燃烧室中引出多条高温管路的方式，连接多套待检测的涡轮增压器，可以同时进行检测，检测效率高。同时本申请中，除了通过燃烧室提供高温气体之外，还可通过压缩机提供低温气体（通过电加热单元加热，温度比燃烧室的高温气体低，响应度快），因此可以进行极限高温下的试验和常规温度下的试验，并且通过阀门的开、关、切换可以对同一待检测的涡轮增压器进行高温状态试验、低温状态试验、高低温周期变化试验等，还能调节高低温气体的混合比例来实现梯度升温或梯度降温试验，期间涡轮增压器装配后不需要移动，测试功能多，效率高，测试精度高。
作为优选，阀门开启、关闭时间均小于3秒，阀门可以为电磁阀等结构，通过程序电信号控制，短时间内完成状态切换可以保证瞬时温度梯度大，热疲劳过程较严苛。
作为优选，控制阀门进行高温状态试验和低温状态试验切换时，切换时间小于10秒，热疲劳循环试验耗时短。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：提供了一种可温度加载的多组涡轮增压器高低周疲劳试验方法，能够同时进行多组涡轮增压器的热疲劳试验，试验温度可控，操作方便，测试效率高。阀门开启关闭时间段，瞬时温度梯度大，热疲劳过程较严苛，热疲劳循环试验耗时短。此外，多台试验同一燃烧室同时进行，试验工况一致性好；电加热低温气体温度控制精度更高，温度误差可保证在10℃以内。
附图说明
图1为现有技术中的单个涡轮增压器疲劳试验***。
图2为本申请中的多组涡轮增压器疲劳试验***。
图3为另一种实施方式中的多组涡轮增压器疲劳试验***。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
以下实施方式中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的原件或具有相同或类似功能的原件，以下通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
参照图1，现有技术中的涡轮增压器疲劳试验***，从图中可以看出，该***中具有一个用于燃烧提供高温气体的燃烧室1，天然气和压缩空气分别通过天然气管2和压缩空气管3进入到燃烧室1进行燃烧，产生的高温气体通过高温管路115连通至待检测的涡轮机构155中，涡轮箱155和对应的压气机144组装在一起构成一个待检测的涡轮增压器，涡轮机构155的排气口通过涡轮排气管125进行排气，压气机144的进气口连接有进气管114进行进气，进气管114上设有过滤器；压气机144的出气口通过压气机排气管124进行排气。
该结构和疲劳试验方法中，涡轮增压器的测试时均处于高温气体状态下，不能进行高低温切换疲劳测试，热疲劳循环温度加载或卸载时间长，瞬时温度梯度小，热疲劳过程较温和，难以模拟一些极端剧烈情况；并且由于伴随燃烧反应的发生这种热疲劳循环温度加载或卸载时间长，热疲劳循环试验耗时较长，测试效率低，成本大。
参见图2，本申请中的一种可温度加载的多组涡轮增压器高低周疲劳试验***，从图中可以看出，该***中具有一个用于燃烧提供高温气体的燃烧室1，天然气和压缩空气分别通过天然气管2和压缩空气管3进入到燃烧室1与空气混合进行燃烧，产生的高温气体分别通过第一高温管路51和第二高温管路54引出，所述第一高温管路51上设有第一高温阀门V2，所述第二高温管路54上设有第二高温阀门V3。
第一高温管路51连通至待检测的第一涡轮机构5中，第一涡轮箱5和对应的第一压气机4组装在一起构成一个待检测的涡轮增压器（TC1），第一涡轮机构5的排气口通过第一涡轮排气管52进行排气，第一压气机4的进气口连接有进气管41进行进气，进气管41上设有过滤器；第一压气机4的出气口通过压气机排气管42进行排气。
第二高温管路54连通至待检测的第二涡轮机构43中，第二涡轮机构43和对应的第二压气机53组装在一起构成一个待检测的涡轮增压器（TC2），第二涡轮机构43的排气口通过第二涡轮排气管55进行排气，第二压气机53的进气口连接有进气管41进行进气，进气管41上设有过滤器；第二压气机53的出气口通过压气机排气管42进行排气。
此外，该***中还设有低温供气***，具体包括压缩机，该压缩机提供压缩空气，压缩空气通过第一低温管路61连接至第一高温管路51上并最终连接至第一涡轮箱5中，第一低温管路61上设有第一低温阀门V1；压缩空气通过第二低温管路62连接至第二高温管路54上并最终连接至第二涡轮箱43中，第二低温管路62上设有第二低温阀门V4。
本***中，第一低温管路61和第二低温管路62上均设有配合的电加热单元，用于对管路中的气体进行加热（加热后温度仍低于高温气体），电加热单元可以为常规电阻加热套装置。
参见图3，本申请另一种实施方式中的多组涡轮增压器疲劳试验***，与图2中的***相比，图3中的***中设有更多的高温管路接口（其上设有高温阀门）和更多的低温管路（第三低温管路63、第四低温管路64），因此可以根据需要并联接上更多的待检测的涡轮增压器，可以实现更多组的同时检测。
以上图2和图3中的***所涉及的可温度加载的多组涡轮增压器高低周疲劳试验方法，包括以下步骤。
S10：将天然气、压缩空气通过管路连接到燃烧室中，燃烧室中燃烧产生高温气体，高温气体通过若干根高温管路分别连接到对应的需要检测的涡轮箱中，每根高温管路上均设有阀门用于控制开和关。
S20：压缩机提供压缩空气，并将压缩空气通过若干根低温管路分别连接到对应的需要检测的涡轮箱中，每根低温管路上均设有阀门用于控制开和关，每根低温管路上的电加热单元用于对该低温管路中的压缩空气进行加热。
S30：若干条进气管连接至对应的压气机，每个压气机均被装配在一起的涡轮箱带动，运行过程中压气机中的气体通过压气机出气口排出；运行过程中涡轮箱中的气体通过对应的涡轮排气管排出。
S40：通过若干根高温管路上的阀门的程序性开启和关闭，选择需要检测的涡轮增压器进行高温状态试验；S50：通过若干根低温管路上的阀门的程序性开启和关闭，选择需要检测的涡轮增压器进行低温状态试验。
以上步骤中，阀门开启、关闭时间均小于3秒，阀门可以为电磁阀等结构，通过程序电信号控制，短时间内完成状态切换可以保证瞬时温度梯度大，热疲劳过程较严苛。控制阀门进行高温状态试验和低温状态试验切换时，切换时间小于10秒，热疲劳循环试验耗时短。
本申请中，压气机进气温度为T1，压气机排气温度为T2，涡轮箱进气温度为T3，涡轮箱排气温度为T4；燃烧室1通过控制吸入燃气和空气量来控制涡轮箱的进气温度T3，达到温度调控的目的。同时在各个位置上可设有温度检测传感器，来获取温度数据来进行结果分析。
具体的一种试验方法中，如，参考图2，第一低温阀门V1关闭，第一高温阀门V2打开，此时高温气体进入到涡轮增压器（TC1）中，TC1为高温试验状态；第二高温阀门V3关闭，第二低温阀门V4打开，此时低温气体进入到涡轮增压器（TC2）中，TC2为低温试验状态。通过阀门的切换，也可以方便的切换到TC1为低温试验状态，TC2为高温试验状态，灵活方便。通过一定时间内的频繁切换，可以进行高低温疲劳周期试验。
以上描述可以看出，本申请采用从一个燃烧室中引出多条高温管路的方式，连接多套待检测的涡轮增压器，可以同时进行检测，检测效率高。同时本申请中，除了通过燃烧室提供高温气体之外，还可通过压缩机提供低温气体（通过电加热单元加热，温度比燃烧室的高温气体低，响应度快），因此可以进行极限高温下的试验和常规温度下的试验，并且通过阀门的开、关、切换可以对同一待检测的涡轮增压器进行高温状态试验、低温状态试验、高低温周期变化试验等，还能调节高低温气体的混合比例来实现梯度升温或梯度降温试验，期间涡轮增压器装配后不需要移动，测试功能多，效率高，测试精度高。
以上所述，本发明提供了一种可温度加载的多组涡轮增压器高低周疲劳试验方法，能够同时进行多组涡轮增压器的热疲劳试验，试验温度可控，操作方便，测试效率高。阀门开启关闭时间段，瞬时温度梯度大，热疲劳过程较严苛，热疲劳循环试验耗时短。此外，多台试验同一燃烧室同时进行，试验工况一致性好；电加热低温气体温度控制精度更高，温度误差可保证在10℃以内。
本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种可温度加载的多组涡轮增压器高低周疲劳试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10：将天然气、压缩空气通过管路连接到燃烧室中，燃烧室中燃烧产生高温气体，高温气体通过若干根高温管路分别连接到对应的需要检测的涡轮箱中，每根高温管路上均设有阀门用于控制开和关；
S20：压缩机提供压缩空气，并将压缩空气通过若干根低温管路分别连接到对应的需要检测的涡轮箱中，每根低温管路上均设有阀门用于控制开和关，每根低温管路上的电加热单元用于对该低温管路中的压缩空气进行加热；
S30：若干条进气管连接至对应的压气机，每个压气机均被装配在一起的涡轮箱带动，运行过程中压气机中的气体通过压气机出气口排出；运行过程中涡轮箱中的气体通过对应的涡轮排气管排出；
S40：通过若干根高温管路上的阀门的程序性开启和关闭，选择需要检测的涡轮增压器进行高温状态试验；
S50：通过若干根低温管路上的阀门的程序性开启和关闭，选择需要检测的涡轮增压器进行低温状态试验。
2.根据权利要求1所述的一种可温度加载的多组涡轮增压器高低周疲劳试验方法，其特征在于，阀门开启、关闭时间均小于3秒。
3.根据权利要求1所述的一种可温度加载的多组涡轮增压器高低周疲劳试验方法，其特征在于，控制阀门进行高温状态试验和低温状态试验切换时，切换时间小于10秒。
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