渦輪增壓器熱沖擊可靠性測試試驗臺及測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及渦輪增壓器可靠性測試領(lǐng)域，具體涉及一種渦輪增壓器高低溫熱沖擊可靠性測試試驗臺及測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]渦輪增壓技術(shù)的應(yīng)用在提高內(nèi)燃機的比功率和燃油經(jīng)濟性、降低排放等方面發(fā)揮了重要的作用，特別的，隨著排放法規(guī)的日益嚴格，越來越多的車輛生產(chǎn)廠家采用和即將采用該技術(shù)。
[0003]在增壓器的使用中，熱沖擊對于增壓器的損壞是一個非常嚴重的問題，在渦輪葉片上，經(jīng)常可以觀察到由于熱沖擊引起的裂紋。這是由于發(fā)動機每次起動和停車以及工況變化使渦輪端受到驟然的加熱和冷卻，因而引起了熱應(yīng)力。在發(fā)動機排氣熱負荷的沖擊下，渦輪增壓器的軸承系統(tǒng)和葉輪都可能因此發(fā)生各種問題。特別的，處于高溫狀態(tài)的渦輪，長期處于高溫以及快速、大范圍溫度及轉(zhuǎn)速變化狀態(tài)下，其渦殼、葉輪往往不是受力過大而損壞，而是由于不斷的承受高低溫冷熱沖擊和高低速循環(huán)工況，發(fā)生熱疲勞、機械疲勞以及蠕變等強度失效問題而損壞。因而，在增壓器設(shè)計和生產(chǎn)過程中，高低溫熱沖擊可靠性驗證試驗對于提高增壓器可靠性和使用壽命具有重要的意義和應(yīng)用價值。
[0004]汽油機用增壓器渦輪進口溫度相對于柴油機用增壓器來說有大幅度的提高，汽油機增壓器高低溫熱沖擊可靠性考核試驗要求渦輪增壓器在高速運轉(zhuǎn)的同時，渦輪進口溫度高達1100°C，而在低溫運轉(zhuǎn)時，渦輪進口溫度則低于20(TC，且渦輪增壓器須長時間交替進行高溫高速、低溫低速運轉(zhuǎn)。當前進行渦輪增壓器可靠性相關(guān)測試已公布或授權(quán)的試驗設(shè)備發(fā)明專利包括中國專利CN1793819A，中國專利CN102507202A以及申請者公布的發(fā)明專利CN104458238A ;以上三種專利皆采用渦輪增壓器自循環(huán)的方式進行，其中專利CN102507202A已經(jīng)對專利CN1793819A中存在的問題進行了較詳細的分析，并在此基礎(chǔ)上提出了一種新的基于渦輪增壓器自循環(huán)的低周疲勞試驗裝置，該試驗裝置采用一個三通高溫轉(zhuǎn)換閥總成進行燃氣的分配，使得一臺增壓器得到較多的燃氣工作在高速，另一臺得到較少的燃氣工作在低速，通過高溫轉(zhuǎn)換閥周期性的變換旋轉(zhuǎn)方向來改變兩臺增壓器的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)高低速循環(huán)低周疲勞試驗。發(fā)明專利CN104458238A則是在兩個獨立的自循環(huán)試驗臺基礎(chǔ)上完成高低溫熱沖擊試驗，其試驗方法為:在一臺增壓器運行在高速時，利用高速增壓器壓氣機產(chǎn)生的壓縮冷空氣與另一臺增壓器在低速運行的自循環(huán)試驗臺燃燒室后的燃氣進行摻混以降低燃燒室后的溫度，從而實現(xiàn)高溫高速和低溫低速熱沖擊試驗。發(fā)明專利CN102507202A和發(fā)明專利CN104458238A都能夠在一定程度上實現(xiàn)渦輪增壓器的低周疲勞或熱沖擊測試試驗，但其在速度變化范圍或溫度變化范圍上皆受到限制。發(fā)明專利CN102507202A在對高溫轉(zhuǎn)換閥總成進行冷卻的基礎(chǔ)上，渦輪進口溫度能夠達到700°C，其溫度進一步的提高受到高溫轉(zhuǎn)換閥可靠性的限制，且低速運轉(zhuǎn)的增壓器渦輪進口也必須同時工作在高溫狀態(tài)，無法得到低溫試驗狀態(tài)；同樣，發(fā)明專利CN104458238A所公布的試驗臺為了能夠保證增壓器低速運轉(zhuǎn)的自循環(huán)試驗臺燃燒室能夠正常工作，低速運轉(zhuǎn)的低溫段也受到限制(需大于350°C)。此外，對于采用自循環(huán)模式工作的試驗臺來說，渦輪增壓器在低速時無法實現(xiàn)自循環(huán)，因此，其運轉(zhuǎn)的最低轉(zhuǎn)速受到限制。發(fā)明專利CN102507202A和發(fā)明專利CN104458238A都無法滿足當前汽油機增壓器熱沖擊可靠性測試試驗所要求的高溫高速、低溫低速的熱沖擊測試要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在提供一種能夠提高測試溫度和轉(zhuǎn)速的渦輪增壓器熱沖擊可靠性測試試驗臺及測試方法。
[0006]本發(fā)明提供了一種渦輪增壓器熱沖擊可靠性測試試驗臺，該試驗臺包括:主燃燒室，與主燃燒室配合的主燃燒室噴油點火裝置和主燃燒室供油系統(tǒng)，主燃燒室具有與外氣源連通的主進氣管；第一副燃燒室，與第一副燃燒室配合的第一副燃燒室噴油系統(tǒng)和第一副燃燒室供油系統(tǒng)，第一副燃燒室的排氣與第一渦輪增壓器的渦輪的進氣口連通，第一副燃燒室具有與外氣源連通的第一副進氣管；第二副燃燒室，與第二副燃燒室配合的第二副燃燒室噴油系統(tǒng)和第二副燃燒室供油系統(tǒng)，第二副燃燒室的排氣與第二渦輪增壓器的渦輪的進氣口連通；第二副燃燒室具有與外氣源連通的第二副進氣管；高溫燃氣切換閥總成，主燃燒室的排氣通過高溫燃氣切換閥總成可切換地與第一副燃燒室和第二副燃燒室的進氣管路連通，第一副燃燒室噴油系統(tǒng)和第二副燃燒室噴油系統(tǒng)用于霧化燃油使得由主燃燒室生成的高溫燃氣可分別在第一副燃燒室和第二副燃燒室中發(fā)生二次燃燒，進一步提高燃氣溫度。
[0007]進一步地，第一渦輪增壓器的壓氣機的排氣口與第二副燃燒室的進氣口連通；第二渦輪增壓器的壓氣機的排氣口與第一副燃燒室的進氣口連通。
[0008]進一步地，試驗臺還包括第一三通連接裝置，第一三通連接裝置的第一接口與第一渦輪增壓器的壓氣機的排氣口連接；第一三通連接裝置的第二接口與第二副燃燒室的進氣口連接，第一三通連接裝置的第三接口與大氣連接；試驗臺還包括第二三通連接裝置，第二三通連接裝置的第一接口與第二渦輪增壓器的壓氣機的排氣口連接；第二三通連接裝置的第二接口與第一副燃燒室的進氣口連接，第二三通連接裝置的第三接口與大氣連接。
[0009]進一步地，高溫燃氣切換閥門總成包括高溫燃氣切換閥及驅(qū)動機構(gòu)；高溫燃氣切換閥具有連通主燃燒室和第一副燃燒室的第一工作位置和連通主燃燒室和第二副燃燒室的第二工作位置；驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動高溫燃氣切換閥在第一工作位置和第二工作位置切換。
[0010]進一步地，高溫燃氣切換閥為四通閥，四通閥的第一接口與主燃燒室連通；四通閥的第二接口與第一副燃燒室連通；四通閥的第三接口與大氣連通；四通閥的第四接口與第二副燃燒室連通。
[0011]進一步地，第一副進氣管上設(shè)置有控制外氣源進氣的第一氣源進氣調(diào)節(jié)閥；第二副進氣管上設(shè)置有控制外氣源進氣的第二氣源進氣調(diào)節(jié)閥；主進氣管上設(shè)置有控制外氣源進氣的主氣源進氣調(diào)節(jié)閥。
[0012]本發(fā)明還提供了一種渦輪增壓器熱沖擊可靠性測試試驗臺測試方法，該方法包括:步驟一，試驗臺的啟動:控制高溫燃氣切換閥處于第一工作位置，并使外氣源與主燃燒室連通，通過外氣源壓力驅(qū)動第一渦輪增壓器按照第一預(yù)設(shè)溫度速度工作；啟動主燃燒室，并調(diào)節(jié)主燃燒室出口燃氣溫度至預(yù)設(shè)溫度；
[0013]使外氣源與第二副燃燒室連通，并通過外氣源壓力驅(qū)動第二渦輪增壓器按照第二預(yù)設(shè)溫度速度工作；步驟二，試驗狀態(tài)的調(diào)節(jié):啟動第一副燃燒室，使主燃燒室生成的高溫燃氣在第一副燃燒室中二次燃燒，并驅(qū)動第一渦輪增壓器的渦輪按照第三預(yù)設(shè)溫度速度工作；步驟三，試驗狀態(tài)的轉(zhuǎn)換:停止第一副燃燒室，使外氣源與第一副燃燒室連通，并通過外氣源壓力驅(qū)動第一渦輪增壓器按照第二預(yù)設(shè)溫度速度工作；將高溫燃氣切換閥切換第二工作位置，并啟動第二副燃燒室，使主燃燒室生成的高溫燃氣在第二副燃燒室中二次燃燒，并驅(qū)動第二渦輪增壓器的渦輪按照第三預(yù)設(shè)溫度速度工作；步驟四，周期性高低溫沖擊的實現(xiàn):循環(huán)執(zhí)行步驟二和步驟三，使第一渦輪增壓器和第二渦輪增壓器循環(huán)工作在第二預(yù)設(shè)溫度速度和第三預(yù)設(shè)溫度速度。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓器熱沖擊可靠性測試試驗臺及測試方法，通過設(shè)置主燃燒室、第一副燃燒室和第二副燃燒室，主燃燒室的排氣通過高溫燃氣切換閥總成可切換地與第一副燃燒室和第二副燃燒室的進氣管路連通，使得由主燃燒室生成的高溫燃氣可分別在第一副燃燒室和第二副燃燒室中發(fā)生二次燃燒，從而提高渦輪增壓器熱沖擊試驗的測試溫度和轉(zhuǎn)速。
【附圖說明】
[0015]構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中:
[0016]圖1為本發(fā)明試驗臺原理圖；
[0017]圖2為本發(fā)明試驗臺第一渦輪增壓器高溫高速狀態(tài)，第二渦輪增壓器低溫低速狀態(tài)第一種實現(xiàn)方式下氣體流動示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明試驗臺第一渦輪增壓器高溫高速狀態(tài)，第二渦輪增壓器低溫低速狀態(tài)第二種實現(xiàn)方式下氣體流動示意圖；
[0019]圖4為本發(fā)明試驗臺第一渦輪增壓器高溫高速狀態(tài)，第二渦輪增壓器低溫低速狀態(tài)第三種實現(xiàn)方式下氣體流動示意圖；
[0020]圖5為本發(fā)明試驗臺第一渦輪增壓器低溫低速狀態(tài)，第二渦輪增壓器高溫高速狀態(tài)下氣體流動示意圖。
[0021]附圖標記說明:
[0022]1、第一氣源進氣調(diào)節(jié)閥；2、主燃燒室噴油點火裝置；3、主燃燒室；4、第二壓氣機補氣閥；5、高溫燃氣切換閥；6、第一燃油控制閥；7、第一副燃燒室噴油系統(tǒng)；8、第一副燃燒室；9、第一渦輪增壓器渦輪；10、第一渦輪排氣管；11、第一渦輪增壓器；12、第一渦輪增壓器壓氣機；13、第一壓氣機出口調(diào)節(jié)閥；14、高溫燃氣切換閥放氣調(diào)節(jié)閥；15、第二渦輪排氣管；16、第二渦輪增壓器渦輪；17