一种涡轮增压器涡轮包容性试验方法与流程

1.本发明涉及涡轮增压器技术领域，尤其涉及一种涡轮增压器涡轮包容性试验方法。


背景技术：

2.涡轮增压器作为船用柴油机的核心组成部件，其可靠性在很大程度上影响着柴油机的可靠性，同时，由于涡轮增压器常在高速、高温、工况多变的苛刻条件下工作，受力较为复杂，其可靠性受到严重的挑战，由于涡轮增压器涡轮转速非常高，涡轮爆裂尤其是产生非包容性碎片时会对内燃机运行造成严重的危害，甚至造成人员伤亡，基于此开展涡轮增压器涡轮在预定转速下的包容性试验尤为重要。
3.传统试验时，采用逐步逼近的方法来达到预定的爆裂转速，需要进行多次试验，才能实现涡轮在预定转速下爆裂，试验成本巨大、试验风险高。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种涡轮增压器涡轮包容性试验方法，旨在解决传统试验需要多次试验，才能实现涡轮在预定转速下爆裂，成本较高的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种涡轮增压器涡轮包容性试验方法，包括以下步骤：
6.利用塑性材料模型仿真计算涡轮在极限转速爆裂时的应力σ1；
7.对涡轮进行弱化处理，得到弱化涡轮，并仿真计算所述弱化涡轮在预定转速爆裂时的应力σ2，待σ1＝σ2时，确定涡轮模型弱化方案；
8.基于所述弱化方案进行涡轮包容性仿真模拟，得到仿真结果；
9.平衡所述弱化涡轮后采用增压器整机进行涡轮包容性试验，确证所述仿真结果。
10.其中，所述弱化涡轮方法为采用线切割加工方法对涡轮加工周向均布槽，将涡轮分为多瓣，所述切割加工方法对涡轮加工60
°
均布槽。
11.其中，所述平衡所述弱化涡轮为将所述弱化涡轮进行动平衡、车削叶片的压气叶轮进行动平衡，车削完叶片的压气叶轮与涡轮组合均进行动平衡。
12.其中，所述平衡所述弱化涡轮将涡轮子午面进行车削，以增大涡轮与涡轮罩壳之间的间隙，该间隙大于弱化处理的涡轮径向变形量。
13.其中，所述包容性试验采用外界气源补气方式进行。
14.本发明的一种涡轮增压器涡轮包容性试验方法，利用塑性材料模型仿真计算涡轮在极限转速爆裂时的应力σ1；对涡轮进行弱化处理，得到弱化涡轮，并仿真计算所述弱化涡轮在预定转速爆裂时的应力σ2，待σ1＝σ2时，确定涡轮模型弱化方案；基于所述弱化方案进行涡轮包容性仿真模拟，得到仿真结果；平衡所述弱化涡轮后采用增压器整机进行涡轮包容性试验，确证所述仿真结果，该方法采用塑性材料模型模拟计算涡轮在极限转速爆裂时的应力，与传统采用弹性材料模型计算的应力相比计算结果更为准确，通过弱化处理即可
实现涡轮在预定转速下爆裂，可以精确的控制涡轮爆裂转速，再者模拟涡轮炸裂为三瓣的形式与壳体撞击，即可直观的判断涡轮爆裂与壳体的撞击形态，判断是否有非包容性碎片产生，随后采用增压器整机进行涡轮包容性试验，相比于采用电机拖动涡轮等此类方案，结构更为简单，试验可靠性更高，成本更低，解决传统试验需要多次试验，才能实现涡轮在预定转速下爆裂，成本较高的问题。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为根据本发明的涡轮增压器涡轮包容性试验方法原理图；
17.图2为塑性材料模型；
18.图3为涡轮极限转速爆裂时应力计算结果示意图；
19.图4为弱化处理涡轮示意图；
20.图5为弱化处理涡轮60
°
均布槽放大图；
21.图6为涡轮包容性试验用转子示意图；
22.图7为弱化处理涡轮爆裂时应力计算结果示意图；
23.图8为涡轮包容性仿真模拟示意图；
24.图9为涡轮包容性试验防护示意图；
25.图10为采用整机进行涡轮包容性试验示意图；
26.图11是本发明提供的一种涡轮增压器涡轮包容性试验方法的流程图。
27.图中：1-涡轮、2-涡端隔热墙、3-喷嘴环、4-燃进壳、5-涡轮防爆罩、6-涡轮罩壳、7-排气弯管、8-轴承壳。
具体实施方式
28.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
29.请参阅图1至图11，本发明提供一种涡轮增压器涡轮包容性试验方法，包括以下步骤：
30.s1利用塑性材料模型仿真计算涡轮在极限转速爆裂时的应力σ1；
31.具体的，涡轮爆裂应力水平计算，主要是指采用塑性材料模型进行涡轮在极限转速爆裂时的应力计算，传统工程仿真计算时，一般采用线弹性材料模型，由于线弹性材料模型无法精确模拟涡轮材料在发生塑性变形以后的应力水平，因此无法准确模拟出涡轮在极限转速爆裂时的应力水平，因此无法应用于涡轮爆裂时应力水平计算，本发明中采用塑性材料模型更适用于模拟涡轮爆裂时的应力水平。
32.s2对涡轮进行弱化处理，得到弱化涡轮，并仿真计算所述弱化涡轮在预定转速爆裂时的应力σ2，待σ1＝σ2时，确定涡轮模型弱化方案；
33.具体的，所述弱化涡轮方法为采用线切割加工方法对涡轮加工周向均布槽，将涡轮分为多瓣，所述切割加工方法对涡轮加工60
°
均布槽。
34.其中槽宽及槽深均由上述计算得出，也可以由试验得出。本发明中采用60
°
均布槽主要是为了提高涡轮心部应力、精确控制涡轮爆裂转速及转子总成动平衡，涡轮有不同的弱化方案，只需确保涡轮极限转速爆裂时的应力与预定转速爆裂时的应力相等即可。采用涡轮爆裂为三瓣的形式与壳体撞击来模拟涡轮爆裂后的形态。
35.s3基于所述弱化方案进行涡轮包容性仿真模拟，得到仿真结果；
36.具体的，在进行涡轮包容性仿真模拟时，采用涡轮爆裂为三瓣的形式与壳体(涡轮爆裂后撞击到壳体)撞击进行仿真模拟，本发明中所述弱化涡轮方案为60
°
均布槽，以往的研究表明涡轮在爆裂时容易爆裂为三瓣形式，因此在进行涡轮包容性仿真模拟时，同样采用涡轮爆裂为3瓣的形式与壳体撞击，即确保包容性模拟时的涡轮模型与弱化处理的涡轮模型一致，查看包容性仿真结果，即可得出涡轮爆裂时与壳体的撞击形态，壳体是否有足够的能力将涡轮爆裂碎片包容在内，不产生非包容性碎片。
37.s4平衡所述弱化涡轮后采用增压器整机进行涡轮包容性试验，确证所述仿真结果。
38.具体的，所述平衡所述弱化涡轮为将所述弱化涡轮进行动平衡、车削叶片的压气叶轮进行动平衡，车削完叶片的压气叶轮与涡轮组合均进行动平衡，以防止压气叶轮先于涡轮爆裂，导致涡轮包容性试验失败，同时需要对涡轮增压器进行防护，以防止非包容性碎片危害试验人员及设施，所述平衡所述弱化涡轮将涡轮子午面进行车削，以增大涡轮与涡轮罩壳之间的间隙，该间隙大于弱化处理的涡轮径向变形量。
39.采用整机进行涡轮包容性试验，涡轮包容性试验采用涡轮增压器整机进行，不需要额外的试验设备，即能达到试验目的，将弱化处理的涡轮进行动平衡，由于涡轮弱处理使得涡轮质量分布发生较大的变化，因此必须要进行涡轮动平衡及转子总成动平衡，以防止较大的不平衡量导致转子失稳致使涡轮包容性试验失败，同时需要将涡轮子午面进行车削，以增大涡轮与罩壳之间的间隙，间隙只需大于弱化处理的涡轮径向变形即可，以防止在试验过程中涡轮径向变形导致涡轮叶片与涡轮罩壳发生碰擦，致使涡轮卡在涡轮罩壳内，导致包容性试验失败，同时在进行涡轮包容性试验时需要对整个增压器周围堆积沙袋墙进行防护，以防止发生非包容性碎片击穿壳体危害试验人员及设备，在增压器整机试验台采用外界气源补气方式进行整机包容性试验，外界气源维持增压器点火运行，逐渐提高增压器转速至预定的转速爆裂，若涡轮未发生爆裂，需要降低转速再提高至预定转速，往复三次，涡轮仍未爆裂，则需要对涡轮继续弱化处理，直至涡轮在预定转速爆裂。
40.以上所揭露的仅为本发明一种涡轮增压器涡轮包容性试验方法较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

技术特征：
1.一种涡轮增压器涡轮包容性试验方法，其特征在于，包括以下步骤：利用塑性材料模型仿真计算涡轮在极限转速爆裂时的应力σ1；对涡轮进行弱化处理，得到弱化涡轮，并仿真计算所述弱化涡轮在预定转速爆裂时的应力σ2，待σ1＝σ2时，确定涡轮模型弱化方案；基于所述弱化方案进行涡轮包容性仿真模拟，得到仿真结果；平衡所述弱化涡轮后采用增压器整机进行涡轮包容性试验，确证所述仿真结果。2.如权利要求1所述的一种涡轮增压器涡轮包容性试验方法，其特征在于，所述弱化涡轮方法为采用线切割加工方法对涡轮加工周向均布槽，将涡轮分为多瓣，所述切割加工方法对涡轮加工60
°
均布槽。3.如权利要求1所述的一种涡轮增压器涡轮包容性试验方法，其特征在于，所述平衡所述弱化涡轮为将所述弱化涡轮进行动平衡、车削叶片的压气叶轮进行动平衡，车削完叶片的压气叶轮与涡轮组合均进行动平衡。4.如权利要求1所述的一种涡轮增压器涡轮包容性试验方法，其特征在于，所述平衡所述弱化涡轮将涡轮子午面进行车削，以增大涡轮与涡轮罩壳之间的间隙，该间隙大于弱化处理的涡轮径向变形量。5.如权利要求1所述的一种涡轮增压器涡轮包容性试验方法，其特征在于，所述包容性试验采用外界气源补气方式进行。

技术总结
本发明涉及涡轮增压器技术领域，具体涉及一种涡轮增压器涡轮包容性试验方法，利用塑性材料模型仿真计算涡轮在极限转速爆裂时的应力σ1；对涡轮进行弱化处理，得到弱化涡轮，并仿真计算弱化涡轮在预定转速爆裂时的应力σ2，待σ1＝σ2时，确定涡轮模型弱化方案；基于弱化方案进行涡轮包容性仿真模拟，得到仿真结果；动平衡弱化涡轮后采用增压器整机进行涡轮包容性试验，确证仿真结果，该方法采用塑性材料模型模拟计算涡轮在极限转速爆裂时的应力，通过弱化处理实现涡轮在预定转速下爆裂，精确的控制涡轮爆裂转速，直观的判断涡轮爆裂与壳体的撞击形态，采用增压器整机进行涡轮包容性试验，结构更为简单，试验可靠性更高，成本更低。低。低。


技术研发人员：王文鼎 陈世凡 刘扬 周黎 王强 钟佳宏 王政川 彭正军 申华 龙家豪 祝磊
受保护的技术使用者：重庆江增船舶重工有限公司
技术研发日：2023.04.22
技术公布日：2023/7/22