基于自循环方式的涡轮增压器疲劳寿命测试方法.pdf

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1、基于自循环方式的涡轮增压器疲劳寿命测试方法徐娜2015年1月中图分类号：TK427UDC分类号：621基于自循环方式的涡轮增压器疲劳寿命测试方法作者姓名徐娜学院名称机械与车辆学院指导教师马朝臣教授答辩委员会主席杨策教授申请学位工学硕士学科专业动力工程及工程热物理学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月ATestMethodfortheTurbochargerFatigueLifeBasedontheSelf-circulationCandidateName:XuNaSchoolorDepar

2、tment:SchoolofMechanicalEngineeringFacultyMentor:Prof.MaChaochenChair,ThesisCommittee:Prof.YangCeDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:PowerEngineeringandEngineeringThermophysicsDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDenfence:January，2015北京理工大学硕

3、士学位论文摘要随着发动机动力性和经济性要求的持续提高，以及世界各国发动机排放法规的日益严格，涡轮增压器的使用范围不断扩大。涡轮增压器压气机和涡轮的叶轮，在高低转速工况变换时会产生交变机械应力，同时也会由于涡轮进口废气温度的变化产生热应力的变化。由高应力引起的低周疲劳破坏是增压器失效的主要模式之一。增压器低周疲劳试验是为了测试增压器的可靠性与耐久性，传统的增压器低周疲劳试验，需要通过大型空气压缩机驱动涡轮增压器在不同工况下进行多循环长时间工作，需消耗大量电力。本文设计出一种双燃烧室双增压器的新型试验装置

4、，采用自循环方式，无需额外的大型空气压缩机。新型的试验装置在压气机出口处有连接管路，通过调节调节阀开度就能够实现高低转速循环稳定运行和涡轮进口高低温度循环变化。本文采用仿真、试验相结合的方式完成增压器低周疲劳寿命的研究。首先，在实验室已有的台架上完成了JP60增压器性能试验与自循环试验，为下一步的仿真提供增压器MAP图与自循环数据。其次，根据实验室已有的自循环单回路台架搭建GT-Power模型，完成自循环单回路模型的校核，再按照本文设计的新型试验装置，在GT-Power自循环单回路模型的基础上搭建GT

5、-Power自循环双回路模型，得到调节阀开度与流量分配的规律。再次，在MATLAB/Simulink中搭建模型进行了动态仿真，得到了供油量与增压器转速之间的动态变化关系，为该装置实现自动控制提供了理论基础。最后，按设计方案完成双燃烧室双增压器新型试验台的搭建，在试验台上实现了增压器的自循环试验、增压器高低转速循环试验和涡轮进口高低温循环试验，达到了研究的目的与要求。关键词：涡轮增压器；试验台；试验方法；疲劳寿命；自循环；试验I北京理工大学硕士学位论文AbstractTheusingrangeofthe

6、turbochargerisexpandingwiththecontinuousimprovementofenginepowerperformanceandfueleconomyrequirements,aswellastheenginesemissionsregulationsmorestrictallovertheworld.Anhighalternatingmechanicalstresswillbeproducedduetotheturbochargercompressorandturbine

7、impellerswitchingbetweenhighandlowspeed.Asaresult,thelowcyclefatiguedamagecausedbyhighstressisoneofthemainmodesofturbochargerfailure.Atthesametime,thethermalstressisalsoaveryseriousproblemoftheturbochargerbecausethestartingandstoppingprocessoftheenginew

8、illleadtothermalstressontheblade,whichalsocancausethethermalfatiguedamage.Sotheevaluationofthermalfatiguelifehasthegreatsignificanceaswell.Inthetraditionalway,theairsupplyisextensivelyusedforthelowcyclefatiguetestofturbocharger.T