涡轮增压器轴承性能的热效应.doc

《涡轮增压器轴承性能的热效应.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、涡轮增压器浮环轴承性能的热效应摘要物理模型和快速计算方案的目的是提高性能的涡轮增压器（TC）转子动力学设计。大多数商用汽车的涡轮增压器含有浮环轴承（FRBs）是由于其低成本和减少功率损耗。然而，即使达到了极限周期，使他们的连续运行，但持续的次同步动作影响这类转子/轴承系统。浮环轴承包括两个串联的流体油膜并易于在操作的扩展速度范围内出现一个或两个次同步不稳定。在这描述了一个预测浮环轴承强迫响应的流体模型。该模型包含一个集总参数的热能平衡来估算润滑油粘度和转子、轴承和浮动环的热增长。浮环轴承模型，完全集成到一个非线性转子动力学计算程序，在给定的转子速度下预测浮环的速度、

2、轴承和环偏心率、功率损耗及内和外油膜的转子动力学力系数作为负载的函数施加在浮环轴承上。实际负载条件下，静态和动态的，在工作间隙和有效的润滑油粘度的改变是对准确估计涡轮增压器动态强迫响应最重要。出口润滑油温度、功率损耗和浮环速度的预测值与在汽车涡轮增压器试验台测量获得的值很好的吻合。被测试TC的转子动力学稳定性的特点也重要。关键词：浮环轴承；稳定性；转子动力学；涡轮增压器第1章介绍涡轮增压器通常用于增加内燃机的输出功率和效率。传统的涡轮增压器转子通常由浮环轴承（FRBs）支撑并且在其大部分工作速度范围经常出现次同步旋转（转子动力学不稳定）尽管如此，浮环轴承达到稳定极限

3、周期，从而成为一个非常有竞争市场的成本效益的解决方案。浮环轴承还提供比滑动轴承或半浮环轴承低功耗和比较冷的工作条件。然而，已知的转子动力学不稳定性带来严重的涡轮增压器（TC）振动和压力脉动，造成车辆噪声，可靠性差，性能缺乏[1 ]。制造商必须依赖于昂贵的店铺和测试实践证明TC性能，由于预测工具往往是基于过于严格薄膜模型，因此不能在一定工作条件范围内精确的呈现浮环轴承的动力性能或足够快的计算转子-轴承系统极限环的幅度和频率。目前，可靠的预测和次同步旋转的振幅控制都是接受涡轮增压器性能所需要有条件，而不是严格满足旋转开始的工作边界条件。因此，传统的（线性）转子–轴承稳定

4、性的方法不再令人满意。图1所示的是一个典型的包括串联的内外油膜的浮环轴承。一个供应室提供发动机润滑油到外油膜，通过浮环上的孔提供的通道进入内油膜。浮环上的深孔将每个油膜分成相等的两个油膜，并确保在轴承间隙周围有均匀的进给压力。浮环转速为转子速度的分数，从而减少剪切阻力损失，但增加维持足够的流体通过内油膜的阻力。由于不平衡力、动载荷、由电机工作和路面振动传递的力导致轴和浮环振动。浮环的旋转速度在很大程度上决定了浮环轴承的稳态（功率损耗）和动态响应（稳定性）。一个基于短轴模型和接近中心操作的过于简化分析来预测环速比等式为[2]。等温流体分析假设恒定的润滑油粘度[2-7]

5、，因此预测一个固定的环速比。然而，理论结果已经被证明是失败的，因为大量的实验和实践表明浮环轴承的环速比随轴转速增加而迅速减少。早在1995年K已经注意到实验数据和预测之间的显著的差异。之后T进一步实验表明环速比降低，并指出，在一定的转速范围内和高的进给压力下，浮环轴承工作在一个稳定的模式（不出现涡动），从而显示出线性动力学预测模型应用的局限。T和L也通过实验发现环速比随轴转速增加而戏剧性的下降，一个简单的模型也可以很好的预测测量结果。从本质上，温度上升是由于机械能转换成热并由润滑油带走导致的，也通过浮环和轴传导，不仅降低了润滑油的粘度，而且，最重要的是，由于部件的热

6、增长导致油膜间隙显著的变化。K提出用于浮环轴承重的静载荷的全热模型。他们的实验被用于这里动载条件下轻载的浮环轴承工作。图2所示一个典型的用于测试的支撑在浮环轴承是转子的频率响应，在大多数的转子速度出现两个明显的次同步不稳定[13]。在一个确定的阈值内，当转子转速增加（减少）时，该亚临界分岔类型的不稳定性出现突然上升（下降）。轻载浮环轴承通常显示两个不稳定性，一个在非常低的频率大约在浮环转速50％处，第二个在一个较大的频率，大约在浮环转速的50％加上轴的转速。瀑布图描绘了测试结果（图2）表明在最高轴转速时这两个次同步运动持续并变得剧烈。T和N注意到线性转子FRB动态分

7、析（参见，例如，参考文献[4]〜[6]）计算不稳定速度的阈值，但没有提供洞察极限周期的振幅和更糟糕的是不提供重新稳定的方法的任何解释。[13]。T[14,15]已经介绍，有限的成功，繁琐的流体流模型复制转子浮环轴承动态响应的测量，即次同步涡动的速度区域和转子再次建立稳定的速度区域。最近，H[16]报道在最高转速为115kr/min时综合测量壳体加速度在一个小安装在浮环轴承上的小涡轮。瀑布加速谱显示典型的涡动频率比与内外油膜不稳定的相关性。较高的润滑油供给压力延迟了最严重次同步不稳定开始速度条件，但更大的次同步速度位移随之而来。供油温度不不影响不稳定的阈值速度或涡