基于動態壓力測量的壓氣機失速測試結構及測試方法技術

本發明專利技術提供了一種基于動態壓力測量的壓氣機失速測試結構，包括壓氣機蝸殼、壓氣機葉輪、壓氣機背盤和傳感器，所述壓氣機蝸殼固定于壓氣機背盤上，壓氣機葉輪固定于轉軸上，轉軸與壓氣機背盤通過密封結構進行配合，與軸承座相連；所述壓氣機背盤的擴壓器側壁中部位置沿周向布置多個用于安裝傳感器的傳感器底座；所述傳感器為高頻響應動態壓力傳感器，在傳感器底座上設有壓力測試孔。本發明專利技術具有以下優勢：基于易于實現和布置的壁面靜壓測試手段，通過在壓氣機靜止件周向位置布置多個動態壓力測試傳感器，獲得壁面靜態壓力隨時間的變化特征，捕獲離心壓氣機失速發生工況、特征，以較小的投入完成原型壓氣機失速測試。

【技術實現步驟摘要】
基于動態壓力測量的壓氣機失速測試結構及測試方法
本專利技術屬于離心壓氣機測試
，尤其是涉及一種基于動態壓力測量的壓氣機失速測試結構。
技術介紹
渦輪增壓發動機能夠提高燃油經濟性和降低排放，隨著能源的緊張以及日趨嚴格的環境法規和排放要求，渦輪增壓迎來了新的挑戰和廣闊的市場。車用渦輪增壓發動機功率密度強化提升，EGR、SCR等滿足排放要求的排氣系統處理裝置，以及變海拔環境適應性等要提出了高壓比和寬穩定工作范圍離心壓氣機的需求。然而伴隨著增壓比的提高，離心壓氣機內部流動趨于復雜，而其穩定工作范圍急劇變窄、效率下降，單純依賴現有CFD數值模擬技術已難以有效把握內部流動狀態，獲得可靠的設計結果。為拓展高壓比狀態穩定工作范圍及提高效率，開展壓氣機失速和內部流動演化、流動控制成為當前的研究熱點。而基于并行計算CFD非定常數值模擬的研究手段耗費巨大硬件資源且難以有效把握真實的過程，對失速特征和演化過程進行測試研究成為發展必須。在測試方面，開展離心壓氣機失速測量可通過激光測速等內部流動測試手段來實現，但是由于渦輪增壓器離心壓氣機高轉速、小尺度的特點，測試難度大、成本高，尤其是激光測速，即使采用模型放大、抽象等技術，也難以有效捕捉內部流動失速特征。國內對渦輪增壓器原型離心壓氣機失速測試的研究處于起步階段，所公開的研究結果較少。國外曾有學者采用動態壓力結合葉片振動進行失速測試，方法中由于增加葉片振動測量，其成本增大、難度趨于復雜，并且根據公開資料，均在直徑200㎜以上的大直徑葉輪或放大模型上獲得，許多還進行了模型抽象，比如改變擴壓器和蝸殼結構等；沒有發現有關在渦輪增壓器離心壓氣機原型機上進行失速測量的公開資料。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術旨在提出一種基于動態壓力測量的壓氣機失速測試結構，以獲得渦輪增壓器原型離心壓氣機失速發生工況、失速特征。為達到上述目的，本專利技術的技術方案是這樣實現的：一種基于動態壓力測量的壓氣機失速測試結構，包括壓氣機蝸殼、壓氣機葉輪、壓氣機背盤和傳感器，所述壓氣機蝸殼固定于壓氣機背盤上，壓氣機葉輪固定于轉軸上，轉軸與壓氣機背盤通過密封結構進行配合，與軸承座相連；所述壓氣機葉輪與壓氣機背盤、壓氣機蝸殼為間隙配合；所述壓氣機背盤的擴壓器側壁中部位置沿周向布置多個用于安裝傳感器的傳感器底座；所述傳感器為高頻響應動態壓力傳感器，在傳感器底座上設有壓力測試孔。進一步的，所述壓氣機背盤的擴壓器側壁中部直徑120mm位置沿周向布置多個傳感器底座。進一步的，所述壓氣機背盤的擴壓器側壁中部位置沿周向布置三個傳感器底座，依次安裝1號傳感器、2號傳感器、3號傳感器；所述2號傳感器與1號傳感器周向相差40°，3號傳感器與1號傳感器周向相差150°。進一步的，所述高頻響應動態壓力傳感器的采集線通過螺紋聯接、密封等方式固定于安裝在相應的傳感器底座上，傳感器底座通過螺紋聯接固定在壓氣機背盤上。進一步的，所采用的壓氣機背盤的擴壓器側壁中部直徑布置位置可以沿流動方向向上游壓氣機葉輪進口、葉輪輪緣移動。相對于現有技術，本專利技術具有以下優勢：(1)基于易于實現和布置的壁面靜壓測試手段，通過在壓氣機靜止件周向位置布置多個動態壓力測試傳感器，獲得壁面靜態壓力隨時間的變化特征，捕獲離心壓氣機失速發生工況、特征，以較小的投入完成原型壓氣機失速測試；還可通過備用3號傳感器，具備驗證失速測試結果一致性的功能；(2)測試結構基于原型樣機，結構簡單，容易實現。附圖說明構成本專利技術的一部分的附圖用來提供對本專利技術的進一步理解，本專利技術的示意性實施例及其說明用于解釋本專利技術，并不構成對本專利技術的不當限定。在附圖中：圖1為本專利技術實施例所述基于動態壓力測量的壓氣機失速測試結構的總體結構示意圖，a為各零部件剖面圖，b為傳感器周向位置布置示意圖的；圖2為本專利技術實施例所述基于動態壓力測量的壓氣機失速測試結構的裝配示意圖，a為壓氣機葉輪與蝸殼關系圖，b為動態壓力傳感器安裝底座、壓氣機背盤和壓氣機蝸殼關系圖，c為各零部件分解結構圖。附圖標記說明：1-壓氣機蝸殼，2-壓氣機葉輪，3-壓氣機背盤，4-傳感器，5-1號傳感器，6-2號傳感器，7-3號傳感器，8-采集線。具體實施方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本專利技術中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本專利技術。基于動態壓力測量的壓氣機失速測試結構，如圖1所示，包括壓氣機蝸殼1、壓氣機葉輪2、壓氣機背盤3、傳感器4，所述壓氣機蝸殼1通過螺栓、壓板固定于壓氣機背盤3上，壓氣機葉輪2通過轉軸的軸端螺母固定于轉軸上，轉軸與壓氣機背盤3通過密封結構進行配合，與軸承座相連；所述壓氣機葉輪2與壓氣機背盤3、壓氣機蝸殼1為間隙配合。所述壓氣機背盤3的擴壓器側壁中部直徑120mm位置沿周向布置3個傳感器底座，依次安裝1號傳感器5、2號傳感器6、3號傳感器7，2號傳感器6與1號傳感器5的周向相差40°，3號傳感器7與1號傳感器5的周向相差150°；所述傳感器4為高頻響應動態壓力傳感器，高頻響應動態壓力傳感器的采集線8通過螺紋聯接、密封等方式固定于安裝在相應的傳感器底座上，傳感器底座通過螺紋聯接固定在壓氣機背盤3上，在傳感器底座上設計壓力測試孔。所采用的壓氣機背盤3的擴壓器側壁中部直徑布置位置可以沿流動方向向上游壓氣機葉輪進口、葉輪輪緣移動。工作過程為：壓氣機擴壓器內部流動的壁面靜壓動態分布情況，通過壓氣機背盤3上周向布置的1號傳感器5、2號傳感器6、3號傳感器7導出響應信號，通過采集和信號處理系統，對采集的實時壓力數據進行快速傅氏變化和小波處理，可獲得失速時信號壓力分布如下：(式1)其中：p是動態壓力信號，P動態壓力最大振幅；ωST是動態壓力轉速；為兩個傳感器相差角度，對于應用實例，2號傳感器和1號傳感器相差40°；m為失速胞數，是指沿周向等間隔將葉輪通道分開區域的數目，表征了失速流動沿周向扭曲的形態。結合失速胞數關系式：(式2)其中：K為整數(-3、-2、-1、0、1、2、3)。可以獲得失速胞數、傳遞方向(失速胞數的正負)，失速傳遞轉速等測量參數，結合增壓器總體性能試驗平臺，可以獲得失速工況等參數。同時，利用采集的3號傳感器7和1號傳感器5的數據，可以對測試結果進行對比確認。本專利技術可以在離心壓氣機原型樣機上測量失速發生工況、失速特征，可向上游移動以測試擴壓器位置失速、葉輪位置失速。同時周向布置了驗證測試點來保證測試一致性。測試結構基于原型樣機，結構簡單，容易實現。可測量失速發生工況，失速胞數、失速傳遞方向、轉速等特征參數。以上所述僅為本專利技術的較佳實施例而已，并不用以限制本專利技術，凡在本專利技術的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本專利技術的保護范圍之內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于動態壓力測量的壓氣機失速測試結構，其特征在于：包括壓氣機蝸殼(1)、壓氣機葉輪(2)、壓氣機背盤(3)和傳感器(4)，所述壓氣機蝸殼(1)固定于壓氣機背盤(3)上，壓氣機葉輪(2)固定于轉軸上，轉軸與壓氣機背盤(3)通過密封結構進行配合，與軸承座相連；所述壓氣機葉輪(2)與壓氣機背盤(3)、壓氣機蝸殼(1)為間隙配合；所述壓氣機背盤(3)的擴壓器側壁中部位置沿周向布置多個用于安裝傳感器(4)的傳感器底座；所述傳感器(4)為高頻響應動態壓力傳感器，在傳感器底座上設有壓力測試孔。

【技術特征摘要】
1.基于動態壓力測量的壓氣機失速測試方法，其特征在于包括如下步驟：1)通過多個安裝在壓氣機背盤(3)的擴壓器側壁中部位置沿周向布置的高頻響應動態壓力傳感器采集實時壓力數據，獲得壓氣機擴壓器內部流動的壁面靜壓動態分布情況；2)通過對采集的實時壓力數據進行快速傅氏變化和小波處理，可獲得失速時信號壓力分布如下：其中：p是動態壓力信號，P動態壓力最...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李書奇，莊麗，侯琳琳，劉暢，黃磊，張繼忠，張俊躍，邢衛東，
申請(專利權)人：中國北方發動機研究所天津，
類型：發明
國別省市：天津;12