[发明专利]基于自循环方式的双燃烧室双增压器低周疲劳试验台

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于自循环方式的双燃烧室双增压器低周疲劳试验台，属于动力机械技术领域。

背景技术

在内燃机的发展历程中，涡轮增压技术的应用在提高内燃机的比功率和燃油经济性、降低排放等方面发挥了重要的作用，被誉为内燃机发展史上的重要里程碑。伴随着增压器在内燃机上的广泛应用，由增压器故障造成的整个发动机的故障和损坏事件越来越多，因此，提高增压器零件的可靠性，优化增压器零件的设计，提高增压器疲劳寿命成为现阶段增压器研究的重点之一。国内在实验室中对增压器疲劳开展了一些基础技术研究工作，但与国际先进水平相比存在一定差距，尤其在车用涡轮增压器低周疲劳设计、试验等方面差距较大。

低周疲劳与高周疲劳：在估算疲劳寿命时，需要利用反映材料基本疲劳强度特性的S-N曲线。在S-N曲线上，以10⁴次(有的为10⁵)作为高、低周疲劳的分界点，高于10⁴次的称为高周疲劳，低于10⁴次的称为低周疲劳。把金属的疲劳现象分成高周疲劳和低周疲劳是有实际意义的。因为在低周疲劳与高周疲劳中，材料会显示出不同的性质。在低应力高周疲劳情况下，材料的应力应变关系是线性的。在高应力低周疲劳情况下，材料会出现宏观的屈服，应力应变关系不再是线性的了。对低周疲劳问题的研究，在工程中有着很大的实际意义，具体到涡轮增压器的压气机叶轮和涡轮叶轮，其寿命主要取决于压气机叶轮与涡轮叶轮的低周疲劳寿命。因此，通过增压器低周疲劳试验得到增压器的低周疲劳寿命具有重要的现实意义。

传统的增压器低周疲劳试验主要采用外气源不断输入压缩空气，经过燃烧室喷油点火燃烧后驱动增压器进行，这种方式需要消耗大量的压缩空气。由于低周疲劳试验耗时长，通常为几百个小时，一次低周疲劳试验将耗费大量电力。而应用自循环原理的增压器低周疲劳试验台，相当于一个燃气轮机循环试验台，启动工作时，先由外气源给燃烧室供气，当增压器稳态运转后，关闭外气源，涡轮与压气机形成自循环，故称为自循环试验台。

国内对采用自循环方式的增压器低周疲劳试验台的研究还不是很多，本发明的发明人也曾在专利号为200510135565.1的发明专利中提出过采用自循环方式的单燃烧室双增压器低周疲劳试验台，即在采用自循环方式的前提下，用一个装在燃烧室后的流量分配阀，控制燃气流量，同时驱动两个涡轮增压器，温度变化可以通过调整燃油量来调节。但是在实际中应用中发现，流量分配阀装在燃烧室后，由于燃气温度较高，对阀的材料耐高温要求较高；而且一个燃烧室给两个涡轮增压器提供能量，无法实现进气温度的不同，造成两个增压器无法在不同转速下进行试验，也不能达到改变低周疲劳试验需要的机械负荷和热负荷的目的。

发明内容

本发明的目的是为了解决流量分配阀的材料耐高温要求高、两个增压器无法在不同转速下试验的问题，达到改变低周疲劳试验需要的机械负荷和热负荷，提供一种基于自循环方式的双燃烧室双增压器低周疲劳试验台。通过采用两个燃烧室分别向两个增压器的涡轮提供气流，流量分配阀移装在燃烧室之前的手段，使得双增压器低周疲劳试验台实现增压器进气温度不同、流量分配阀的材料耐高温要求降低，性价比高。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明的基于自循环方式的双燃烧室双增压器低周疲劳试验台，包括外源进气阀、两个燃烧室、燃油供给系统、增压器压气机进口管道、增压器压气机出口管道、增压器涡轮进口管道、增压器涡轮出口管道和燃烧室进气流量分配阀。其中两个燃烧室一端与各自对应增压器涡轮进口管道连接，另一端通过管道分别与燃烧室进气流量分配阀连接；增压器压气机出口管道一端安装在外气源进气阀与燃烧室进气流量分配阀之间的管道上，增压器压气机出口管道的另一端连接在增压器上；增压器的涡轮出口上设置涡轮出口管道。在增压器压气机进、出口管道、增压器涡轮进、出口管道上安装气体压力、温度、流量测量装置，增压器测速传感器安装在所要进行试验的增压器上。

所述的外气源进气阀为普通闸阀，在打开时为两个燃烧室的点火启动提供压缩空气，当试验系统点火启动，并且增压器稳态运转后，关闭外气源进气阀。通常认为增压器转速恒定，压气机端出口压力大于涡轮端进口压力即为稳态。

所述的燃烧室进气流量分配阀为蝶阀，分别与两个燃烧室连接，调节进入两个燃烧室的压缩空气量。燃烧室进气流量分配阀采用电控技术，主要包括控制器、阀门位置传感器、电机、阀门机械执行机构等。控制器接收操作员的输入信号和阀门位置传感器反馈的模拟信号，运算处理产生电机控制信号，电机采用单相同步交流电机，为阀门机械执行机构提供动力。