[發明專利]增壓器渦輪葉片振動可靠性指標評價方法

有效

• 申請號: 201110402935.9
• 申請日: 2011-12-08
• 公開（公告）號: CN103162924A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 王正;王阿娜;王增全;郭凱;門日秀
• 申請（專利權）人: 中國兵器工業集團第七0研究所
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 太原同圓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14107
• 代理人: 王金鎖

技術領域

本發明屬于增壓器渦輪葉片振動分析與結構可靠性評價方法，具體涉及一種增壓器渦輪葉片振動可靠性指標評價方法。?

背景技術

渦輪增壓器是發動機功率強化和改善其性能的關鍵部件，渦輪作為增壓器的核心零部件之一，其可靠性在很大程度上決定著渦輪增壓器的可靠性與使用壽命。葉片振動失效是增壓器渦輪的一種重要失效模式。增壓器運行過程中渦輪葉片承受著周期性變化力的作用(即使葉片產生強迫振動的激振力)，當激振力的頻率與葉片固有頻率相等或成整數倍時，葉片便會發生共振。葉片共振時應力將急劇增大，最終導致葉片因疲勞而發生斷裂。渦輪某個葉片如果發生折斷，就會把相鄰葉片甚至所有葉片在短時間內打壞，造成整臺增壓器故障，使發動機無法正常工作。?

為防止增壓器渦輪葉片發生共振，應盡可能地提高葉片的固有頻率，但是在追求較高葉片固有頻率的同時，卻會造成渦輪氣動性能的下降。因此，在設計階段，針對渦輪葉片振動失效模式，需要采用合理的可靠性評價方法與可靠性指標確定模型，對渦輪的葉片振動可靠性進行準確的分析與評價。進而，根據可靠性要求，科學地進行渦輪的結構設計，既保證渦輪具有較高的葉片振動可靠性，又不過分地犧牲渦輪的氣動性能。?

對于車用渦輪增壓器，由于發動機工作剖面的復雜性與多變性，渦輪轉速的變化范圍較大，且在實際工作中受各種因素的影響表現出一定的隨機性。同時，增壓器渦輪在制造過程中，由于受材料性能分散性、工藝過程不穩定性等因素影響，實際渦輪的葉片固有頻率均具有一定的分散性。?

現有針對渦輪葉片振動失效模式的可靠性評價方法，通常將渦輪葉片一階固有頻率平均值大于若干倍渦輪額定轉速頻率(例如，渦輪葉片一階固有頻率平均值大于5倍渦輪額定轉速頻率)作為其可靠性評價準則，不能夠全面客觀地反映“渦輪具有的葉片數、葉片固有頻率分散性、渦輪工作轉速隨機性、葉片諧振階數、壽命指標”等參數對渦輪葉片振動可靠性的影響，無法確定出渦輪對應葉片振動失效模式的可靠度、失效率等可靠性指標隨壽命的變化規律以及指定可靠性指標要求所對應的渦輪壽命，難以有效地指導渦輪的結構設計。?

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服上述不足，提供一種增壓器渦輪葉片振動可靠性指標評價方法。該方法針對渦輪葉片振動失效模式，能夠全面體現“渦輪葉片數、葉片固有頻率分散性、渦輪轉速隨機性、葉片諧振階數、壽命指標”等參數對渦輪可靠性的影響，根據渦輪設計參數和使用剖面(或試驗剖面)確定出渦輪可靠度、失效率等可靠性指標隨壽命的變化規律；并能夠確定出滿足給定可靠性要求的渦輪壽命指標。?

本發明技術方案：?

1、一種增壓器渦輪葉片振動可靠性指標評價方法，它包括以下步驟：?

a、確定渦輪葉片振動一階固有頻率c₁的概率分布特征參數，根據渦輪的設計參數，運用有限元仿真方法或試驗測試方法，確定渦輪葉片振動一階固有頻率c₁的概率密度函數f_c1(c₁)和累積分布函數F_c1(c₁)，?

b、確定渦輪葉片發生共振所對應的最小諧振階數k_min，利用渦輪葉片振動頻率-渦輪轉速共振線圖，結合增壓器在實際使用過程中可能出現的渦輪最高轉速，確定渦輪葉片發生共振所對應的最小諧振階數k_min，?

c、確定渦輪工作轉速n_T的概率分布特征參數，結合發動機使用剖面或試驗?剖面，通過對增壓器在指定壽命單位，壽命單位是一次試驗循環、指定的車輛行駛里程、指定的發動機運行時間內的渦輪轉速進行統計分析，確定渦輪轉速n_T的概率密度函數?和累積分布函數?

d、確定渦輪對應葉片振動失效模式的可靠度，將渦輪的葉片振動一階固有頻率c₁概率分布、渦輪工作轉速n_T概率分布、渦輪葉片數N、葉片最小諧振階數k_min等參數代入式(1)，確定渦輪葉片振動的可靠度，?