[發明專利]一種車用增壓器渦輪的高溫持久壽命評定方法

在審

• 申請號: 201710938992.6
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107941481A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 王正;王增全;王阿娜
• 申請（專利權）人: 中國北方發動機研究所（天津）
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 天津濱海科緯知識產權代理有限公司12211
• 代理人: 楊慧玲

技術領域

本發明屬于增壓器渦輪結構耐久性設計與分析方法，具體涉及一種車用增壓器渦輪的高溫持久壽命評定方法。

背景技術

渦輪增壓器是發動機實現功率密度提升和和增強其高原環境適應性的關鍵部件。渦輪是渦輪增壓器的核心零部件之一，其可靠性與壽命直接影響著渦輪增壓器或增壓系統的可靠性。渦輪僅要具有良好的氣動性能，能夠高效地將發動機的廢氣能量轉化為機械功，而且要求具有足夠的使用壽命和可靠性，滿足渦輪增壓器的使用要求。

增壓器工作時高溫燃氣流經渦輪葉片并推動渦輪旋轉做功，在此過程中渦輪葉片承受著熱載荷、氣動載荷和離心載荷的共同作用。渦輪增壓器隨發動機長時間工作時，渦輪葉片存在發生由高溫持久強度不足導致的葉片斷裂失效風險。增壓器渦輪在工作過程中一旦發生葉片葉根斷裂，不僅會引起渦輪增壓器的損壞，使發動機無法正常工作，而且斷裂的葉片還有可能擊穿渦輪箱引起發動機或車輛其他部件的損壞。

因此，在車用渦輪增壓器研制過程中，特別是對于采用新材料的增壓器渦輪，需要針對渦輪的葉片高溫持久斷裂失效模式，對渦輪葉片的高溫持久壽命進行科學評定，及時發現渦輪結構上存在的不足，進而有效指導增壓器渦輪葉輪的結構設計與合理使用。本發明針對增壓器渦輪的葉片高溫持久斷裂失效模式，以解決在缺乏所匹配發動機使用剖面條件下增壓器渦輪的葉片高溫持久壽命預測問題為出發點，提出一種車用增壓器渦輪的高溫持久壽命評定方法。

發明內容

本發明針對車用增壓器渦輪的葉片高溫持久壽命預測問題，提供一種車用增壓器渦輪的高溫持久壽命評定方法。能夠在缺乏渦輪增壓器所匹配發動機使用剖面的情況下，通過確定渦輪葉片失效危險部位、增壓器渦輪對應所匹配發動機臺架耐久性考核試驗剖面的運行工況組成、渦輪葉片失效危險部位的應力與溫度、渦輪高溫持久壽命同應力和溫度之間的數學關系、渦輪葉片對應發動機臺架耐久性考核試驗一次循環的累積損傷量等，可確定出以發動機耐久性臺架考核試驗剖面循環次數為壽命度量指標時增壓器渦輪的高溫持久壽命。

本發明技術方案：一種車用增壓器渦輪的高溫持久壽命評定方法，其特征是包括以下步驟：

a、確定增壓器渦輪葉片的失效危險部位；

b、確定增壓器渦輪所匹配發動機臺架耐久性考核試驗剖面的運行工況組成；

c、確定增壓器渦輪葉片失效危險部位對應發動機臺架耐久性考核試驗剖面中不同運行工況的應力與溫度；

d、確定增壓器渦輪的高溫持久壽命同應力和溫度之間的數學關系；

e、確定增壓器渦輪葉片在發動機臺架耐久性考核試驗一次循環中對應各運行工況的損傷量；

f、確定增壓器渦輪葉片對應發動機臺架耐久性考核試驗一次循環的累積損傷量；

g、確定增壓器渦輪的高溫持久壽命。

一種車用增壓器渦輪的高溫持久壽命評定方法，其特征是包括以下步驟：

a、確定增壓器渦輪葉片的失效危險部位：采用有限元仿真計算，確定增壓器渦輪工作時渦輪葉片在離心載荷、熱載荷和氣動載荷共同作用下的應力最大位置，并將位置作為渦輪葉片的失效危險部位。

b、確定增壓器渦輪所匹配發動機臺架耐久性考核試驗剖面的運行工況組成：針對增壓器渦輪所匹配的發動機，確定出發動機臺架耐久性考核試驗剖面的運行工況及其一次試驗循環中的運行時間t_i(i＝1,2,3,4)(單位為h)，具體包括以下四個主要工況，即

1)發動機轉速為標定轉速，扭矩按外特性，運行時間1小時；

2)發動機轉速為標定轉速的88％，扭矩按外特性，運行時間7小時；

3)發動機轉速為標定轉速的80％，扭矩按外特性，運行時間小時；

4)發動機轉速為最大扭矩轉速，扭矩為最大扭矩，運行時間小時。

c、確定增壓器渦輪葉片失效危險部位對應發動機臺架耐久性考核試驗剖面中不同運行工況的應力與溫度：針對步驟b確定的發動機臺架耐久性考核試驗剖面中的四個主要工況，分別確定出增壓器渦輪葉片失效危險部位對應發動機臺架耐久性考核試驗剖面中四個不同運行工況的應力s_i(i＝1,2,3,4)(單位為MPa)與溫度T_i(i＝1,2,3,4)(單位為℃)。