渦輪增壓器試驗方法

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1、JB/T9752.2—1999（NJ408-86） 中華人民共和國機械工業(yè)部部標準 JB/T9752.2—1999（原NJ 408-86） 渦輪增壓器 試驗方法 機械工業(yè)部1986-06-24發(fā)布　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1986-12-01實施 中華

2、人民共和國機械工業(yè)部部標準 渦 輪 增 壓 器 試 驗 方 法 1 總則 1.1　目的 本標準為內燃機用渦輪增壓器（以下簡稱增壓器）產品型式試驗、出廠試驗、抽檢試驗及驗收試驗提出一般性要求和檢測方法。 1.2 方式 本標準采用外源壓縮空氣或加熱后，驅動增壓器的渦輪進行壓氣機級性能（簡稱壓氣機性能）、渦輪級性能（簡稱渦輪性能）和整機可靠性等臺架試驗。 增壓器配用于內燃機的性能和可靠性試驗按內燃機有關試驗方法的規(guī)定。 1.3 適用范圍 本標準適用于車用、船用、農用及其他各種用途的內燃機用徑流式和軸流式增壓器，進行1.2規(guī)定的各項臺架試驗。其他特殊要求的試驗項目可參

3、照本標準執(zhí)行。 ２　術語、定義 本標準所用的增壓器術語除ＮＪ407-36《渦輪增壓器一般技術條件》第２章規(guī)定外，并作下列補充。 2.1 型式試驗 增壓器進行全面的性能測定和可靠性試驗稱為型式試驗。 2.2 超速試驗 對增壓器進行安全裕度的考核試驗稱為超速試驗。 2.3 出廠試驗 增壓器出廠前按技術文件的規(guī)定，進行短期的磨合運轉及在標定和最高參數下的試驗稱為出廠試驗。 2.4 抽檢試驗 　在規(guī)定的時間內，對批量生產的增壓器進行性能復測和可靠性試驗稱為抽檢試驗。 2.5 使用試驗 　按增壓器實際使用工況進行試驗稱為使用試驗。 2.6 無故障運轉試驗 在規(guī)定的試驗時間

4、內，考核增壓器有否出現故障的一種可靠性試驗稱為無故障運轉試驗。 2.7 喘振 當壓氣機出口處流量逐漸減少到一定程度時，氣流的脈動就大幅度地增加，形成了壓力和氣流速度周期性地波動，使壓氣機效率降低，葉片振動，工作不穩(wěn)定，這種現象稱為壓氣機喘振。 2.8 增壓器自循環(huán)試驗 　增壓器利用本身的壓縮空氣，經加熱后輸入渦輪作功，帶動壓氣機繼續(xù)輸出壓縮空氣，以達到增壓器不間斷地運轉。這種方式稱為增壓器自循環(huán)試驗。 2.9 增壓器最高參數循環(huán)變化運轉試驗 機械工業(yè)部1986-06-24發(fā)布　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1986-12-01實施 對增壓器的轉速和渦輪進口氣體溫

5、度等參數反復循環(huán)變化。這種試驗稱為增壓器最高參數循環(huán)變化運轉試驗。 3 試驗方法 3.1 一般要求 3.1.1　試驗臺管道為圓截面，管道內的氣流速度應小于0.3馬赫數，與壓氣機或渦輪連接的進出口接管的管徑應相等。當壓氣機或渦輪進出口不是圓截面時，則按面積相等的當量直徑計算。 3.1.2　參數測量點應布置在平直段不小于5倍管徑的直管段上，該管道稱為測量管。測量管應靠近壓氣機或渦輪進出口截面。當測量段管徑與壓氣機或渦輪進出口尺寸不相等時，應配置錐頂角小于14過渡管連接。所有管道內壁要求光滑，無毛刺、凸邊等缺陷。管道不準突變，急轉或漏氣等現象，不準在彎管或錐管上測取參數。 3.1.3

6、加熱管道及測量管道均須包裹絕熱材料，以減少傳熱影響。 　3.1.4　增壓器各項試驗應按ＪＢ／Ｚ159-81《產品圖樣及其主要設計文件的完整性》的規(guī)定，擬定試驗大綱及操作規(guī)程。 　3.1.5　試驗參數調整到規(guī)定值后應穩(wěn)定3min，才能記錄數據。每項參數應記錄兩次。其差值不超過表1規(guī)定的誤差范圍。此點參數按最后兩次記錄數據的平均值計算。 表1 參數名稱 轉　　速 r/min 壓氣機進口參數或渦輪出口參數 （工質：空氣） 壓氣機出口參數或渦輪進口參數 （工質：壓縮空氣） 30,000 以下 30,000~ 60,000 60,000 以上 壓力 溫度 流量計

7、 壓　差 壓力 溫度 流量計 壓　差 每點參數的兩次記錄允許誤差 0.4% 0.3% 0.2% 20Pa (2mm H2O) 0.3℃ 20Pa (2mm H2O) 400Pa (3mm Hg) 0.3℃ 50Pa (5mm H2O) 儀表精度 0.2% 0.2% 0.2% 分度讀數刻度1mmH2O精度0.2% 分度讀數刻度0.1℃精度0.3℃ 分度讀數刻度1mmH2O精度0.2% 分度讀數刻度1mmHg精度0.2% 分度讀數刻度0.1 ℃ 精度 0.3 ℃ 分度讀數刻度1mmH２Ｏ精度0.2% 　3.1.6　每條性能曲線至少測定

8、6點。試驗可從低工況做起，也可從高工況逐漸下降。在參數可測定的范圍內，測點間距盡可能地平均。 　3.1.7　測量值應由專人記錄在專用的表格內。試驗結束后，應由試驗負責人簽署。 3.2　壓氣機性能試驗 　3.2.1　壓氣機性能試驗應在能調節(jié)工況和可測量參數的專用臺架上進行。試驗臺架應符合3.1條的規(guī)定。壓氣機性能試驗時可不帶消聲濾清器。 　3.2.2　壓氣機由增壓器的渦輪來帶動，并且壓氣機殼不包裹絕熱材料進行性能試驗時，渦輪進口氣體溫度應控制在50020℃范圍內。 　當渦輪進口氣體溫度不控制在50020℃；或用其他動力帶動；或壓氣機殼包裹絕熱材料等其他方法試驗時，應在試驗報告及性能曲線

9、中注明試驗條件。 　3.2.3　壓氣機性能試驗按等折合轉速進行。壓氣機折合轉速按ＮＪ407中2.10條的規(guī)定計算。 為了保證讀數穩(wěn)定，壓氣機進口管道上應設置穩(wěn)壓筒或吸氣室。穩(wěn)壓筒內氣體馬赫數應小于0.05。 　3.2.4　壓氣機性能中的等折合轉速線以標定轉速的50%、60%、70％、80％、90％、100％、110％或最高轉速來測定。當增壓比小于２或有特殊要求的增壓器，可適當減少或增加等折合轉速線，但不得少于５條。 　　其中每條等折合轉速線的最大流量點以ＮＪ407中規(guī)定的壓氣機流量范圍為限；最小流量系指壓氣機接近喘振時的流量。每條等折合轉速線的測點數目及間距按3.1.6款的規(guī)定。每個試

10、驗點的調整和測量及其誤差按3.1.5款的規(guī)定。 　3.2.5　壓氣機性能試驗應測取下列參數： a.壓氣機進口氣體靜壓或總壓； b.壓氣機進口氣體總溫； c.壓氣機進口流量計氣體壓差或壓氣機出口流量計氣體壓差； d.流量計前氣體靜壓和總溫； e.壓氣機出口氣體靜壓和總溫； f.壓氣機出口氣體總溫； g.壓氣機轉速； h.試驗時的大氣壓力和環(huán)境濕度。 3.2.6 壓力測量 　3.2.6.1　壓氣機進出口氣體的靜壓測量采用內壁平直、光滑的圓形截面測量管。管道面積不得小于相連接的壓氣機進出口面積。管長不少于5倍管徑，靜壓測點前平直段長度(順氣流方向)不少于２倍管徑。壓氣機進口氣體

11、靜壓也可在穩(wěn)壓筒上測取。 3.2.6.2 在靜壓測量截面上，沿圓周方向均勻布置３～４個測點，然后用環(huán)狀管道把各測 點聯通起來，取其平均靜壓值。環(huán)狀管道直徑應符合下列要求： 　式中：d——環(huán)狀管道內徑，mm； 　　　　d1——靜壓測量孔直徑，mm。 靜壓測量孔直徑 d１應小于1.5mm。要求垂直于壁面，孔口處不準有毛刺，或突出部，四周25mm范圍內管壁不準有凹凸缺陷。 　3.2.6.3　壓力測量儀表應采用精度不低于0.2%的Ｕ形管液體壓力計，或用其他相當精度的測壓儀表。 測定大氣壓用氣壓計，其精度應不低于0.1％。 　3.2.6.4　壓氣機進出口氣體的總壓除用總壓測針直接測量

12、外，也可由已被測出的靜壓、總溫和流量通過疊代計算求得。 ＝p＋　或　=　　Pa 式中： p*——氣體總壓，Ｐa； p ——氣體靜壓，Pa； T*——氣體總溫，Ｋ； T ——氣體靜溫，Ｋ； c ——管道內氣體平均流速，m/s。 C=　　　m/s G——流量，kg/s； F——測量段管道截面積，m2； ——氣體密度，kg/m3。 = R——氣體常數，J／kgK。 3.2.7 溫度測量 　3.2.7.1　壓氣機進出口溫度應

13、采用刻度為0.1℃，精度為0.3℃,帶有滯止護套精密水銀溫度計或其他相當精度的電測溫度計在圓形截面測量管內測定。測點應布置在靜壓測點后(順氣流方向)0.5倍管徑的位置，并與測壓點互相錯開。壓氣機進口溫度也可在穩(wěn)壓筒內測取。 　3.2.7.2　滯止型溫度計在氣流中的溫度恢復系數應大于0.86。滯止護套管孔口應對準對流方向。護套管直徑應做到小巧，并要求用表面光滑、壁薄、導熱系數小的材料制作。 3.2.7.3　溫度測點就不少于兩個，并勻稱布置。每個溫度計或溫度傳感器應垂直插入，深度為測量管徑的1/3(以滯止護套管孔口位置計算)。當測量管徑較小，不能插入溫度計本身規(guī)定的深度時，允許插入測量管徑的1

14、/2位置。 3.2.7.4　溫度測量管按3.1.3款規(guī)定，外表面應包裹絕熱材料。各溫度計之間的讀數差值如超過0.3 ℃時，應予校驗或調換。當差值小于或等于0.3 ℃時，應以溫度計讀數的平均值計算。 3.2.7.5 溫度計應定期校驗，并有定期校驗合格證。 　3.2.8　流量測量 壓氣機的流量應采用角接標準孔板流量計或端面進氣流量計測量。標準孔板流量計安裝在壓氣機出口管道上，端面進氣流量計安裝在壓氣機進口管道上，標準孔板流量計的設計、制造、安裝、使用以及流量的計算應符合ＧＢ2624-81《流量測量　節(jié)流裝置》的規(guī)定。端面進氣流量計或其他型式的流量計應校驗后才能使用。 　3.2.9　轉速測

15、量 增壓器轉速采用非接觸式電磁傳感器來測量。傳感器均布置在壓氣機進口端螺母處。為了減少測量支架對進口氣流的影響，可采用管外測速傳感器。 　3.3　渦輪性能試驗 　3.3.1　渦輪性能試驗應在能調節(jié)工況和可測量參數的專用臺架上，用外源壓縮空氣或經加熱后驅動渦輪進行試驗。試驗臺架應符合3.1條的規(guī)定。 3.3.2 渦輪性能試驗按輪周馬赫數Ｍu或比轉速進行。輪周馬赫數Ｍu及比轉速 按NJ 407中2.14條的規(guī)定計算。 3.3.3 渦輪性能以等輪周馬赫數Ｍu或比轉速 來表示。每個試驗點的調整和測量 及其誤差按3.1.5規(guī)定。 　3.3.4　渦輪性能試驗應測取下列參數： a. 渦輪

16、進口氣體靜壓或總壓； b. 渦輪進口氣體總溫； c. 渦輪進口流量計氣體壓差； d. 渦輪進口流量計前氣體靜壓和總溫； e. 渦輪出口及管道中心處氣體靜壓； f. 渦輪出口氣體總溫； g. 渦輪轉速； h. 渦輪軸輸出功。如以壓氣機作測功器，則按3.2條的規(guī)定測出壓氣機各項參數； i. 試驗時的大氣壓和環(huán)境溫度。 3.3.5 壓力測量 渦輪進、出口氣體靜壓按3.2.6款的規(guī)定測量。當渦輪為雙進口或多進口時，進氣管可以做成管，但測點不準布置在叉管上。渦輪出口的氣體靜壓以測量管壁處的靜壓與管道中心處的靜壓之和的均值來計算。 渦輪進口總壓除用總壓測針直接測量外，也可由已被測出的

17、靜壓、總溫和流量通過疊代計算求得計算公式按3.2.6.4項的規(guī)定。 3.3.6 溫度測量 渦輪進出口氣體總溫按3.2.7款的規(guī)定測量。 3.3.7 流量測量 渦輪流量按3.2.8款的規(guī)定測量。 3.3.8 轉速測量 渦輪轉速度3.2.9款的規(guī)定測量。 3.3.9 渦輪測功 渦輪測功采用專用測功器直接測出。如無測功器時也可用壓氣機替代測功。因受壓氣機耗功范圍限制，渦輪大功率和小功率部分性能，應配不同輪徑的壓氣機葉輪或其他方法來測定。 　3.4　增壓器可靠性試驗 3.4.1 增壓套可靠性試驗包括： a. 標定參數運轉試驗，不少于80h； b. 最高參數循環(huán)變化運轉試驗。

18、標定參數運轉試驗允許中途停車一次(非增壓器故障性能的停車)，停車時間不超過１h。 3.4.2 標定參數運轉試驗 增壓器標定參數運轉試驗可采用熱風或自循環(huán)方式進行。當增壓器不能自循環(huán)時，允許調正噴嘴積。在試驗過程中，逐步加速升溫至增壓器標定轉速和渦輪標定進氣溫度。如達不到增壓器標定參時，可采取壓氣機放氣或關小自循環(huán)閥門等措施。當參數值調正到規(guī)定要求時，應記錄壓氣機出口力，渦輪進口壓力和溫度、增壓器轉速及潤滑油、冷卻水（如有水冷外殼時）進出口溫度和壓力等參數。以后每小時記錄一次。到達規(guī)定的試驗時間后，應急速停機，并記錄增壓器惰轉時間。 3.4.3 最高參數循環(huán)變化運轉試驗 增壓器最高參數循

19、環(huán)變化運轉試驗按有關內燃機技術文件的規(guī)定，與配用內燃機的臺架試驗一起進行。如在增壓器試驗臺架上單獨考核，試驗時間與要求按附錄Ｃ的規(guī)定。 3.4.4 可靠性試驗后，應測檢下列項目： a. 壓氣機葉輪和導風輪外徑脹大值； b. 渦輪葉輪外徑脹大值； c. 壓氣機、導風輪和渦輪葉片變形情況； d. 軸承、推力軸承磨損情況； e. 密封件磨損情況； f. 主要裝配間隙的變化情況； g. 漏油、漏水、漏氣現象檢查； h. 復測轉子動平衡精度。 　3.5　增壓器出廠試驗 按增壓器標定和最高參數的要求，采用熱風或自循環(huán)方式進行臺架試驗。增壓器達到最高參數前后的磨合和加速或減速時間不限，

20、但最高參數的穩(wěn)定試驗時間不少于5min。 當增壓器配用于本廠制造的內燃機時，則增壓器可隨同內燃機進行出廠試驗。 　3.6　增壓器無故障運轉試驗 增壓器無故障運轉試驗可與配用內燃機一起進行，也可由用戶使用試驗來考核。如在增壓器試驗臺架上單獨考核，試驗時間按內然機技術文件規(guī)定，運轉工況按3.4.2款的規(guī)定。 3.7 增壓器超速試驗 按增壓器最高轉速的110％及渦輪進口最高溫度等要求，并以3.5條的規(guī)定進行臺架超速試驗。超速試驗穩(wěn)定時間應不少于３min。 3.8 增壓器抽檢試驗 a. 壓氣機性能試驗。按3.2條的規(guī)定進行； b. 渦輪性能試驗。按3.3條的規(guī)定進行； c. 最高參數

21、循環(huán)變化運轉試驗。按3.4.3款的規(guī)定進行； d. 無故障運轉試驗。按3.6條的規(guī)定進行。 3.9 增壓器振動測量 在3.4.2款試驗工況下，測定壓氣機殼和渦輪殼上的振動速度。 3.10 增壓器噪聲測量 3.10.1 噪聲測取點按表２規(guī)定。 表2 標定增壓比 ≤２ >2 ～ ≤2.5 >2.5 噪聲測取點 標定參數 增壓比２及標定參數 增壓比2、2.5及標定參數 　 3.10.2　測點位置見圖１。以增壓器軸線為測量水平面，增壓器軸線距地面的高度Ｈ應大于1m。各測點至增壓器外殼的距離為1m，距試驗室墻

22、、地板或其他障礙物應大于１m。當測點位置恰好遇上試驗管道時，允許移動測點位置直到合乎規(guī)定的要求。 3.10.3 噪聲測取和數據整理按ＧＢ1859-80《內燃機噪聲測定方法》的規(guī)定，見圖1。 ４　性能計算與數據整理 4.1 壓氣機性能曲線的繪制 根據壓氣機試驗測得的進出口氣體靜壓、總溫、流量計前壓力、溫度，流量計壓差及轉速等參數計算壓氣機性能。 由計算結果得到增壓比πc*，折合流量,折合轉速ncnp及壓氣機效率ηc等四個特性 參數，繪制壓氣機性能曲線，見圖2。 4.2 渦輪性能曲線的繪制 　根據渦輪試驗測得的進出口氣體靜壓、總溫，流量計前壓力、溫度，流量計壓差，轉速以及渦輪軸

23、輸出功等參數計算渦輪性能。 圖1 增壓器噪聲測點布置 圖２壓氣機性能曲線 由計算結果得到渦輪效率ηT,膨脹比πT,壓頭系數T,輪周馬赫數Ｍ*(或比轉速 ）渦輪流量參數ＧＴ等特性參數，繪制渦輪性曲線，見圖３。 圖３　渦輪性能曲線 4.3 增壓器總效率曲線的繪制 由壓氣機性能曲線和渦輪性能曲線繪制增壓器總效率曲線，見圖4。 圖4 增壓器總效率曲線 附錄A 增壓器參數、符號、單位、量鋼對照表 （參考件） 附錄B 增壓器試驗記錄表 （參考件） 附錄C 增壓器最高參數循環(huán)變化臺架運轉試驗程序圖 （參考件） 圖C 增壓器最高參數循環(huán)變化臺架運轉試驗程序圖 10