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(nèi)燃機用渦輪增壓器（以下簡稱增壓器）產(chǎn)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(qū)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(nèi)燃機的性能和可靠性試驗按內(nèi)燃機有關(guān)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(nóng)用及其他各種用途的內(nèi)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(shù)語、定義 本標準所用的增壓器術(shù)語除ＮＪ407-36《渦輪增壓器一般技術(shù)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(shù)文件的規(guī)定，進行短期的磨合運轉(zhuǎn)及在標定和最高參數(shù)下的試驗稱為出廠試驗。 2.4 抽檢試驗 　在規(guī)定的時間內(nèi)，對批量生產(chǎn)的增壓器進行性能復(fù)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(zhuǎn)試驗 在規(guī)定的試驗時間

4、內(nèi)，考核增壓器有否出現(xiàn)故障的一種可靠性試驗稱為無故障運轉(zhuǎn)試驗。 2.7 喘振 當(dāng)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(xiàn)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(jīng)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(zhuǎn)。這種方式稱為增壓器自循環(huán)試驗。 2.9 增壓器最高參數(shù)循環(huán)變化運轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速和渦輪進口氣體溫

5、度等參數(shù)反復(fù)循環(huán)變化。這種試驗稱為增壓器最高參數(shù)循環(huán)變化運轉(zhuǎn)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(nèi)的氣流速度應(yīng)小于0.3馬赫數(shù)，與壓氣機或渦輪連接的進出口接管的管徑應(yīng)相等。當(dāng)壓氣機或渦輪進出口不是圓截面時，則按面積相等的當(dāng)量直徑計算。 3.1.2　參數(shù)測量點應(yīng)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(yīng)靠近壓氣機或渦輪進出口截面。當(dāng)測量段管徑與壓氣機或渦輪進出口尺寸不相等時，應(yīng)配置錐頂角小于14過渡管連接。所有管道內(nèi)壁要求光滑，無毛刺、凸邊等缺陷。管道不準突變，急轉(zhuǎn)或漏氣等現(xiàn)象，不準在彎管或錐管上測取參數(shù)。 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(yīng)按ＪＢ／Ｚ159-81《產(chǎn)品圖樣及其主要設(shè)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(shù)調(diào)整到規(guī)定值后應(yīng)穩(wěn)定3min，才能記錄數(shù)據(jù)。每項參數(shù)應(yīng)記錄兩次。其差值不超過表1規(guī)定的誤差范圍。此點參數(shù)按最后兩次記錄數(shù)據(jù)的平均值計算。 表1 參數(shù)名稱 轉(zhuǎn)　　速 r/min 壓氣機進口參數(shù)或渦輪出口參數(shù) （工質(zhì)：空氣） 壓氣機出口參數(shù)或渦輪進口參數(shù) （工質(zhì)：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(shù)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(shù)刻度1mmH2O精度0.2% 分度讀數(shù)刻度0.1℃精度0.3℃ 分度讀數(shù)刻度1mmH2O精度0.2% 分度讀數(shù)刻度1mmHg精度0.2% 分度讀數(shù)刻度0.1 ℃ 精度 0.3 ℃ 分度讀數(shù)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(shù)可測定的范圍內(nèi)，測點間距盡可能地平均。 　3.1.7　測量值應(yīng)由專人記錄在專用的表格內(nèi)。試驗結(jié)束后，應(yīng)由試驗負責(zé)人簽署。 3.2　壓氣機性能試驗 　3.2.1　壓氣機性能試驗應(yīng)在能調(diào)節(jié)工況和可測量參數(shù)的專用臺架上進行。試驗臺架應(yīng)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(yīng)控制在50020℃范圍內(nèi)。 　當(dāng)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(yīng)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(zhuǎn)速進行。壓氣機折合轉(zhuǎn)速按ＮＪ407中2.10條的規(guī)定計算。 為了保證讀數(shù)穩(wěn)定，壓氣機進口管道上應(yīng)設(shè)置穩(wěn)壓筒或吸氣室。穩(wěn)壓筒內(nèi)氣體馬赫數(shù)應(yīng)小于0.05。 　3.2.4　壓氣機性能中的等折合轉(zhuǎn)速線以標定轉(zhuǎn)速的50%、60%、70％、80％、90％、100％、110％或最高轉(zhuǎn)速來測定。當(dāng)增壓比小于２或有特殊要求的增壓器，可適當(dāng)減少或增加等折合轉(zhuǎn)速線，但不得少于５條。 　　其中每條等折合轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速線的測點數(shù)目及間距按3.1.6款的規(guī)定。每個試

10、驗點的調(diào)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(yīng)測取下列參數(shù)： 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(zhuǎn)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(nèi)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(lián)通起來，取其平均靜壓值。環(huán)狀管道直徑應(yīng)符合下列要求： 　式中：d——環(huán)狀管道內(nèi)徑，mm； 　　　　d1——靜壓測量孔直徑，mm。 靜壓測量孔直徑 d１應(yīng)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(nèi)管壁不準有凹凸缺陷。 　3.2.6.3　壓力測量儀表應(yīng)采用精度不低于0.2%的Ｕ形管液體壓力計，或用其他相當(dāng)精度的測壓儀表。 測定大氣壓用氣壓計，其精度應(yīng)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(nèi)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(shù)，J／kgK。 3.2.7 溫度測量 　3.2.7.1　壓氣機進出口溫度應(yīng)

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(dāng)精度的電測溫度計在圓形截面測量管內(nèi)測定。測點應(yīng)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(nèi)測取。 　3.2.7.2　滯止型溫度計在氣流中的溫度恢復(fù)系數(shù)應(yīng)大于0.86。滯止護套管孔口應(yīng)對準對流方向。護套管直徑應(yīng)做到小巧，并要求用表面光滑、壁薄、導(dǎo)熱系數(shù)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(yīng)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(dāng)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(yīng)包裹絕熱材料。各溫度計之間的讀數(shù)差值如超過0.3 ℃時，應(yīng)予校驗或調(diào)換。當(dāng)差值小于或等于0.3 ℃時，應(yīng)以溫度計讀數(shù)的平均值計算。 3.2.7.5 溫度計應(yīng)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(yīng)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(shè)計、制造、安裝、使用以及流量的計算應(yīng)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(yīng)校驗后才能使用。 　3.2.9　轉(zhuǎn)速測

15、量 增壓器轉(zhuǎn)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(yīng)在能調(diào)節(jié)工況和可測量參數(shù)的專用臺架上，用外源壓縮空氣或經(jīng)加熱后驅(qū)動渦輪進行試驗。試驗臺架應(yīng)符合3.1條的規(guī)定。 3.3.2 渦輪性能試驗按輪周馬赫數(shù)Ｍu或比轉(zhuǎn)速進行。輪周馬赫數(shù)Ｍu及比轉(zhuǎn)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(shù)Ｍu或比轉(zhuǎn)速 來表示。每個試驗點的調(diào)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(yīng)測取下列參數(shù)： 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(zhuǎn)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(shù)； 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(dāng)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(zhuǎn)速測量 渦輪轉(zhuǎn)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(yīng)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(shù)運轉(zhuǎn)試驗，不少于80h； b. 最高參數(shù)循環(huán)變化運轉(zhuǎn)試驗。

18、標定參數(shù)運轉(zhuǎn)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(shù)運轉(zhuǎn)試驗 增壓器標定參數(shù)運轉(zhuǎn)試驗可采用熱風(fēng)或自循環(huán)方式進行。當(dāng)增壓器不能自循環(huán)時，允許調(diào)正噴嘴積。在試驗過程中，逐步加速升溫至增壓器標定轉(zhuǎn)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(guān)小自循環(huán)閥門等措施。當(dāng)參數(shù)值調(diào)正到規(guī)定要求時，應(yīng)記錄壓氣機出口力，渦輪進口壓力和溫度、增壓器轉(zhuǎn)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(shù)。以后每小時記錄一次。到達規(guī)定的試驗時間后，應(yīng)急速停機，并記錄增壓器惰轉(zhuǎn)時間。 3.4.3 最高參數(shù)循環(huán)變化運轉(zhuǎn)試驗 增壓器最高參數(shù)循

19、環(huán)變化運轉(zhuǎn)試驗按有關(guān)內(nèi)燃機技術(shù)文件的規(guī)定，與配用內(nèi)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(yīng)測檢下列項目： a. 壓氣機葉輪和導(dǎo)風(fēng)輪外徑脹大值； b. 渦輪葉輪外徑脹大值； c. 壓氣機、導(dǎo)風(fēng)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(xiàn)象檢查； h. 復(fù)測轉(zhuǎn)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(shù)的要求，采用熱風(fēng)或自循環(huán)方式進行臺架試驗。增壓器達到最高參數(shù)前后的磨合和加速或減速時間不限，

20、但最高參數(shù)的穩(wěn)定試驗時間不少于5min。 當(dāng)增壓器配用于本廠制造的內(nèi)燃機時，則增壓器可隨同內(nèi)燃機進行出廠試驗。 　3.6　增壓器無故障運轉(zhuǎn)試驗 增壓器無故障運轉(zhuǎn)試驗可與配用內(nèi)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(nèi)然機技術(shù)文件規(guī)定，運轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(yīng)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(shù)

21、循環(huán)變化運轉(zhuǎn)試驗。按3.4.3款的規(guī)定進行； d. 無故障運轉(zhuǎn)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(shù) 增壓比２及標定參數(shù) 增壓比2、2.5及標定參數(shù) 　 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(yīng)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(yīng)大于１m。當(dāng)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(shù)據(jù)整理按ＧＢ1859-80《內(nèi)燃機噪聲測定方法》的規(guī)定，見圖1。 ４　性能計算與數(shù)據(jù)整理 4.1 壓氣機性能曲線的繪制 根據(jù)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(zhuǎn)速等參數(shù)計算壓氣機性能。 由計算結(jié)果得到增壓比πc*，折合流量,折合轉(zhuǎn)速ncnp及壓氣機效率ηc等四個特性 參數(shù)，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(jù)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(zhuǎn)速以及渦輪軸

23、輸出功等參數(shù)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(jié)果得到渦輪效率ηT,膨脹比πT,壓頭系數(shù)T,輪周馬赫數(shù)Ｍ*(或比轉(zhuǎn)速 ）渦輪流量參數(shù)ＧＴ等特性參數(shù)，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(shù)、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(shù)循環(huán)變化臺架運轉(zhuǎn)試驗程序圖 （參考件） 圖C 增壓器最高參數(shù)循環(huán)變化臺架運轉(zhuǎn)試驗程序圖 10