高原环境下增压器压气机叶轮轮毂疲劳可靠性研究.pdf

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1、第6期(总第221期)车用发动机No．6(Seria1No．221)2015年12月VEHICLEENGINEDec．2O15高原环境下增压器压气机叶轮轮毂疲劳可靠性研究任兆欣，苏铁熊，邢卫东。，王正。，邵萍。，李静。(1．中北大学机电工程学院，山西太原030051；2．中国北方发动机研究所柴油机增压技术重点实验室，天津300400；3．北京城区供电开发总公司，北京100022)摘要：针对涡轮增压器压气机叶轮在高原地区工作时潜在的轮毂疲劳失效模式，研究了高原环境下涡轮增压器转速的变化规律以及压气机叶轮轮毂疲劳失效危险部位的应力。在此基础

2、上，建立了增压器压气机叶轮的轮毂疲劳可靠度计算模型，分析了增压器压气机叶轮轮毂疲劳可靠度随不同海拔高度的变化规律。研究表明，当发动机在高海拔地区工作时，涡轮增压器压气机叶轮发生轮毂疲劳失效的风险在增大，随着海拔高度的增加，压气机叶轮轮毂的疲劳可靠性在降低。关键词：涡轮增压器；高原环境}压气机叶轮；疲劳失效；可靠性DOI：10．3969／J．issn．1001—2222．2O15．O6．O11中图分类号：TK411．8文献标志码：B文章编号：1001-2222(2015)06—0055-04涡轮增压器是车用发动机功率密度提升和改善用增压器

3、压气机叶轮应力集中的位置，研究了如何高原环境适应性的关键部件之一。压气机叶轮作为利用几何参数的修改来减小集中应力，建立了车用涡轮增压器的核心部件，其可靠性对整个涡轮增压增压器压气机叶轮强度分析的过程和方法]。Pan—器有着重要的影响。kajKumar等Ⅲ6]采用修正的数值分析方法对转子叶涡轮增压柴油机在高海拔地区工作时，由于环片的单自由度非线性随机振动及可靠性进行了研境的改变，发动机的进气量、燃烧、热损失、输出功究。黄若等针对某型增压器压气机叶轮的低周疲劳率、燃油消耗率以及涡轮增压器的性能参数等均会失效模式，对压气机叶轮进行了强度计算和

4、分析，得发生变化，使得发动机的机械负荷和热负荷状况与到了应力一转速曲线，为叶轮低周疲劳试验提供了平原地区不同，这时，增压器涡轮的进口燃气温度、理论依据[g]。陈晓伟等应用有限元法对某增压器压增压器转速、最高燃烧压力、燃烧过量空气系数和燃气机叶片进行了静应力分析与计算，得到危险点的油消耗率等诸因素中的任一因素均可能成为限制发应力均值，然后通过改进的一次二阶矩法对该叶片动机功率正常输出的障碍I1]。通常，限制涡轮增压进行了静强度可靠性分析口。柴油机功率发挥的最主要因素为涡轮前燃气温度或本研究以某涡轮增压器压气机叶轮为例，针对增压器转速。对于

5、涡轮增压器压气机叶轮而言，柴高原环境下压气机叶轮潜在的轮毂疲劳失效模式，油机在高海拔地区工作时涡轮增压器的转速总体上分析高原环境下涡轮增压器转速的变化以及压气机呈现增大的趋势，增压器转速的增大会使压气机叶叶轮轮毂疲劳失效危险部位的应力响应，研究压气轮轮毂部位的应力增加，压气机叶轮发生轮毂疲劳机叶轮轮毂疲劳可靠性的变化规律。破坏的风险也随之增大。1高原环境下压气机叶轮轮毂的失效分析针对增压器压气机叶轮的可靠性问题，国内外学者从不同角度进行了研究l_3。。林海英等针对某轮毂疲劳失效是车用涡轮增压器压气机叶轮的航空活塞发动机涡轮增压器叶片强度

6、、振动问题，结典型失效模式之一，压气机叶轮轮毂的疲劳破坏不合气动设计和结构改进设计，对叶轮在离心力作用仅会使增压器无法正常工作，有时还会击穿蜗壳引下的强度和振动模态进行分析_3]。张虹等通过对车起发动机其他部件的损坏。对于车用涡轮增压器压用增压器压气机叶轮内应力特点的分析，找到了车气机叶轮，在不发生叶片共振的情况下，其最大应力收稿日期：2O15一O5—11；修回日期：201510—20基金项目：国家自然科学基金项目(51375465)作者简介：任兆欣(1973一)，男，研究员，博士，主要从事内燃机高原功率恢复技术的研究；renzhaox

7、inl26．COrn。·58·车用发动机2015年第6期部位的应力也随之增大，压气机叶轮发生轮毂疲劳Z一叫∑10一一1一叫In10∑1o—(z一)。失效的风险也在增加。随着海拔高度的增加，增压(7)器压气机叶轮轮毂疲劳可靠性在降低；同时，随着发压气机叶轮轮毂对应疲劳寿命础的可靠度可动机考核试验剖面循环次数的增加，压气机叶轮轮以近似表示为毂疲劳可靠度在逐渐减小。fi一硼∑10]参考文献：R(叫)一I—————兰兰=====I。(8)[1]蒋德明．内燃机的涡轮增压器[M]．北京：机械工业出l叫l0√(1wJ版社，1986．式中，(·)为标准

8、正态分布的累积分布函数。[2]刘瑞林．柴油机高原环境适应性研究[M]．北京：北京将压气机叶轮的轮毂应力参数与强度参数代入理工大学出版社，2013．[33林海英，陈萌．小型航空涡轮增压器叶片强度振动研究式(8