增压器轴向力测量及止推轴承优化设计研究.pdf

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1、第23卷增刊1铁道机车车辆Vol.23Suppl.12003年11月RAILWAYLOCOMOTIVE&CARNov.2003═══════════════════════════════════════════════════════════════════文章编号：1008-7842（2003）S0-0170-03增压器轴向力测量及止推轴承优化设计研究何洪1，徐华2，张俊跃1，阎瑞乾1（1中国北方发动机研究所，山西大同037036；2西安交通大学，陕西西安710049）摘要针对车用高压比涡轮增压器，压气机和涡轮的气体流量

2、和压力变化范围大、止推轴承承受负载高的特点，易于导致止推轴承出现承载性能不足等问题。研究了增压器轴向力测量的方法，进行了增压器轴向力台架试验测量，对测量结果作了分析。对现有止推轴承进行了计算，并进行了优化设计，对优化前后的两种止推轴承作了对比试验分析。关键词涡轮增压器，轴向力测量，止推轴承，优化设计中图分类号：TK423.5+2文献标志码：A1前言不同的传感器和放大器的组合型式及测量方式进行了在车用发动机工况下，增压器压气机和涡轮的气试验。最后确定了小型电荷传感器+准静态放大器的体压力动态变化范围较大，在高压比增压器上，这一

3、方案，满足了轴向力测量的基本要求，而且该方案可点表现尤为突出。这个高动态变化，导致了增压器止以在发动机工作状态测量。推轴承承受了较大的轴向力负载。这将对增压器的机测量记录分析系统利用了重点实验室的研究能力，械效率和止推轴承可靠性造成恶劣影响，在几种增压以多通道数据记录仪Vision+DataView+Impression完器的研制中曾经出现了止推轴承承载性能不足问题。成数据记录和分析处理。进行计算优化设计是改善一定负载下轴承承载性能的有效途径。本研究通过实测增压器轴向力，作为优化设计计算软件的输入，配合测量的轴瓦温度等参数作

4、为辅助条件。依靠止推轴承优化计算软件，进行止推轴承的优化设计计算，并在此基础上对改进后的止推轴承作试验对比。根据文献介绍，增压器止推轴承摩擦功率损失占总机械摩擦功率损失的1/2～1/3，因此优化止推轴承对于增压器的机械效率提高有显著帮助。2增压器轴向力测量试验是在配置了混流涡轮和φ140mm前倾后弯压气机的废气涡轮增压器上进行的，该增压器额定转速图1轴向力传感器布置方案示意图70000r/min。2.2轴向力测量结果分析2.1增压器轴向力测量方案在进行增压器轴向力测量前，我们对它的大小、增压器轴向力测量是增压器止推轴承设计中

5、的关方向和其它性质存在着模糊的认识，对影响轴向力的键环节，是优化设计计算的输入参数，也是增压器轴因素仅有大致的判断。通过对轴向力实际测量试验和向力平衡的依据。由于车用增压器几何尺寸小，转速分析，使得我们对轴向力的性质有了一定的确切了解。高，使得轴向力测量非常困难，在本课题研究过程中，（1）轴向力的构成分析经分析止推轴承受力情况，以图1方案为基本模式，以具有典型特征的增压器转速为70000r/min时的探索了几种测量方案。在止推轴承的不同部位，采用轴向力（图2）为例分析。随着压气机流量向大流量何洪（1963-）男，河北唐山人，

6、高级工程师（收稿日期：2003-09-09）增刊1增压器轴向力测量及止推轴承优化设计研究171═══════════════════════════════════════════════════════════════════调节，轴向力逐步由指向压气机端，变化为指向涡轮压力差ΔP变化。端并逐步加大，图2中的每一个台阶对应着一个流量图2和图3可见，增压器转子轴向力与压气机出状态点。轴向力是静态力与动态力的合成。这里所谓口压力和涡轮进口压力之差ΔP，两者的变动趋势几静态力是指频率变化较缓慢的力，动态力是指信号中乎完全一致，转

7、子轴向力与压气机出口压力和涡轮进频率变化较快的那部分力。静态力是主要成分，动态口压力之差ΔP的变化呈正相关的关系。由于在增压力是不能忽略的次要成分。同一转速时，静态分量是器台架试验条件下，对于相同的增压器转速，试验中跟随压气机状态调节而变化，动态分量则基本不变。压气机进口和涡轮出口的压力数值和变化相对较小，因此影响转子轴向力的主要因素是压气机出口和涡轮进口两个压力。3止推轴承优化设计计算3.1计算方法（1）广义雷诺方程及其无量纲化适用于推力轴承的广义雷诺方程为rh3h3∂（ρ∂p）+∂（ρ∂p=ωr∂ρh+ρrv（1）∂r1

8、2µ∂r∂θ12µr∂θ2∂θ选取如下无量纲相对单位，并略去液体的可压缩图2转速70000r/min时轴向力测量信号的静态分量性时有2——ωB—r=Br，h=hmH，z=hmz，p=µ2pHm———vr=ωBvr，vθ=ωBvθ，v=ωhmv式中h———润滑膜的厚度；———润滑介质的动力粘