涡轮增压器试验方法

JB/T9752.21999（NJ408-86）中华人民共和国机械工业部部标准JB/T9752.21999（原NJ 408-86） 涡轮增压器 试验方法机械工业部1986-06-24发布1986-12-01实施中华人民共和国机械工业部部标准涡 轮 增 压 器 试 验 方 法1 总则1.1目的本标准为内燃机用涡轮增压器（以下简称增压器）产品型式试验、出厂试验、抽检试验及验收试验提出一般性要求和检测方法。1.2 方式本标准采用外源压缩空气或加热后，驱动增压器的涡轮进行压气机级性能（简称压气机性能）、涡轮级性能（简称涡轮性能）和整机可靠性等台架试验。增压器配用于内燃机的性能和可靠性试验按内燃机有关试验方法的规定。1.3 适用范围本标准适用于车用、船用、农用及其他各种用途的内燃机用径流式和轴流式增压器，进行1.2规定的各项台架试验。其他特殊要求的试验项目可参照本标准执行。术语、定义本标准所用的增压器术语除407-36涡轮增压器一般技术条件第章规定外，并作下列补充。2.1 型式试验增压器进行全面的性能测定和可靠性试验称为型式试验。2.2 超速试验对增压器进行安全裕度的考核试验称为超速试验。2.3 出厂试验增压器出厂前按技术文件的规定，进行短期的磨合运转及在标定和最高参数下的试验称为出厂试验。2.4 抽检试验在规定的时间内，对批量生产的增压器进行性能复测和可靠性试验称为抽检试验。2.5 使用试验按增压器实际使用工况进行试验称为使用试验。2.6 无故障运转试验在规定的试验时间内，考核增压器有否出现故障的一种可靠性试验称为无故障运转试验。2.7 喘振当压气机出口处流量逐渐减少到一定程度时，气流的脉动就大幅度地增加，形成了压力和气流速度周期性地波动，使压气机效率降低，叶片振动，工作不稳定，这种现象称为压气机喘振。2.8 增压器自循环试验增压器利用本身的压缩空气，经加热后输入涡轮作功，带动压气机继续输出压缩空气，以达到增压器不间断地运转。这种方式称为增压器自循环试验。2.9 增压器最高参数循环变化运转试验机械工业部1986-06-24发布1986-12-01实施对增压器的转速和涡轮进口气体温度等参数反复循环变化。这种试验称为增压器最高参数循环变化运转试验。3 试验方法3.1 一般要求3.1.1试验台管道为圆截面，管道内的气流速度应小于0.3马赫数，与压气机或涡轮连接的进出口接管的管径应相等。当压气机或涡轮进出口不是圆截面时，则按面积相等的当量直径计算。3.1.2参数测量点应布置在平直段不小于5倍管径的直管段上，该管道称为测量管。测量管应靠近压气机或涡轮进出口截面。当测量段管径与压气机或涡轮进出口尺寸不相等时，应配置锥顶角小于14过渡管连接。所有管道内壁要求光滑，无毛刺、凸边等缺陷。管道不准突变，急转或漏气等现象，不准在弯管或锥管上测取参数。3.1.3 加热管道及测量管道均须包裹绝热材料，以减少传热影响。3.1.4增压器各项试验应按159-81产品图样及其主要设计文件的完整性的规定，拟定试验大纲及操作规程。3.1.5试验参数调整到规定值后应稳定3min，才能记录数据。每项参数应记录两次。其差值不超过表1规定的误差范围。此点参数按最后两次记录数据的平均值计算。表1参数名称转速r/min压气机进口参数或涡轮出口参数（工质：空气）压气机出口参数或涡轮进口参数（工质：压缩空气）30,000以下30,00060,00060,000以上压力温度流量计压差压力温度流量计压差每点参数的两次记录允许误差0.4%0.3%0.2%20Pa(2mm H2O)0.320Pa(2mm H2O)400Pa(3mm Hg)0.350Pa(5mm H2O)仪表精度0.2%0.2%0.2%分度读数刻度1mmH2O精度0.2%分度读数刻度0.1精度0.3分度读数刻度1mmH2O精度0.2%分度读数刻度1mmHg精度0.2%分度读数刻度0.1 精度0.3 分度读数刻度1mmH精度0.2%3.1.6每条性能曲线至少测定6点。试验可从低工况做起，也可从高工况逐渐下降。在参数可测定的范围内，测点间距尽可能地平均。3.1.7测量值应由专人记录在专用的表格内。试验结束后，应由试验负责人签署。3.2压气机性能试验3.2.1压气机性能试验应在能调节工况和可测量参数的专用台架上进行。试验台架应符合3.1条的规定。压气机性能试验时可不带消声滤清器。3.2.2压气机由增压器的涡轮来带动，并且压气机壳不包裹绝热材料进行性能试验时，涡轮进口气体温度应控制在50020范围内。当涡轮进口气体温度不控制在50020；或用其他动力带动；或压气机壳包裹绝热材料等其他方法试验时，应在试验报告及性能曲线中注明试验条件。3.2.3压气机性能试验按等折合转速进行。压气机折合转速按407中2.10条的规定计算。为了保证读数稳定，压气机进口管道上应设置稳压筒或吸气室。稳压筒内气体马赫数应小于0.05。3.2.4压气机性能中的等折合转速线以标定转速的50%、60%、70、80、90、100、110或最高转速来测定。当增压比小于或有特殊要求的增压器，可适当减少或增加等折合转速线，但不得少于条。其中每条等折合转速线的最大流量点以407中规定的压气机流量范围为限；最小流量系指压气机接近喘振时的流量。每条等折合转速线的测点数目及间距按3.1.6款的规定。每个试验点的调整和测量及其误差按3.1.5款的规定。3.2.5压气机性能试验应测取下列参数：a.压气机进口气体静压或总压；b.压气机进口气体总温；c.压气机进口流量计气体压差或压气机出口流量计气体压差；d.流量计前气体静压和总温；e.压气机出口气体静压和总温；f.压气机出口气体总温；g.压气机转速；h.试验时的大气压力和环境湿度。3.2.6 压力测量3.2.6.1压气机进出口气体的静压测量采用内壁平直、光滑的圆形截面测量管。管道面积不得小于相连接的压气机进出口面积。管长不少于5倍管径，静压测点前平直段长度(顺气流方向)不少于倍管径。压气机进口气体静压也可在稳压筒上测取。3.2.6.2 在静压测量截面上，沿圆周方向均匀布置个测点，然后用环状管道把各测点联通起来，取其平均静压值。环状管道直径应符合下列要求：式中：d环状管道内径，mm；d1静压测量孔直径，mm。静压测量孔直径 d应小于1.5mm。要求垂直于壁面，孔口处不准有毛刺，或突出部，四周25mm范围内管壁不准有凹凸缺陷。3.2.6.3压力测量仪表应采用精度不低于0.2%的形管液体压力计，或用其他相当精度的测压仪表。测定大气压用气压计，其精度应不低于0.1。3.2.6.4压气机进出口气体的总压除用总压测针直接测量外，也可由已被测出的静压、总温和流量通过叠代计算求得。p或=Pa 式中：p*气体总压，a；p 气体静压，Pa；T*气体总温，；T 气体静温，；c 管道内气体平均流速，m/s。 C=m/sG流量，kg/s；F测量段管道截面积，m2；气体密度，kg/m3。 =R气体常数，JkgK。3.2.7 温度测量3.2.7.1压气机进出口温度应采用刻度为0.1，精度为0.3,带有滞止护套精密水银温度计或其他相当精度的电测温度计在圆形截面测量管内测定。测点应布置在静压测点后(顺气流方向)0.5倍管径的位置，并与测压点互相错开。压气机进口温度也可在稳压筒内测取。3.2.7.2滞止型温度计在气流中的温度恢复系数应大于0.86。滞止护套管孔口应对准对流方向。护套管直径应做到小巧，并要求用表面光滑、壁薄、导热系数小的材料制作。3.2.7.3温度测点就不少于两个，并匀称布置。每个温度计或温度传感器应垂直插入，深度为测量管径的1/3(以滞止护套管孔口位置计算)。当测量管径较小，不能插入温度计本身规定的深度时，允许插入测量管径的1/2位置。3.2.7.4温度测量管按3.1.3款规定，外表面应包裹绝热材料。各温度计之间的读数差值如超过0.3 时，应予校验或调换。当差值小于或等于0.3 时，应以温度计读数的平均值计算。3.2.7.5 温度计应定期校验，并有定期校验合格证。3.2.8流量测量压气机的流量应采用角接标准孔板流量计或端面进气流量计测量。标准孔板流量计安装在压气机出口管道上，端面进气流量计安装在压气机进口管道上，标准孔板流量计的设计、制造、安装、使用以及流量的计算应符合2624-81流量测量节流装置的规定。端面进气流量计或其他型式的流量计应校验后才能使用。3.2.9转速测量增压器转速采用非接触式电磁传感器来测量。传感器均布置在压气机进口端螺母处。为了减少测量支架对进口气流的影响，可采用管外测速传感器。3.3涡轮性能试验3.3.1涡轮性能试验应在能调节工况和可测量参数的专用台架上，用外源压缩空气或经加热后驱动涡轮进行试验。试验台架应符合3.1条的规定。3.3.2 涡轮性能试验按轮周马赫数u或比转速进行。轮周马赫数u及比转速按NJ 407中2.14条的规定计算。3.3.3 涡轮性能以等轮周马赫数u或比转速 来表示。每个试验点的调整和测量及其误差按3.1.5规定。3.3.4涡轮性能试验应测取下列参数：a. 涡轮进口气体静压或总压；b. 涡轮进口气体总温；c. 涡轮进口流量计气体压差；d. 涡轮进口流量计前气体静压和总温；e. 涡轮出口及管道中心处气体静压；f. 涡轮出口气体总温；g. 涡轮转速；h. 涡轮轴输出功。如以压气机作测功器，则按3.2条的规定测出压气机各项参数；i. 试验时的大气压和环境温度。3.3.5 压力测量涡轮进、出口气体静压按3.2.6款的规定测量。当涡轮为双进口或多进口时，进气管可以做成管，但测点不准布置在叉管上。涡轮出口的气体静压以测量管壁处的静压与管道中心处的静压之和的均值来计算。涡轮进口总压除用总压测针直接测量外，也可由已被测出的静压、总温和流量通过叠代计算求得计算公式按3.2.6.4项的规定。3.3.6 温度测量涡轮进出口气体总温按3.2.7款的规定测量。3.3.7 流量测量涡轮流量按3.2.8款的规定测量。3.3.8 转速测量涡轮转速度3.2.9款的规定测量。3.3.9 涡轮测功涡轮测功采用专用测功器直接测出。如无测功器时也可用压气机替代测功。因受压气机耗功范围限制，涡轮大功率和小功率部分性能，应配不同轮径的压气机叶轮或其他方法来测定。3.4增压器可靠性试验3.4.1 增压套可靠性试验包括：a. 标定参数运转试验，不少于80h；b. 最高参数循环变化运转试验。标定参数运转试验允许中途停车一次(非增压器故障性能的停车)，停车时间不超过h。3.4.2 标定参数运转试验增压器标定参数运转试验可采用热风或自循环方式进行。当增压器不能自循环时，允许调正喷嘴积。在试验过程中，逐步加速升温至增压器标定转速和涡轮标定进气温度。如达不到增压器标定参时，可采取压气机放气或关小自循环阀门等措施。当参数值调正到规定要求时，应记录压气机出口力，涡轮进口压力和温度、增压器转速及润滑油、冷却水（如有水冷外壳时）进出口温度和压力等参数。以后每小时记录一次。到达规定的试验时间后，应急速停机，并记录增压器惰转时间。3.4.3 最高参数循环变化运转试验增压器最高参数循环变化运转试验按有关内燃机技术文件的规定，与配用内燃机的台架试验一起进行。如在增压器试验台架上单独考核，试验时间与要求按附录的规定。3.4.4 可靠性试验后，应测检下列项目：a. 压气机叶轮和导风轮外径胀大值；b. 涡轮叶轮外径胀大值；c. 压气机、导风轮和涡轮叶片变形情况；d. 轴承、推力轴承磨损情况；e. 密封件磨损情况；f. 主要装配间隙的变化情况；g. 漏油、漏水、漏气现象检查；h. 复测转子动平衡精度。3.5增压器出厂试验按增压器标定和最高参数的要求，采用热风或自循环方式进行台架试验。增压器达到最高参数前后的磨合和加速或减速时间不限，但最高参数的稳定试验时间不少于5min。当增压器配用于本厂制造的内燃机时，则增压器可随同内燃机进行出厂试验。3.6增压器无故障运转试验增压器无故障运转试验可与配用内燃机一起进行，也可由用户使用试验来考核。如在增压器试验台架上单独考核，试验时间按内然机技术文件规定，运转工况按3.4.2款的规定。3.7 增压器超速试验按增压器最高转速的110及涡轮进口最高温度等要求，并以3.5条的规定进行台架超速试验。超速试验稳定时间应不少于min。3.8 增压器抽检试验a. 压气机性能试验。按3.2条的规定进行；b. 涡轮性能试验。按3.3条的规定进行；c. 最高参数循环变化运转试验。按3.4.3款的规定进行；d. 无故障运转试验。按3.6条的规定进行。3.9 增压器振动测量在3.4.2款试验工况下，测定压气机壳和涡轮壳上的振动速度。3.10 增压器噪声测量3.10.1 噪声测取点按表规定。 表2标定增压比2 2.52.5噪声测取点标定参数增压比及标定参数增压比2、2.5及标定参数3.10.2测点位置见图。以增压器轴线为测量水平面，增压器轴线距地面的高度应大于1m。各测点至增压器外壳的距离为1m，距试验室墙、地板或其他障碍物应大于m。当测点位置恰好遇上试验管道时，允许移动测点位置直到合乎规定的要求。3.10.3 噪声测取和数据整理按1859-80内燃机噪声测定方法的规定，见图1。性能计算与数据整理4.1 压气机性能曲线的绘制根据压气机试验测得的进出口气体静压、总温、流量计前压力、温度，流量计压差及转速等参数计算压气机性能。由计算结果得到增压比c*，折合流量,折合转速ncnp及压气机效率c等四个特性参数，绘制压气机性能曲线，见图2。4.2 涡轮性能曲线的绘制根据涡轮试验测得的进出口气体静压、总温，流量计前压力、温度，流量计压差，转速以及涡轮轴输出功等参数计算涡轮性能。 图1 增压器噪声测点布置图压气机性能曲线由计算结果得到涡轮效率T,膨胀比T,压头系数T,轮周马赫数*(或比转速 ）涡轮流量参数等特性参数，绘制涡轮性曲线，见图。图涡轮性能曲线4.3 增压器总效率曲线的绘制由压气机性能曲线和涡轮性能曲线绘制增压器总效率曲线，见图4。图4 增压器总效率曲线附录A增压器参数、符号、单位、量钢对照表（参考件）附录B增压器试验记录表（参考件）附录C增压器最高参数循环变化台架运转试验程序图（参考件）图C 增压器最高参数循环变化台架运转试验程序图10