[发明专利]一种车用增压器涡轮的高温持久寿命评定方法

说明书

技术领域

本发明属于增压器涡轮结构耐久性设计与分析方法，具体涉及一种车用增压器涡轮的高温持久寿命评定方法。

背景技术

涡轮增压器是发动机实现功率密度提升和和增强其高原环境适应性的关键部件。涡轮是涡轮增压器的核心零部件之一，其可靠性与寿命直接影响着涡轮增压器或增压系统的可靠性。涡轮仅要具有良好的气动性能，能够高效地将发动机的废气能量转化为机械功，而且要求具有足够的使用寿命和可靠性，满足涡轮增压器的使用要求。

增压器工作时高温燃气流经涡轮叶片并推动涡轮旋转做功，在此过程中涡轮叶片承受着热载荷、气动载荷和离心载荷的共同作用。涡轮增压器随发动机长时间工作时，涡轮叶片存在发生由高温持久强度不足导致的叶片断裂失效风险。增压器涡轮在工作过程中一旦发生叶片叶根断裂，不仅会引起涡轮增压器的损坏，使发动机无法正常工作，而且断裂的叶片还有可能击穿涡轮箱引起发动机或车辆其他部件的损坏。

因此，在车用涡轮增压器研制过程中，特别是对于采用新材料的增压器涡轮，需要针对涡轮的叶片高温持久断裂失效模式，对涡轮叶片的高温持久寿命进行科学评定，及时发现涡轮结构上存在的不足，进而有效指导增压器涡轮叶轮的结构设计与合理使用。本发明针对增压器涡轮的叶片高温持久断裂失效模式，以解决在缺乏所匹配发动机使用剖面条件下增压器涡轮的叶片高温持久寿命预测问题为出发点，提出一种车用增压器涡轮的高温持久寿命评定方法。

发明内容

本发明针对车用增压器涡轮的叶片高温持久寿命预测问题，提供一种车用增压器涡轮的高温持久寿命评定方法。能够在缺乏涡轮增压器所匹配发动机使用剖面的情况下，通过确定涡轮叶片失效危险部位、增压器涡轮对应所匹配发动机台架耐久性考核试验剖面的运行工况组成、涡轮叶片失效危险部位的应力与温度、涡轮高温持久寿命同应力和温度之间的数学关系、涡轮叶片对应发动机台架耐久性考核试验一次循环的累积损伤量等，可确定出以发动机耐久性台架考核试验剖面循环次数为寿命度量指标时增压器涡轮的高温持久寿命。

本发明技术方案：一种车用增压器涡轮的高温持久寿命评定方法，其特征是包括以下步骤：

a、确定增压器涡轮叶片的失效危险部位；

b、确定增压器涡轮所匹配发动机台架耐久性考核试验剖面的运行工况组成；

c、确定增压器涡轮叶片失效危险部位对应发动机台架耐久性考核试验剖面中不同运行工况的应力与温度；

d、确定增压器涡轮的高温持久寿命同应力和温度之间的数学关系；

e、确定增压器涡轮叶片在发动机台架耐久性考核试验一次循环中对应各运行工况的损伤量；

f、确定增压器涡轮叶片对应发动机台架耐久性考核试验一次循环的累积损伤量；

g、确定增压器涡轮的高温持久寿命。

一种车用增压器涡轮的高温持久寿命评定方法，其特征是包括以下步骤：

a、确定增压器涡轮叶片的失效危险部位：采用有限元仿真计算，确定增压器涡轮工作时涡轮叶片在离心载荷、热载荷和气动载荷共同作用下的应力最大位置，并将位置作为涡轮叶片的失效危险部位。

b、确定增压器涡轮所匹配发动机台架耐久性考核试验剖面的运行工况组成：针对增压器涡轮所匹配的发动机，确定出发动机台架耐久性考核试验剖面的运行工况及其一次试验循环中的运行时间t_i(i＝1,2,3,4)(单位为h)，具体包括以下四个主要工况，即

1)发动机转速为标定转速，扭矩按外特性，运行时间1小时；

2)发动机转速为标定转速的88％，扭矩按外特性，运行时间7小时；

3)发动机转速为标定转速的80％，扭矩按外特性，运行时间小时；

4)发动机转速为最大扭矩转速，扭矩为最大扭矩，运行时间小时。

c、确定增压器涡轮叶片失效危险部位对应发动机台架耐久性考核试验剖面中不同运行工况的应力与温度：针对步骤b确定的发动机台架耐久性考核试验剖面中的四个主要工况，分别确定出增压器涡轮叶片失效危险部位对应发动机台架耐久性考核试验剖面中四个不同运行工况的应力s_i(i＝1,2,3,4)(单位为MPa)与温度T_i(i＝1,2,3,4)(单位为℃)。