專利名稱：一種渦輪增壓器機械損失功率的測量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機械損失功率測試裝置及方法，尤其涉及一種渦輪增壓器機械損失功率測量裝置及方法。

背景技術(shù)：
渦輪增壓器現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于車輛、船舶、工程與農(nóng)業(yè)機械、電站等各種移動與固定式發(fā)動機，如何提高渦輪增壓器的效率是人們共同關(guān)注的問題。渦輪增壓器的效率由渦輪效率、壓氣機效率、機械效率三部分決定。在目前的科技水平下，進一步提高渦輪和壓氣機效率的幅度有限，難度很大。相對而言，機械效率還有較大的提升空間，如應(yīng)用高性能混合陶瓷球軸承、空氣軸承、電磁軸承等即可降低機械損失，提高機械效率。對于浮動軸承渦輪增壓器，其機械損失由徑向浮動軸承、軸向止推軸承、密封環(huán)摩擦副三項摩擦損失組成。對于球軸承渦輪增壓器，其機械損失由角接觸球軸承與密封環(huán)摩擦副兩項摩擦損失組成。這些損失也就是渦輪增壓器的軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)摩擦功率，其大小決定了增壓器的機械效率，因此，準(zhǔn)確測量軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)摩擦功率是獲得精確的增壓器機械效率的前提。
測量渦輪增壓器摩擦功耗比較直接的方法是同時測量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)所受的摩擦力矩。但是，由于渦輪增壓器的轉(zhuǎn)子軸徑較小，轉(zhuǎn)速很高，準(zhǔn)確地測量摩擦力矩或者功率非常困難。
間接的方法是測量軸承潤滑油的進出口流量及油溫。假定軸承中的摩擦功耗所產(chǎn)生的熱量全部由潤滑油帶走，則根據(jù)潤滑油的流量與溫升就可以確定軸承的摩擦功耗，如國家汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“QC/T 591-1999汽車柴油機渦輪增壓器試驗方法”規(guī)定通過測量潤滑油進出口壓力、溫度、流量獲得增壓器的機械損失功率。但是，對于渦輪增壓器潤滑油冷卻的軸承體，它不但通過熱交換、熱輻射向空氣散熱，而且其轉(zhuǎn)子軸還接受渦輪傳熱、同時向壓氣機葉輪散熱；此外，對于渦輪增壓器水冷卻軸承體，軸承與密封環(huán)摩擦副機械摩擦生熱傳導(dǎo)給軸承體的一部分熱量被冷卻水帶走，因此，根據(jù)潤滑油的流量與溫升就確定軸承的摩擦功耗的測量方法很不準(zhǔn)確。
針對上述，國內(nèi)目前存在一種近似地測量渦輪增壓器摩擦功率的設(shè)備渦輪增壓器摩擦功率測量試驗臺，專利號200510114348.4。其中所述試驗臺是根據(jù)假設(shè)“渦輪增壓器轉(zhuǎn)子不受其它外來力矩作用的時候，轉(zhuǎn)子所受的摩擦力矩是導(dǎo)致其轉(zhuǎn)速變化的唯一原因”，這是不準(zhǔn)確的。該方法沒有考慮停止供氣后，壓氣機葉輪、渦輪從高轉(zhuǎn)速下降到低轉(zhuǎn)速過程中仍在工作，即壓氣機在壓縮空氣，渦輪則受到空氣的阻力。因此專利200510114348.4測出的摩擦功率并不是真實的機械損失功率，而是包含了壓氣機所做的功與渦輪克服阻力的損失。另外，該試驗臺沒有考慮渦輪增壓器在加、減速過程中，軸向力的方向與大小均是變化的，而且與穩(wěn)態(tài)工況相差較大，導(dǎo)致機械損失功率大小、方向均在變化?？傊盟鲅b置測量機械損失功率是不準(zhǔn)確的。
目前，還沒有一種比較準(zhǔn)確的測量渦輪增壓器機械損失功率的測量裝置及方法。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述已有技術(shù)存在的不足，提供一種測量更準(zhǔn)確的渦輪增壓器機械損失功率測量裝置及方法。本發(fā)明的測量方法的基本原理在一定轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)的渦輪增壓器，當(dāng)切斷外氣源供應(yīng)，即停止外部能量輸入時，渦輪增壓器經(jīng)歷一個從初始轉(zhuǎn)速到轉(zhuǎn)速為零(靜止)的自由減速過程中，在這個過程中，通過測量克服徑向浮動軸承、軸向止推軸承(球軸承增壓器無止推軸承)、密封環(huán)摩擦副的摩擦阻力損失以及壓氣機繼續(xù)壓縮空氣造成的氣動損失和渦輪氣動損失，并用測量得到的摩擦阻力損失減去后兩部分測得的氣動損失，獲得渦輪增壓器的真實機械損失功率。
本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。
本發(fā)明的一種渦輪增壓器機械損失功率的測量裝置，如圖1所示，包括外氣源、數(shù)據(jù)采集處理與控制系統(tǒng)、傳感器、加熱系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、自動調(diào)溫系統(tǒng)；該測量裝置在使用過程中對外圍設(shè)備渦輪增壓器的機械損失功率進行測量。
所述外氣源與加熱系統(tǒng)相連，其主要功能是提供驅(qū)動所述渦輪增壓器的渦輪達(dá)到較高轉(zhuǎn)速的高壓氣體。
所述加熱系統(tǒng)與外圍設(shè)備渦輪增壓器連接，其作用是提供給渦輪增壓器一定能量的燃?xì)?，使渦輪增壓器的工作狀態(tài)符合渦輪增壓器安裝在發(fā)動機上的實際工作狀態(tài)。加熱系統(tǒng)可以是燃燒系統(tǒng)，但不限于燃燒系統(tǒng)。
所述外圍設(shè)備渦輪增壓器包括渦輪、壓氣機、軸承體、渦輪排氣管、氣壓機進氣管、氣壓機排氣管。
所述潤滑系統(tǒng)與所述外圍設(shè)備渦輪增壓器的軸承體連接，其作用是為渦輪增壓器提供循環(huán)潤滑油。
所述自動調(diào)溫系統(tǒng)與所述潤滑系統(tǒng)連接，其作用是自動調(diào)節(jié)潤滑油溫度，使其保持在工作溫度下，保證試驗的重復(fù)性和準(zhǔn)確性；其工作原理為當(dāng)潤滑系統(tǒng)溫度達(dá)到高溫值時，自動開啟冷卻裝置，降低潤滑系統(tǒng)溫度；當(dāng)潤滑系統(tǒng)溫度低于低溫值時，自動開啟加熱裝置，提高潤滑系統(tǒng)溫度。較佳的，高溫值為90攝氏度，低溫值為40攝氏度。
所述傳感器包括氣體壓力傳感器、液體壓力傳感器、氣體溫度傳感器、液體溫度傳感器、液體質(zhì)量流量計、轉(zhuǎn)速傳感器，包括上述傳感器但不限于此。所述傳感器位于外氣源的內(nèi)部、外氣源與加熱系統(tǒng)的連接通道上、加熱系統(tǒng)內(nèi)部、潤滑系統(tǒng)內(nèi)部，渦輪排氣管壁、氣壓機進氣管壁、氣壓機排氣管壁上，用于監(jiān)控氣體或者液體的溫度、壓力、液體質(zhì)量流量以及轉(zhuǎn)速等，并將獲得的數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)據(jù)采集處理與控制系統(tǒng)。
所述數(shù)據(jù)采集處理與控制系統(tǒng)是采用所述渦輪增壓器機械損失功率的測量方法的具體實現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集處理與控制系統(tǒng)從各傳感器獲得數(shù)據(jù)，并進行處理，得到所測量的渦輪增壓器的機械損失功率。
基于上述裝置的一種渦輪增壓器機械損失功率測量方法的具體操作步驟如下 步驟一、將待測渦輪增壓器連接至本發(fā)明提出的渦輪增壓器機械損失功率測量裝置； 步驟二、啟動渦輪增壓器機械損失功率的測量裝置，使待測渦輪增壓器達(dá)到工作轉(zhuǎn)速。
步驟三、采集試驗過程中的各項數(shù)據(jù)，具體操作步驟如下 第①步通過所述各傳感器采集渦輪增壓器達(dá)到工作轉(zhuǎn)速情況下的數(shù)據(jù)，并將各傳感器采集的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)采集處理與控制系統(tǒng)。
第②步切斷氣源，再次通過所述各傳感器，采集并記錄渦輪增壓器由工作轉(zhuǎn)速降低到靜止這段時間的各項數(shù)據(jù)，并將各傳感器采集的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)采集處理與控制系統(tǒng)。
步驟四、獲得渦輪增壓器的氣動損失 數(shù)據(jù)采集處理與控制系統(tǒng)使用在步驟三中獲得的數(shù)據(jù)，根據(jù)采集到的渦輪增壓器在工作轉(zhuǎn)速下的數(shù)據(jù)和相關(guān)熱力學(xué)公式獲得增壓器的氣動損失。其具體方法如下 第①步獲得渦輪增壓器壓氣機的氣動損失之和。
空氣在渦輪增壓器壓氣機葉輪中流動時，主要的氣動損失有以下部分 a.空氣在通道內(nèi)的轉(zhuǎn)彎損失。包括導(dǎo)風(fēng)輪損失(用WI1表示)以及葉輪徑向葉片將氣流方向由軸向改為徑向時的損失(用WI2表示)，分別通過公式1和公式2計算。
其中ω1為葉輪進口處相對速度，cr2為葉輪出口處絕對速度的徑向分量，ξ1和ξ2為損失系數(shù)。
b.氣流在葉輪通道內(nèi)的摩擦損失。包括渦流損失(用WI3表示)，通過公式3計算。
其中ξ3為損失系數(shù)。
c.氣流在葉輪與殼體之間的漏氣損失和輪盤摩擦損失。
由于旋轉(zhuǎn)的葉片與殼體之間存在間隙，就不可避免地存在漏氣損失。這種損失在葉輪與壓氣機殼之間，表現(xiàn)為潛流和鼓風(fēng)環(huán)流；在葉輪輪背與背盤之間，表現(xiàn)為鼓風(fēng)環(huán)流。將該部分損失合并到輪盤摩擦損失中計算。
輪盤摩擦損失(用WId表示)，通過公式4計算。
其中，α為損失系數(shù)，u2為葉輪出口牽連速度。
d.壓氣機殼中的損失(用WI4表示)，通過公式5計算。
其中，ξ4為蝸殼損失系數(shù)，c4為擴壓氣出口絕對速度。
基于以上，渦輪增壓器壓氣機氣動損失之和(用WI表示)可通過公式6計算得到 WI＝WI1+WI2+WId+WI4(6) 第②步獲得渦輪增壓器渦輪中的氣動損失，主要包括以下部分 a.噴嘴環(huán)中的能量損失(用ΔW1表示)，通過公式7計算。

其中

表示噴嘴環(huán)速度系數(shù)； b.葉輪內(nèi)的損失(用ΔWi表示)，通過公式8計算。
其中ψ表示葉輪中速度系數(shù)，ω2為葉輪出口相對速度； c.余速損失(用ΔWout表示)，通過公式9計算。
d.葉輪摩擦與通風(fēng)損失(用ΔWrd表示)。因為氣流在渦輪箱中的流動損失包含在了通風(fēng)損失中，故通過公式10計算。
其中，β表示葉輪輪盤的形狀系數(shù)；ρ1m表示葉輪周圍的平均密度；u1為葉輪進口的輪周速度；D1表示葉輪進口直徑；WTd表示葉輪前的絕熱膨脹功。
e.漏氣損失(用ΔWle表示)，通過公式11計算。
ΔWle＝0.005WTd； (11) 基于以上，對有噴嘴環(huán)的渦輪增壓器，渦輪損失之和(用ΔW表示)為 ΔW＝ΔW1+ΔWi+ΔWout+ΔWrd+ΔWle (12) 對沒有噴嘴環(huán)的渦輪增壓器，渦輪損失之和ΔW為 ΔW＝ΔWi+ΔWout+ΔWrd+ΔWle (13) 步驟五、獲得渦輪增壓器由工作轉(zhuǎn)速降低到0轉(zhuǎn)速這一階段壓氣機功耗 數(shù)據(jù)采集處理與控制系統(tǒng)使用在步驟三中獲得的數(shù)據(jù)，獲得渦輪增壓器由工作轉(zhuǎn)速降低到0轉(zhuǎn)速這一階段壓氣機功耗。
切斷氣源后，壓氣機流量由穩(wěn)態(tài)流量降低到零，這一過程中壓氣機葉輪對空氣做功消耗的功率采用在工作轉(zhuǎn)速下壓氣機功率的平均值，通過公式(14)計算 其中

表示空氣定壓比熱，

TC1*表示壓氣機進氣總溫；πC表示增壓比；κ表示空氣絕熱指數(shù)，κ＝1.4；ηC表示壓氣機效率。
步驟六、獲得渦輪增壓器的總的剩余功率 數(shù)據(jù)采集處理與控制系統(tǒng)使用在步驟三中獲得的數(shù)據(jù)，獲得渦輪增壓器總的剩余功率。具體步驟如下 ①采用切斷氣源后轉(zhuǎn)速傳感器采集的數(shù)據(jù)，繪制速度——時間曲線，將該曲線擬合為雙曲型曲線y＝ax-n，漸近線為x軸和y軸，曲線在第一象限。依據(jù)轉(zhuǎn)速——時間曲線求出該曲線的斜率，即增壓器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速隨時間的變化率
②獲得增壓器剩余力矩之和(用Mf表示)，通過公式15計算。
其中，Mf為增壓器剩余力矩之和；I0為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量；ω為轉(zhuǎn)子的角速度；n為增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；t為時間。
③獲得渦輪增壓器的總的剩余功率(用Nf表示)，通過公式16計算。
其中，Nf為渦輪增壓器總的剩余功率。
步驟七、獲得渦輪增壓器的機械損失功率 在步驟四、五、六的基礎(chǔ)上，獲得增壓器機械損失功率。其具體步驟為 ①通過公式17獲得摩擦損失系數(shù)(用k1表示) 其中GC為增壓器壓氣機質(zhì)量流量；Ga為進氣管壓縮空氣質(zhì)量流量；Gf為燃油質(zhì)量流量。
②獲得瞬態(tài)摩擦損失系數(shù)(用k2表示)。停機瞬態(tài)工況轉(zhuǎn)子所承受的軸向力是增壓器穩(wěn)定工作時的5～6倍。即 k2＝(5～6)μ (18) 其中μ——動摩擦因數(shù)。
③獲得渦輪增壓器的機械損失功率。車用渦輪增壓器渦輪轉(zhuǎn)子所承受的軸向負(fù)荷方向是變化的，在起動加速瞬態(tài)工況時，轉(zhuǎn)子軸向力指向渦輪端；在停機減速瞬態(tài)工況時，轉(zhuǎn)子軸向力指向壓氣機端。所以，渦輪增壓器在其穩(wěn)定工作時的機械損失功率為 N＝(1-k1)k2Nf (19) 通過上述步驟，即可得到渦輪增壓器的機械損失功率。
另外，為了便于將不同環(huán)境下測得的試驗數(shù)據(jù)進行比較，本發(fā)明提供一種將不同環(huán)境下測得的試驗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀況的一種轉(zhuǎn)換方法。標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀況為大氣溫度為298K(25℃)；壓力為100KPa(760mmHg)。當(dāng)試驗環(huán)境狀況有別于標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀況時，對實際所得機械損失功率Nf按照標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀態(tài)進行折算，即對公式19中所包含的轉(zhuǎn)速n與流量GC，按照標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境予以折算，得到折合機械損失(用Ncnp表示)。
有益效果 (1)本發(fā)明給出了一種更加準(zhǔn)確的測量渦輪增壓器機械損失功率的裝置，能夠準(zhǔn)確、方便的測量渦輪增壓器的機械損失功率。
(2)提供了一種渦輪增壓器機械損失功率的測量方法，該方法較原有方法更為精確、方便，為分析、評判渦輪增壓器的性能提供了試驗測試手段。



圖1為本發(fā)明的渦輪增壓器機械損失功率測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的具體實施方式
中的渦輪增壓器機械損失功率測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 其中1-外氣源，2-氣源壓力傳感器，3-進氣閥，4-進氣管，5-進氣壓力傳感器，6-進氣溫度傳感器，7-進氣質(zhì)量流量計，8-燃油壓力傳感器，9-燃油溫度傳感器，10-燃油質(zhì)量流量計，11-燃燒室，12-燃油系統(tǒng)，13-燃油管，14-點火裝置，15-渦輪進氣管，16-渦輪進氣壓力傳感器，17-渦輪進氣溫度傳感器，18-渦輪排氣管，19-渦輪排氣溫度傳感器，20-渦輪排氣壓力傳感器，21-潤滑油進口壓力傳感器，22-潤滑油進口溫度傳感器，23-潤滑油質(zhì)量流量計，24-潤滑油回油溫度傳感器，25-潤滑油回油壓力傳感器，26-潤滑油箱，27-潤滑油泵，28-潤滑油進油管，29-潤滑油回油管，30-加熱裝置，31冷卻裝置，32-壓氣機排氣電動閥，33-轉(zhuǎn)速傳感器，34-壓氣機進氣溫度傳感器，35-壓氣機進氣壓力傳感器，36-壓氣機進氣管，37-壓氣機質(zhì)量流量計，38-壓氣機出口壓力傳感器，39-壓氣機出口溫度傳感器，40-壓氣機排氣管； 圖3為本發(fā)明的具體實施方式
中的渦輪增壓器轉(zhuǎn)子速度——時間曲線示意圖。

具體實施例方式 根據(jù)上述技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。
一種渦輪增壓器機械損失功率的測量裝置，結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括外氣源1、氣源壓力傳感器2、進氣閥3、進氣壓力傳感器5、進氣溫度傳感器6、進氣質(zhì)量流量計7、燃油壓力傳感器8、燃油溫度傳感器9、燃油質(zhì)量流量計10、渦輪進氣管15，渦輪進氣壓力傳感器16、渦輪進氣溫度傳感器17、渦輪排氣管18、渦輪排氣溫度傳感器19、渦輪排氣壓力傳感器20、潤滑油進口壓力傳感器21、潤滑油進口溫度傳感器22、潤滑油質(zhì)量流量計23、潤滑油回油溫度傳感器24、潤滑油回油壓力傳感器25、壓氣機排氣電動閥32、轉(zhuǎn)速傳感器33、壓氣機進氣溫度傳感器34、壓氣機進氣壓力傳感器35、壓氣機進氣管36、壓氣機質(zhì)量流量計37、壓氣機出口壓力傳感器38、壓氣機出口溫度傳感器39、壓氣機排氣管40、數(shù)據(jù)采集處理與控制系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、自動調(diào)溫系統(tǒng)，該測量裝置在使用過程中對外圍設(shè)備渦輪增壓器的機械損失功率進行測量。
所述外圍設(shè)備渦輪增壓器包括渦輪、壓氣機、軸承體。渦輪進氣管15與渦輪增壓器的渦輪進口連接，渦輪進氣管15的內(nèi)壁上安裝有渦輪進氣壓力傳感器16，渦輪進氣溫度傳感器17；渦輪排氣管18與渦輪增壓器的渦輪出口連接，渦輪排氣管18的內(nèi)壁上安裝有渦輪排氣溫度傳感器19，渦輪排氣壓力傳感器20；壓氣機進氣管36與渦輪增壓器的壓氣機進口連接，壓氣機進氣管36的內(nèi)壁上安裝有轉(zhuǎn)速傳感器33，壓氣機進氣溫度傳感器34，壓氣機進氣壓力傳感器35，壓氣機質(zhì)量流量計37；壓氣機排氣管40與渦輪增壓器的壓氣機出口連接，壓氣機排氣管40的內(nèi)壁上安裝有壓氣機出口壓力傳感器38，壓氣機出口溫度傳感器39；渦輪增壓器與潤滑系統(tǒng)的潤滑油進油管28和潤滑油回油管29連接。
所述外氣源1的主要功能是提供驅(qū)動所述渦輪增壓器的渦輪達(dá)到較高轉(zhuǎn)速的高壓氣體；外氣源1內(nèi)部裝有氣源壓力傳感器2；外氣源1通過進氣閥3與燃燒系統(tǒng)的進氣管4相連，進氣閥3的作用是對外氣源1內(nèi)的氣體進入進氣管4起到控制作用。
所述燃燒系統(tǒng)的作用是提供給渦輪增壓器一定能量的燃?xì)?，使渦輪增壓器的工作狀態(tài)符合渦輪增壓器安裝在發(fā)動機上的實際工作狀態(tài)。燃燒系統(tǒng)包括進氣管4、燃油系統(tǒng)12、點火裝置14、燃燒室11。燃油系統(tǒng)的作用是為燃燒室提供燃油，燃油系統(tǒng)通過燃油管13與燃燒室11連接，并且在燃油管的內(nèi)壁上安裝有燃油壓力傳感器8、燃油溫度傳感器9以及燃油質(zhì)量流量計10。點火裝置的作用是為點燃燃燒室內(nèi)的燃油提供火源，點火裝置安裝在燃燒室11內(nèi)。燃燒室11的作用是提供燃油燃燒的空間，并產(chǎn)生所述使渦輪增壓器的工作狀態(tài)符合渦輪增壓器安裝在發(fā)動機上的實際工作狀態(tài)的燃?xì)?。燃燒?1的一端通過進氣管4與進氣閥3連接，另一端與渦輪進氣管15相連。進氣管4的內(nèi)壁上安裝有進氣壓力傳感器5，進氣溫度傳感器6，進氣質(zhì)量流量計7。
所述潤滑系統(tǒng)的作用是為渦輪增壓器提供循環(huán)潤滑油，包括潤滑油箱26、潤滑油泵27、潤滑油進油管28、潤滑油回油管29。其連接關(guān)系為潤滑油箱26通過潤滑油進油管28和潤滑油回油管29與渦輪增壓器連接，并且在潤滑油進油管28上安裝有增壓器潤滑油進口壓力傳感器21和潤滑油進口溫度傳感器22，潤滑油質(zhì)量流量計23；在潤滑油回油管29上安裝有潤滑油出口溫度傳感器24和潤滑油出口壓力傳感器25。
自動調(diào)溫系統(tǒng)包括冷卻裝置31及加熱裝置30，其作用是自動調(diào)節(jié)潤滑油溫度，使其保持在工作溫度下，保證試驗的重復(fù)性和準(zhǔn)確性；其工作原理為當(dāng)潤滑系統(tǒng)溫度達(dá)到高溫值時，開啟冷卻裝置，降低潤滑系統(tǒng)溫度；當(dāng)潤滑系統(tǒng)溫度低于低溫值時，開啟加熱裝置，提高潤滑系統(tǒng)溫度。較佳的，高溫值為90攝氏度，低溫值為40攝氏度。
所述數(shù)據(jù)采集處理與控制系統(tǒng)采用所述渦輪增壓器機械損失功率的測量方法的具體實現(xiàn)。與氣源壓力傳感器2、進氣壓力傳感器5、進氣溫度傳感器6、進氣質(zhì)量流量計7、燃油壓力傳感器8、燃油溫度傳感器9、燃油質(zhì)量流量流量計10、渦輪進氣壓力傳感器16、渦輪進氣溫度傳感器17、渦輪排氣溫度傳感器19、渦輪排氣壓力傳感器20、潤滑油進口壓力傳感器21、潤滑油進口溫度傳感器22、潤滑油質(zhì)量流量計23、潤滑油回油溫度傳感器24、潤滑油回油壓力傳感器25、轉(zhuǎn)速傳感器33、壓氣機進氣溫度傳感器34、壓氣機進氣壓力傳感器35、壓氣機進氣管36、壓氣機質(zhì)量流量計37、壓氣機出口壓力傳感器38、壓氣機出口溫度傳感器39連接，完成對傳感器采集的數(shù)據(jù)的匯總及處理，得到所測量的渦輪增壓器的機械損失功率。本裝置中涉及到的所有傳感器既可為無線傳感器，也可為有線連接的傳感器。
所述壓氣機排氣電動閥32的作用是控制壓氣機排氣管的開度，其安裝位置為壓氣機排氣管40靠近出口端的位置。
基于上述裝置的一種渦輪增壓器機械損失功率測量方法的具體操作步驟如下 步驟一、將待測渦輪增壓器連接至本發(fā)明提出的渦輪增壓器機械損失功率測量裝置 渦輪進氣管15與渦輪增壓器的渦輪進口連接，渦輪排氣管18與渦輪增壓器的渦輪出口連接，壓氣機進氣管36與渦輪增壓器的壓氣機進口連接，壓氣機排氣管40與渦輪增壓器的壓氣機出口連接，渦輪增壓器與潤滑系統(tǒng)的潤滑油進油管28和潤滑油回油管29連接。
步驟二、啟動渦輪增壓器機械損失功率的測量裝置 在步驟一的基礎(chǔ)上，打開外氣源1，啟動點火裝置14，使待測渦輪增壓器達(dá)到工作轉(zhuǎn)速。
步驟三、采集試驗過程中渦輪增壓器的各項數(shù)據(jù) 在步驟二的基礎(chǔ)上，采集試驗過程中渦輪增壓器的各項數(shù)據(jù)。具體操作步驟如下 第①步用進氣壓力傳感器5測量進氣管內(nèi)氣體總壓，用進氣溫度傳感器6測量進氣管內(nèi)氣體總溫，用進氣質(zhì)量流量計7測量進氣管內(nèi)氣體質(zhì)量流量，用燃油質(zhì)量流量計10測量燃油質(zhì)量流量，用渦輪進氣壓力傳感器16測量渦輪前燃?xì)饪倝?，用渦輪進氣溫度傳感器17測量渦輪前燃?xì)饪倻?，用渦輪排氣溫度傳感器19測量渦輪排氣靜溫，用渦輪排氣壓力傳感器20測量渦輪排氣靜壓，用轉(zhuǎn)速傳感器33測量增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，用壓氣機進氣溫度傳感器34測量壓氣機進氣總溫，用壓氣機進氣壓力傳感器35測量壓氣機進氣總壓，用壓氣機質(zhì)量流量計37測量壓氣機質(zhì)量流量，用壓氣機出口壓力傳感器38測量壓氣機出口總壓，用壓氣機出口溫度傳感器39測量壓氣機出口總溫，并實時將各傳感器采集的數(shù)據(jù)匯總至數(shù)據(jù)采集處理與控制系統(tǒng)。
第②步切斷氣源，通過第①步中所述各傳感器，采集并記錄渦輪增壓器由工作轉(zhuǎn)速降低到靜止這段時間的各項數(shù)據(jù)，并實時將各傳感器采集的數(shù)據(jù)匯總至數(shù)據(jù)采集處理與控制系統(tǒng)。
步驟四、獲得渦輪增壓器的氣動損失 數(shù)據(jù)采集處理與控制系統(tǒng)使用在步驟三中獲得的數(shù)據(jù)，根據(jù)采集到的渦輪增壓器在工作轉(zhuǎn)速下的數(shù)據(jù)和相關(guān)熱力學(xué)公式獲得增壓器的氣動損失。其具體方法如下 第①步得到渦輪增壓器壓氣機的氣動損失之和。
空氣在渦輪增壓器壓氣機葉輪中流動時，主要的氣動損失有以下部分 a.空氣在通道內(nèi)的轉(zhuǎn)彎損失。包括導(dǎo)風(fēng)輪損失(用WI1表示)以及葉輪徑向葉片將氣流方向由軸向改為徑向時的損失(用WI2表示)，分別通過公式1和公式2計算。
其中ω1為葉輪進口處相對速度，cr2為葉輪出口處絕對速度的徑向分量，ξ1和ξ2為損失系數(shù)。
b.氣流在葉輪通道內(nèi)的摩擦損失。包括渦流損失(用WI3表示)，通過公式3計算。
其中ξ3為損失系數(shù)。
c.氣流在葉輪與殼體之間的漏氣損失和輪盤摩擦損失。
由于旋轉(zhuǎn)的葉片與殼體之間存在間隙，就不可避免地存在漏氣損失。這種損失在葉輪與壓氣機殼之間，表現(xiàn)為潛流和鼓風(fēng)環(huán)流；在葉輪輪背與背盤之間，表現(xiàn)為鼓風(fēng)環(huán)流。將該部分損失合并到輪盤摩擦損失中計算。
輪盤摩擦損失(用WId表示)，通過公式4計算。
其中，α為損失系數(shù)，u2為葉輪出口牽連速度。
d.壓氣機殼中的損失(用WI4表示)，通過公式5計算。
其中，ξ4為蝸殼損失系數(shù)，c4為擴壓氣出口絕對速度。
基于以上，渦輪增壓器壓氣機氣動損失之和(用WI表示)可通過公式6計算得到 WI＝WI1+WI2+WId+WI4 (6) 第②步計算渦輪增壓器渦輪中的氣動損失，主要包括以下部分 a.噴嘴環(huán)中的能量損失(用ΔW1表示)，通過公式7計算。

其中

表示噴嘴環(huán)速度系數(shù)； b.葉輪內(nèi)的損失(用ΔWi表示)，通過公式8計算。
其中ψ表示葉輪中速度系數(shù)，ω2為葉輪出口相對速度； c.余速損失(用ΔWout表示)，通過公式9計算。
d.葉輪摩擦與通風(fēng)損失(用ΔWrd表示)。因為氣流在渦輪箱中的流動損失包含在了通風(fēng)損失中，故通過公式10計算。
其中，β表示葉輪輪盤的形狀系數(shù)；ρ1m表示葉輪周圍的平均密度；u1為葉輪進口的輪周速度；D1表示葉輪進口直徑；WTd表示葉輪前的絕熱膨脹功。
f.漏氣損失(用ΔWle表示)，通過公式11計算。
ΔWle＝0.005WTd； (11) 基于以上，對有噴嘴環(huán)的渦輪增壓器，渦輪損失之和(用ΔW表示)為 ΔW＝ΔW1+ΔWi+ΔWout+ΔWrd+ΔWle (12) 對沒有噴嘴環(huán)的渦輪增壓器，渦輪損失之和ΔW為 ΔW＝+ΔWi+ΔWout+ΔWrd+ΔWle (13) 步驟五、獲得渦輪增壓器由工作轉(zhuǎn)速降低到0轉(zhuǎn)速這一階段壓氣機功耗 數(shù)據(jù)采集處理與控制系統(tǒng)使用在步驟三中獲得的數(shù)據(jù)，獲得渦輪增壓器由工作轉(zhuǎn)速降低到0轉(zhuǎn)速這一階段壓氣機功耗。
切斷氣源后，壓氣機流量由穩(wěn)態(tài)流量降低到零，這一過程中壓氣機葉輪對空氣做功消耗的功率采用在工作轉(zhuǎn)速下壓氣機功率的平均值，通過公式(14)計算 其中

表示空氣定壓比熱，

TC1*表示壓氣機進氣總溫；πC表示增壓比；κ表示空氣絕熱指數(shù)，κ＝1.4；ηC表示壓氣機效率。
步驟六、獲得渦輪增壓器的總的剩余功率 數(shù)據(jù)采集處理與控制系統(tǒng)使用在步驟三中獲得的數(shù)據(jù)，獲得渦輪增壓器總的剩余功率。具體步驟如下 ①采用切斷氣源后轉(zhuǎn)速傳感器采集的數(shù)據(jù)，繪制速度——時間曲線，如圖2所示，將該曲線擬合為雙曲型曲線y＝ax-n，漸近線為x軸和y軸，曲線在第一象限。依據(jù)轉(zhuǎn)速——時間曲線求出該曲線的斜率，即增壓器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速隨時間的變化率
②得到增壓器剩余力矩之和(用Mf表示)，通過公式15計算。
其中，Mf為增壓器剩余力矩之和；I0為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量；ω為轉(zhuǎn)子的角速度；n為增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；t為時間。
③得到渦輪增壓器的總的剩余功率(用Nf表示)，通過公式16計算。
其中，Nf為渦輪增壓器總的剩余功率。
步驟七、獲得渦輪增壓器的機械損失功率 在步驟四、五、六的基礎(chǔ)上，獲得增壓器機械損失功率。其具體步驟為 ①通過公式17獲得摩擦損失系數(shù)(用k1表示) 其中GC為增壓器壓氣機質(zhì)量流量；Ga為進氣管壓縮空氣質(zhì)量流量；Gf為燃油質(zhì)量流量。
②獲得瞬態(tài)摩擦損失系數(shù)(用k2表示)。停機瞬態(tài)工況轉(zhuǎn)子所承受的軸向力是增壓器穩(wěn)定工作時的5～6倍。即 k2＝(5～6)μ (18) 其中μ——動摩擦因數(shù)。
③獲得渦輪增壓器的機械損失功率。車用渦輪增壓器渦輪轉(zhuǎn)子所承受的軸向負(fù)荷方向是變化的，在起動加速瞬態(tài)工況時，轉(zhuǎn)子軸向力指向渦輪端；在停機減速瞬態(tài)工況時，轉(zhuǎn)子軸向力指向壓氣機端。所以，渦輪增壓器在其穩(wěn)定工作時的機械損失功率為 N＝(1-k1)k2Nf (19) 通過上述步驟，即可得到渦輪增壓器的機械損失功率。
另外，為了便于將不同環(huán)境下測得的試驗數(shù)據(jù)進行比較，本發(fā)明提供一種將不同環(huán)境下測得的試驗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀況的一種轉(zhuǎn)換方法。標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀況為大氣溫度為298K(25℃)；壓力為100KPa(760mmHg)。當(dāng)試驗環(huán)境狀況有別于標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀況時，對實際所得機械損失功率Nf按照標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀態(tài)進行折算，即對公式19中所包含的轉(zhuǎn)速n與流量GC，按照標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境予以折算，得到折合機械損失(用Ncnp表示)。

權(quán)利要求
1.一種渦輪增壓器機械損失功率的測量裝置，其特征在于包括外氣源、數(shù)據(jù)采集處理與控制系統(tǒng)、傳感器、加熱系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、自動調(diào)溫系統(tǒng)；
所述外氣源與加熱系統(tǒng)相連，其功能是提供驅(qū)動所述渦輪增壓器的渦輪達(dá)到較高轉(zhuǎn)速的高壓氣體；
所述加熱系統(tǒng)與外圍設(shè)備渦輪增壓器連接，其作用是提供給渦輪增壓器一定能量的燃?xì)?，使渦輪增壓器的工作狀態(tài)符合渦輪增壓器安裝在發(fā)動機上的實際工作狀態(tài)；
所述潤滑系統(tǒng)與所述外圍設(shè)備渦輪增壓器的軸承體連接，其作用是為渦輪增壓器提供循環(huán)潤滑油；
所述外圍設(shè)備渦輪增壓器包括渦輪、壓氣機、軸承體、渦輪排氣管、氣壓機進氣管、氣壓機排氣管；
所述自動調(diào)溫系統(tǒng)與所述潤滑系統(tǒng)連接，其作用是自動調(diào)節(jié)潤滑油溫度，使其保持在工作溫度下，保證試驗的重復(fù)性和準(zhǔn)確性；其工作原理為當(dāng)潤滑系統(tǒng)溫度達(dá)到高溫值時，自動開啟冷卻裝置，降低潤滑系統(tǒng)溫度；當(dāng)潤滑系統(tǒng)溫度低于低溫值時，自動開啟加熱裝置，提高潤滑系統(tǒng)溫度；
所述傳感器包括氣體壓力傳感器、液體壓力傳感器、氣體溫度傳感器、液體溫度傳感器、液體質(zhì)量流量計、轉(zhuǎn)速傳感器，包括上述傳感器但不限于此；所述傳感器位于外氣源的內(nèi)部、外氣源與加熱系統(tǒng)的連接通道上、加熱系統(tǒng)內(nèi)部、潤滑系統(tǒng)內(nèi)部，渦輪排氣管壁、氣壓機進氣管壁、氣壓機排氣管壁上，用于監(jiān)控氣體或者液體的溫度、壓力、液體質(zhì)量流量以及轉(zhuǎn)速等，并將獲得的數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)據(jù)采集處理與控制系統(tǒng)；
所述數(shù)據(jù)采集處理與控制系統(tǒng)是采用所述渦輪增壓器機械損失功率的測量方法的具體實現(xiàn)；數(shù)據(jù)采集處理與控制系統(tǒng)從各傳感器獲得數(shù)據(jù)，并進行處理，得到所測量的渦輪增壓器的機械損失功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種渦輪增壓器機械損失功率的測量裝置，其特征在于自動調(diào)溫系統(tǒng)在潤滑系統(tǒng)溫度達(dá)到90攝氏度時，自動開啟冷卻裝置，降低潤滑系統(tǒng)溫度；在潤滑系統(tǒng)溫度低于40攝氏度時，自動開啟加熱裝置，提高潤滑系統(tǒng)溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的一種渦輪增壓器機械損失功率的測量裝置，其特征在于包括外氣源(1)、氣源壓力傳感器(2)、進氣閥(3)、進氣壓力傳感器(5)、進氣溫度傳感器(6)、進氣質(zhì)量流量計(7)、燃油壓力傳感器(8)、燃油溫度傳感器(9)、燃油質(zhì)量流量流量計(10)、渦輪進氣管(15)，渦輪進氣壓力傳感器(16)、渦輪進氣溫度傳感器(17)、渦輪排氣管(18)、渦輪排氣溫度傳感器(19)、渦輪排氣壓力傳感器(20)、潤滑油進口壓力傳感器(21)、潤滑油進口溫度傳感器(22)、潤滑油質(zhì)量流量計(23)、潤滑油回油溫度傳感器(24)、潤滑油回油壓力傳感器(25)、壓氣機排氣電動閥(32)、轉(zhuǎn)速傳感器(33)、壓氣機進氣溫度傳感器(34)、壓氣機進氣壓力傳感器(35)、壓氣機進氣管(36)、壓氣機質(zhì)量流量計(37)、壓氣機出口壓力傳感器(38)、壓氣機出口溫度傳感器(39)、壓氣機排氣管(40)、數(shù)據(jù)采集處理與控制系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、自動調(diào)溫系統(tǒng)；該測量裝置在使用過程中對外圍設(shè)備渦輪增壓器的機械損失功率進行測量；
所述外圍設(shè)備渦輪增壓器包括渦輪、壓氣機、軸承體；渦輪增壓器與所述渦輪增壓器機械損失功率的測量裝置的連接關(guān)系為渦輪進氣管(15)與渦輪增壓器的渦輪進口連接，其作用是將燃燒系統(tǒng)產(chǎn)生的燃?xì)馑椭翜u輪增壓器，渦輪進氣管(15)的內(nèi)壁上安裝有渦輪進氣壓力傳感器(16)，渦輪進氣溫度傳感器(17)；渦輪排氣管(18)與渦輪增壓器的渦輪出口連接，其作用是將對渦輪做功后的廢氣排出，渦輪排氣管(18)的內(nèi)壁上安裝有渦輪排氣溫度傳感器(19)，渦輪排氣壓力傳感器(20)；壓氣機進氣管(36)與渦輪增壓器的壓氣機進口連接，空氣通過壓氣機進氣管(36)進入渦輪增壓器，壓氣機進氣管(36)的內(nèi)壁上安裝有轉(zhuǎn)速傳感器(33)，壓氣機進氣溫度傳感器(34)，壓氣機進氣壓力傳感器(35)，壓氣機質(zhì)量流量計(37)；壓氣機排氣管(40)與渦輪增壓器的壓氣機出口連接，將壓氣機對空氣做功后的高壓氣體排出，壓氣機排氣管(40)的內(nèi)壁上安裝有壓氣機出口壓力傳感器(38)，壓氣機出口溫度傳感器(39)；渦輪增壓器與潤滑系統(tǒng)的潤滑油進油管(28)和潤滑油回油管(29)連接；
所述外氣源(1)的主要功能是提供驅(qū)動所述渦輪增壓器的渦輪達(dá)到較高轉(zhuǎn)速的高壓氣體；外氣源(1)內(nèi)部裝有氣源壓力傳感器(2)；外氣源(1)通過進氣閥(3)與燃燒系統(tǒng)的進氣管(4)相連，進氣閥(3)的作用是對外氣源(1)內(nèi)的氣體進入進氣管(4)起到控制作用；
所述燃燒系統(tǒng)的作用是提供給渦輪增壓器一定能量的燃?xì)猓箿u輪增壓器的工作狀態(tài)符合渦輪增壓器安裝在發(fā)動機上的實際工作狀態(tài)；燃燒系統(tǒng)包括進氣管(4)、燃油系統(tǒng)(12)、點火裝置(14)、燃燒室(11)；燃油系統(tǒng)的作用是為燃燒室提供燃油，燃油系統(tǒng)通過燃油管(13)與燃燒室(11)連接，并且在燃油管的內(nèi)壁上安裝有燃油壓力傳感器(8)、燃油溫度傳感器(9)以及燃油質(zhì)量流量計(10)；點火裝置的作用是為點燃燃燒室內(nèi)的燃油提供火源，點火裝置安裝在燃燒室(11)內(nèi)；燃燒室(11)的作用是提供燃油燃燒的空間，并產(chǎn)生所述使渦輪增壓器的工作狀態(tài)符合渦輪增壓器安裝在發(fā)動機上的實際工作狀態(tài)的燃?xì)?；燃燒?11)的一端通過進氣管(4)與進氣閥(3)連接，另一端與渦輪進氣管(15)相連；進氣管(4)的內(nèi)壁上安裝有進氣壓力傳感器(5)，進氣溫度傳感器(6)，進氣質(zhì)量流量計(7)；
所述潤滑系統(tǒng)的作用是為渦輪增壓器提供循環(huán)潤滑油，包括潤滑油箱(26)、潤滑油泵(27)、潤滑油進油管(28)、潤滑油回油管(29)；其連接關(guān)系為潤滑油箱(26)通過潤滑油進油管(28)和潤滑油回油管(29)與渦輪增壓器連接，并且在潤滑油進油管(28)上安裝有增壓器潤滑油進口壓力傳感器(21)和潤滑油進口溫度傳感器(22)，潤滑油質(zhì)量流量計(23)；在潤滑油回油管(29)上安裝有潤滑油出口溫度傳感器(24)和潤滑油出口壓力傳感器(25)；
自動調(diào)溫系統(tǒng)包括冷卻裝置(31)及加熱裝置(30)，其作用是自動調(diào)節(jié)潤滑油溫度，使其保持在工作溫度下，保證試驗的重復(fù)性和準(zhǔn)確性；其工作原理為當(dāng)潤滑系統(tǒng)溫度達(dá)到高溫值時，開啟冷卻裝置，降低潤滑系統(tǒng)溫度；當(dāng)潤滑系統(tǒng)溫度低于低溫值時，開啟加熱裝置，提高潤滑系統(tǒng)溫度；
所述數(shù)據(jù)采集處理與控制系統(tǒng)是采用所述渦輪增壓器機械損失功率的測量方法的具體實現(xiàn)；與氣源壓力傳感器(2)、進氣壓力傳感器(5)、進氣溫度傳感器(6)、進氣質(zhì)量流量計(7)、燃油壓力傳感器(8)、燃油溫度傳感器(9)、燃油質(zhì)量流量流量計(10)、渦輪進氣壓力傳感器(16)、渦輪進氣溫度傳感器(17)、渦輪排氣溫度傳感器(19)、渦輪排氣壓力傳感器(20)、潤滑油進口壓力傳感器(21)、潤滑油進口溫度傳感器(22)、潤滑油質(zhì)量流量計(23)、潤滑油回油溫度傳感器(24)、潤滑油回油壓力傳感器(25)、轉(zhuǎn)速傳感器(33)、壓氣機進氣溫度傳感器(34)、壓氣機進氣壓力傳感器(35)、壓氣機進氣管(36)、壓氣機質(zhì)量流量計(37)、壓氣機出口壓力傳感器(38)、壓氣機出口溫度傳感器(39)連接，完成對傳感器采集的數(shù)據(jù)的匯總及處理，得到所測量的渦輪增壓器的機械損失功率；
所述壓氣機排氣電動閥(32)的作用是控制壓氣機排氣管的開度，其安裝位置為壓氣機排氣管(40)靠近出口端的位置。
4.一種渦輪增壓器機械損失功率的測量方法，其特征在于具體操作步驟如下
步驟一、將待測渦輪增壓器連接至本發(fā)明提出的渦輪增壓器機械損失功率測量裝置；
步驟二、啟動渦輪增壓器機械損失功率的測量裝置，使待測渦輪增壓器達(dá)到工作轉(zhuǎn)速；
步驟三、采集試驗過程中的各項數(shù)據(jù)，具體操作步驟如下
第①步通過所述各傳感器采集渦輪增壓器達(dá)到工作轉(zhuǎn)速情況下的數(shù)據(jù)，并將各傳感器采集的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)采集處理與控制系統(tǒng)；
第②步切斷氣源，再次通過所述各傳感器，采集并記錄渦輪增壓器由工作轉(zhuǎn)速降低到靜止這段時間的各項數(shù)據(jù)，并將各傳感器采集的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)采集處理與控制系統(tǒng)；
步驟四、獲得渦輪增壓器的氣動損失
數(shù)據(jù)采集處理與控制系統(tǒng)使用在步驟三中獲得的數(shù)據(jù)，根據(jù)采集到的渦輪增壓器在工作轉(zhuǎn)速下的數(shù)據(jù)和相關(guān)熱力學(xué)公式獲得增壓器的氣動損失；其具體方法如下
第①步獲得渦輪增壓器壓氣機的氣動損失之和；
空氣在渦輪增壓器壓氣機葉輪中流動時，主要的氣動損失有以下部分
a.空氣在通道內(nèi)的轉(zhuǎn)彎損失；包括導(dǎo)風(fēng)輪損失，用WI1表示，以及葉輪徑向葉片將氣流方向由軸向改為徑向時的損失，用WI2表示，分別通過公式1和公式2計算得到；
其中ω1為葉輪進口處相對速度，cr2為葉輪出口處絕對速度的徑向分量，ξ1和ξ2為損失系數(shù)；
b.氣流在葉輪通道內(nèi)的摩擦損失；包括渦流損失，用WI3表示，通過公式3計算；
其中ξ3為損失系數(shù)；
c.氣流在葉輪與殼體之間的漏氣損失和輪盤摩擦損失；
將氣流在葉輪與殼體之間的漏氣損失合并到輪盤摩擦損失中計算；輪盤摩擦損失用WId表示，通過公式4計算得到；
其中，α為損失系數(shù)，u2為葉輪出口牽連速度；
d.壓氣機殼中的損失，用WI4表示，通過公式5計算；
其中，ξ4為蝸殼損失系數(shù)，c4為擴壓氣出口絕對速度；
基于以上，渦輪增壓器壓氣機氣動損失之和，用WI表示，可通過公式6計算得到
WI＝WI1+WI2+WId+WI4(6)
第②步獲得渦輪增壓器渦輪中的氣動損失，主要包括以下部分
a.噴嘴環(huán)中的能量損失，用ΔW1表示，通過公式7計算得到；
其中
表示噴嘴環(huán)速度系數(shù)；
b.葉輪內(nèi)的損失，用ΔWi表示，通過公式8計算得到；
其中ψ表示葉輪中速度系數(shù)，ω2為葉輪出口相對速度；
c.余速損失，用ΔWout表示，通過公式9計算得到；
d.葉輪摩擦與通風(fēng)損失，用ΔWrd表示，通過公式10計算得到；
其中，β表示葉輪輪盤的形狀系數(shù)；ρ1m表示葉輪周圍的平均密度；u1為葉輪進口的輪周速度；D1表示葉輪進口直徑；WTd表示葉輪前的絕熱膨脹功；
e.漏氣損失，用ΔWle表示，通過公式11計算得到；
ΔWle＝0.005WTd；(11)
基于以上，對有噴嘴環(huán)的渦輪增壓器，渦輪損失之和，用ΔW表示
ΔW＝ΔW1+ΔWi+ΔWout+ΔWrd+ΔWle(12)
對沒有噴嘴環(huán)的渦輪增壓器，渦輪損失之和ΔW為
ΔW＝ΔWi+ΔWout+ΔWrd+ΔWle (13)
步驟五、獲得渦輪增壓器由工作轉(zhuǎn)速降低到0轉(zhuǎn)速這一階段壓氣機功耗
數(shù)據(jù)采集處理與控制系統(tǒng)使用在步驟三中獲得的數(shù)據(jù)，獲得渦輪增壓器由工作轉(zhuǎn)速降低到0轉(zhuǎn)速這一階段壓氣機功耗，采用在工作轉(zhuǎn)速下壓氣機功率的平均值，通過公式(14)計算得到
其中
表示空氣定壓比熱，
TC1*表示壓氣機進氣總溫；πC表示增壓比；κ表示空氣絕熱指數(shù)，κ＝1.4；ηC表示壓氣機效率；
步驟六、獲得渦輪增壓器的總的剩余功率
數(shù)據(jù)采集處理與控制系統(tǒng)使用在步驟三中獲得的數(shù)據(jù)，獲得渦輪增壓器總的剩余功率；具體步驟如下
①采用切斷氣源后轉(zhuǎn)速傳感器采集的數(shù)據(jù)，繪制速度——時間曲線，將該曲線擬合為雙曲型曲線y＝ax-n，漸近線為x軸和y軸，曲線在第一象限；依據(jù)轉(zhuǎn)速——時間曲線求出該曲線的斜率，即增壓器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速隨時間的變化率
②獲得增壓器剩余力矩之和，用Mf表示，通過公式15計算得到；
其中，Mf為增壓器剩余力矩之和；I0為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量；ω為轉(zhuǎn)子的角速度；n為增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；t為時間；
③獲得渦輪增壓器的總的剩余功率，用Nf表示，通過公式16計算得到；
其中，Nf為渦輪增壓器總的剩余功率；
步驟七、獲得渦輪增壓器的機械損失功率
在步驟四、五、六的基礎(chǔ)上，獲得增壓器機械損失功率；其具體步驟為
①通過公式17獲得摩擦損失系數(shù)，用k1表示
其中GC為增壓器壓氣機質(zhì)量流量Ga為進氣管壓縮空氣質(zhì)量流量；Gf為燃油質(zhì)量流量；W1為渦輪增壓器壓氣機氣動損失之和；ΔW為渦輪損失之和；NC為渦輪增壓器由工作轉(zhuǎn)速降低到0轉(zhuǎn)速這一階段壓氣機功耗；Nf為渦輪增壓器總的剩余功率；
②獲得瞬態(tài)摩擦損失系數(shù)，用k2表示；
k2＝(5～6)μ (18)
其中μ——動摩擦因數(shù)；
③獲得渦輪增壓器的機械損失功率；
N＝(1-k1)k2Nf(19)
通過上述步驟，即可得到渦輪增壓器的機械損失功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種渦輪增壓器機械損失功率的測量方法，其特征在于當(dāng)其測量環(huán)境為非標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀況時，其測量結(jié)果可通過公式20轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀況下的折合機械損失，用Ncnp表示
標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀況為大氣溫度為298K(25℃)；壓力為100KPa(760mmHg)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種渦輪增壓器機械損失功率測量裝置及方法。本發(fā)明的的基本原理在一定轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)的渦輪增壓器，當(dāng)切斷外氣源供應(yīng)，即停止外部能量輸入時，渦輪增壓器經(jīng)歷一個從初始轉(zhuǎn)速到轉(zhuǎn)速為零的自由減速過程中，在這個過程中，通過測量克服徑向浮動軸承、軸向止推軸承(球軸承增壓器無止推軸承)、密封環(huán)摩擦副的摩擦阻力損失以及壓氣機繼續(xù)壓縮空氣造成的氣動損失和渦輪氣動損失，并用測量得到的摩擦阻力損失減去后兩部分測得的氣動損失，獲得渦輪增壓器的真實機械損失功率。本發(fā)明提出的渦輪增壓器機械損失功率的測量裝置及方法，測量更準(zhǔn)確、方便。
文檔編號G01L5/00GK101726378SQ20091023727
公開日2010年6月9日 申請日期2009年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月12日
發(fā)明者黃若, 王紹卿, 魏名山 申請人:北京理工大學(xué)