１６２ 机械设计与制造 Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ 第８期 ２０１２年８月
文章编号：１００１—３９９７（２０１２）０８—０１６２—０２ 涡轮增压器起停过程转子轴向力测试研究 木
洪汉池 黄红武 胡辽平 （ 厦门大学物理与机电工程学院，厦门３６１００５）（ 厦门理工学院机械工程系，厦门３６１０２４） （。湖南天雁机械有限责任公司，衡阳４２１００５） Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ Ｒｏｔｏｒ ＡｘｉａＩ Ｔｈｒｕｓｔ Ｔｅｓｔ ｉｎ Ｓｔａｒｔ ａｎｄ Ｓｔｏｐ Ｐｒｏｃｅｓｓ ＨＯＮＧ Ｈａｎ—ｅｈｉ 一，ＨＵＡＮＧ Ｈｏｎｇ－ｗｕ ，－，ＨＵ Ｌｉａｏ—ｐｉｎｇ （１Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉａｍｅｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｍｅｎ ３６ １ ００５，Ｃｈｉｎａ） （２Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｘｉａｍｅｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉａｍｅｎ ３６１０２４，Ｃｈｉｎａ） （ Ｈｕａｎ Ｔｙｅｎ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｈｅｎｇｙａｎｇ ４２１００５，Ｃｈｉｎａ）
【摘要】涡轮增压器起动和停机过程转子所受的轴向力大小对于增压器的设计是至关重要的。以 ＪＰ６０Ｃ型涡轮增压器为研究对象，利用有限元方法计算增压器止推轴承的应变场，确定了转子轴向力的 测量方案。并在增压器性能试验台上对增压器转子轴向力进行实验测量。实验结果表明，增压器起动和 停机时，止推轴承所承受的轴向力远大于稳定工作时所承受的轴向力；且起动和停机工况下，转子所受 的轴向力方向相反。试验结果将为增压器止推轴承的合理设计提供理论依据。 关键词：涡轮增压器；止推轴承；轴向力；实验测量 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】０ ｏｆｔｈｅ ｍｏｓｔ ｃｈａｌｌｅｎｇｉｎｇａｓｐｅｃｔｓ ｉｎ ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ｔｈｅ ａｘｉａｌ ｔｈｒｕｓｔ ａｃｔｉｎｇｏｎ ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ ｉｎ ｓｔａｒｔ－ｓｔｏｐ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．ＪＰ６０Ｃ ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ Ｗａｓ ｔａｋｅｎ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ ｆｏｒ ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ．Ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｒａｉｎ ｉｎ ａｘｉａｌ ｔｈｒｕｓｔ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｕｓｉｎｇｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆａｘｉａｌ ｔｈｒｕｓｔ ｉｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ａｘｉａｌ ｔｈｒｕｓｔ Ｗａｓ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｏｎ ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ ｔｅｓｔ ｒｉｇ． Ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ａｘｉａｌ ｔｒｕｓｔ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔａｒｔ－ｓｔｏｐ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｉｓ ｍｕｃｈ ｂｉｇｇｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｕｎｄｅｒ ｓｔａｂｌｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆａｘｉａｌ ｔｈｒｕｓｔ ｂｅａｒｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ ｉｎ ｓｔａｒｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｉｓ ｏｐｐｏｓｉｔｅ ｔｏ ｓｔｏｐ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｏｕｌｄ ｐｒ￣ｉｄｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｒｕｓｔ ｂｅａｒｉｎｇ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：Ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ；Ｔｒｕｓｔ Ｂｅａｒｉｎｇ；Ａｘｉａｌ Ｔｈｒｕｓｔ；Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ 中图分类号：ＴＨｌ６；ＴＫ４１３．５＋２文献标识码：Ａ １引言 汽车工业的蓬勃发展造成的能源紧张、环境污染等问题日 益严重。涡轮增压器因其能有效地提高发动机的动力性、经济性 和减少废气排放而越来越多被应用到汽车发动机上。绝大多数车 用涡轮增压器上采用止推轴承来承受增压器转子轴的轴向力。而 止推轴承摩擦功率损失占总机械摩擦功率损失的（３０～５０）％，同 时，止推轴承失效也是涡轮增压器的主要失效形式之一。因此，止 推轴承的结构设计是车用涡轮增压器设计中的重要一环『１１。准确 的获得止推轴承所承受的轴向力大小对于止推轴承的合理设计 是至关重要的。由于叶轮两侧气体压力变化频繁，车用涡轮增压 器经常在变工况条件下工作，止推轴承承受动载荷。由于，车用涡 轮增压器几何尺寸小，转速高，工作温度较高，其轴向空间被机械 密封占据，使得转子轴向力的测量比较困难 。目前，涡轮增压 器转子轴向力的计算通常是在某一确定的工况下进行的，无法全 面的反映增压器工作的真实情况。研究以某涡轮增压器为研究对 象，采用应变片在起动、停机过程工况下测量转子轴向力。 ２应变测试系统 应变测试系统各仪器的连接框图，如图１所示。 ★来稿日期：２０１１－１０—３０ 晌 匡
涡轮增压乘用车循环油耗瞬态仿真与评估
高 懿倪计民 （同济大学，上海２０１８０４）
袁益禧 （艾尔维汽车技术有限公司，上海２０１８０５）
【摘要】 基于ＧＴ．Ｓｕｉｔ软件，分别利用传统的简化模型以及经过动态修正的模型对某一搭载涡轮增压汽 油机的紧凑型轿车进行整车循环油耗计算，并对计算时间和计算精度进行了比较，发现其计算精度并无明显差 别。
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＧＴ－Ｓｕｉｔ，ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｃｙｃｌｅ ｆｕｅｌ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｃｏｍｐａｃｔ ｖｅｈｉｃｌｅ ｗｉｔｈ ａ
ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｄ ＳＩ ｅｎｇｉｎｅ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ａ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ ｍｏｄｅ１． Ａｎｄ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｃｙ ｉｓ ｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｃｃｕｒａｃｙ ｉｓ ｓｉｍｉ－ ｌａｒ．
【关键词】 车用汽油机涡轮增压瞬态仿真油耗计算
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－４５５４．２０１３．１１．０６
０ 引言
汽车工业日趋激烈的竞争要求产品开发的时
间尽可能短，其中所面临的最大考验是整车的动 力总成仿真。一方面由于参数众多，并且参数的
测量和处理非常复杂，另一方面由于计算时间很
长，因此需要采用简化建模和合适的方法。一种 经典的简化方式是将发动机以稳态特性场的形式
与整车动力总成模型耦合，将发动机的瞬态过程 由两个稳态工况点之间的插值来计算得到，从而
忽略了实际运行过程中产生的动态效应，因而与
实际值有一定的偏差。 据统计，汽车在市内运行过程中，动态工况
占５０％～９０％。在动态工况中发动机性能与稳
态性能存在较大的差异。对使用增压发动机的
汽车，这种差异尤为明显。对增压发动机的动态
第２５卷第１期 ２０１２年３月 《燃气轮机技术》 ＧＡＳ ＴＵＲＢＩＮＥ ＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹ ＶｏＬ ２５ Ｎｏ．１ Ｍａｒ．，２０１２
基于ＧＳＥ仿真平台涡轮增压机组稳态研究
房桐毅，冯永明，赵冬来，王银燕
（哈尔滨工程大学动力与能源工程学院，哈尔滨 １５０００１）
摘要：根据涡轮增压机组与增压锅炉配合工作的基本原理，基于ＧＳＥ平台建立了涡轮增压机组的仿真模 型，并将仿真结果与测试数据进行对比分析，证明了建立模型的正确性和有效性。在此条件下，进一步研究 分析了船舱主锅炉装置布置引起的进排气管长度变化对机组功率平衡特性的影响。本文的研究对建立和掌 握涡轮增压机组的匹配设计方法及其匹配试验研究具有参考价值。
关键词：涡轮增压机组；ＧＳＥ；进排气管阻力；功率平衡
中图分类号：ＴＫ４７４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—２８８９（２０１２）０１—００３３—０５
增压锅炉的出现，使得同时增加锅炉炉膛容积
热负荷和对流受热面吸热率的问题得以解决，带有 涡轮增压的蒸汽锅炉是船用蒸汽动力装置领域最大
的成就，所以增压锅炉是船用蒸汽动力装置主锅炉 的主要技术发展方向…。涡轮增压机组是增压锅
炉的关键设备，涡轮增压机组是区别增压锅炉与普
通锅炉最根本的标志，加强对涡轮增压机组的研究
十分重要。 法国、美国、俄罗斯都先后将增压锅炉装备到其
水面大型舰船。我国对增压锅炉的研究起步较晚，
从发表的文献可以了解到，近年来的研究主要针对 增压机组与增压锅炉配合工作特性的热力平衡数学 模型和匹配计算方法 Ｊ、船用增压锅炉关键设备
的工作特性 及其控制装置设计以及研究增压锅
炉本体的热力计算等。
本文从增压机组与增压锅炉的配合工作原理出 发，基于ＧＳＥ平台流体网络建模工具ＪＴｏｐｍｅｒｅｔ，建
立了适用于研究增压机组与增压锅炉配合工作特性
的系统模型。通过与实验结果进行对比，验证了本 文模型的正确性和有效性。在此基础上，模拟了船
第２８卷第８期 ２００７年８月 哈尔滨工程大学学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ＶｏＩ｜２８№．８ Ａｕｇ．２００７
船用增压锅炉的增压机组和热平衡计算
（哈尔滨工程大学动力与能源工程学院，黑龙江哈尔滨１５０００１） 摘 要：为确定船用增压锅炉在不同负荷下涡轮增压机组和锅炉装置热平衡的计算方法，根据涡轮机功率和压气机 功率的匹配情况，对涡轮机功率有剩余、无剩余及不足３个工况下的功率、各项损失、热平衡方程、支配热量等的计 算方法进行了推导分析，给出了具体的计算方法．以某型船用增压锅炉为研究对象，对某些负荷进行了计算，结果证 明该汁算方法能够很好地满足增压锅炉计算的要求，为继续研究不同负荷下船用增压锅炉热力计算方法奠定了良 好的基础． 关键词：增压锅炉；不同负荷；涡轮增压机组；热平衡 中图分类号：ＴＫ２１２ 文献标识码：Ａ文章编号：１００６—７０４３（２００７）０８—０８６７－０４
Ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｈｅａｔ ｂａｌａｎｃｅ ｆｏｒ ａ ｔｕｒｂｏ ｃｈａｒｇｅｄ ｕｎｉｔ ｏｆ ａ ｍａｒｉｎｅ ｓｕｐｅｒｃｈａｒｇｅｄ ｂｏｉｌｅｒ
Ｉ Ｉ Ｙａｎ—ｊｕｎ，ＺＨＡ（）Ｊｉａ－ｍｉｎｇ，匹 （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ １ ５０００ １，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｈｅａｔ ｂａｌａｎｃｅ ｆｏｒ ｔｕｒｂｏ ｃｈａｒｇｅｄ ｍａｒｉｎｅ ｓｕｐｅｒｃｈａｒｇｅｄ ｂｏｉｌｅｒｓ．Ｔｏ ｃｈｏｏｓｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｕｒｂｉｎｅ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｐｏｗｅｒ，ａ ｆｏｒｍｕｌａ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｆｏｒ ｂａｌａｎｃｉｎｇ ｐｏｗｅｒ，ｖａｒｉｏｕｓ ｐｏｗｅｒ ｌｏｓｓｅｓ，ｈｅａｔ ｂａｌａｎｃｅ，ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ ｈｅａｔ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ ｎ ｔｈｅ ｃａｓｅｓ ｏｆ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｐｏｗｅｒ，ｎｏ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｐｏｗｅｒ ｏｒ ｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ ｐｏｗｅｒ．Ｕｓｉｎｇ ｏｎｅ ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ ａ ｓｕｐｅｒｃｈａｒｇｅｄ ｂｏｉｌｅｒ，ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｐｅｒ— ｆｏｒｍｅｄ ｗｉｔｈ ｒｅｓｐｅｃｔ ｔｏ ｖａｒｉｏｕｓ ｗｏｒｋｉｎｇ ｌｏａｄｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｐｒｏｖｅ ｔｈａｔ ｔｈｅｓｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｅｍａｎｄｓ ｏｆ ｂｏｉｌｅｒ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｃｒｅａｔｉｎｇ ａ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｈｅａｔ ｂａｌａｎｃｅ ｆｏｒ ｍａｒｉｎｅ ｓｕｐｅｒ— ｃｈａｒｇｅｄ ｂｏｉｌｅｒｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｏａｄｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｕｐｅｒｃｈａｒｇｅｄ ｂｏｉｌｅｒ；ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｏａｄｓ；ｔｕｒｂｏ ｃｈａｒｇｅｄ ｕｎｉｔ；ｈｅａｔ ｂａｌａｎｃｅ 增压锅炉作为现代舰船锅炉的主发展方向ｕｊ， 其任务是保证军舰在各种工况下所需要的动力和能 源，它决定着军舰的战术性能．可见探讨不同丁况下 增压锅炉热力计算方法具有重要的意义，而涡轮增 压机组和装置热平衡的计算是区别于常压锅炉的关 键部分．涡轮增压机组主要由涡轮机和压气机组成． 只有在锅炉低负荷时，当涡轮机功率小于压气机功 率时，还需要附加汽轮机来平衡不足的功率．在锅炉 设计及运行时，热平衡的计算显得很重要，通过热平 衡对热力计算进行校核以检查锅炉的设计质量及运 行水平，并由此分析造成热损失的重大原因，做到及 收稿日期：２００６ １１一Ｏ８． 作者简介：李彦军（１ ９７２一），男，副教授，博士研究生，Ｅ ｍａｉｌ：ｌｉｙａｎｊｕｎ ＠ｈｒｂｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ． 时改进，提高效率．至今国内外有关增压锅炉计算的 全面具体的参考资料非常少，大部分都是关于工业 锅炉和电站锅炉的．为促进增压锅炉技术的发展，为 我国海军舰船的增压锅炉装置提供一定的技术储 备，该文以前苏联船用增压锅炉为研究对象，对船用 增压锅炉的增压机组和热平衡计算进行了推导分 析． 不同负荷下的计算 涡轮增压机组在不同负荷下热力计算的主要任 务是：确定涡轮机与压气机的工作、匹配情况．不同 负荷下，由于进人涡轮机的烟气参数不同以及涡轮 机和压气机效率的变化，涡轮机功率和压气机功率
