涡轮增压器轴承性能的热效应解决方案.doc

涡轮增压器浮环轴承性能的热效应 摘 要 物理模型和快速计算方案的目的是提高性能的涡轮增压器（TC）转子动力学设计。大多数商用汽车的涡轮增压器含有浮环轴承（FRBs）是由于其低成本和减少功率损耗。然而，即使达到了极限周期，使他们的连续运行，但持续的次同步动作影响这类转子/轴承系统。浮环轴承包括两个串联的流体油膜并易于在操作的扩展速度范围内出现一个或两个次同步不稳定。在这描述了一个预测浮环轴承强迫响应的流体模型。该模型包含一个集总参数的热能平衡来估算润滑油粘度和转子、轴承和浮动环的热增长。浮环轴承模型，完全集成到一个非线性转子动力学计算程序，在给定的转子速度下预测浮环的速度、轴承和环偏心率、功率损耗及内和外油膜的转子动力学力系数作为负载的函数施加在浮环轴承上。实际负载条件下，静态和动态的，在工作间隙和有效的润滑油粘度的改变是对准确估计涡轮增压器动态强迫响应最重要。出口润滑油温度、功率损耗和浮环速度的预测值与在汽车涡轮增压器试验台测量获得的值很好的吻合。被测试TC的转子动力学稳定性的特点也重要。 关键词：浮环轴承；稳定性；转子动力学；涡轮增压器 第1章 介 绍 涡轮增压器通常用于增加内燃机的输出功率和效率。传统的涡轮增压器转子通常由浮环轴承（FRBs）支撑并且在其大部分工作速度范围经常出现次同步旋转（转子动力学不稳定）尽管如此，浮环轴承达到稳定极限周期，从而成为一个非常有竞争市场的成本效益的解决方案。 浮环轴承还提供比滑动轴承或半浮环轴承低功耗和工作条件。然而，已知的转子不稳定性带来涡轮增压器（TC）振动和压力脉动，造成车辆噪声，可靠性差，性能缺乏[ 1?]。目前，可靠的预测和次同步旋转的振幅控制都接受性能需要有而不是严格满足旋转开始的。因此，传统的（线性）转子–轴承稳定性的方法令人满意。 一个适当的表征流体粘度包括剪切变稀和温度的依赖性和在工作间隙的变化由于元件是确定浮环运行转速和轴承的整体动态受力性能可靠至关重要。 每个膜的温。 该模型简单的理由是需要提供一个快速、准确计算程序准备积分完整的转子系统响应程序最重要的是，和轴承部件的温度上升引起的热膨胀减少了工作间隙。 作用在浮环件内表面和外内外表面上的阻力矩的平衡决定了该环旋转速度。该速度主要取决于润滑油有效粘度比（Ui/Uo）和工作间隙比（Co/Ci）（见方程（1））。因此，当轴速度的增加，内油膜粘度降低（较高温度）和外薄膜间隙由于热膨胀而导致减小。因此，环速率比降低。 图9描述（无量纲）环和轴，（|eR|，|e|）/（Ci+Co）静偏心随转子转速增加迅速下降。涡轮端环重其偏心比压缩机端环稍高。涡轮和压缩机端轴承，环和轴颈偏心几乎是相同的，从而同心。 第4章 与试验结果对比 图10和11描绘了在各种润滑剂供给温度和压力测量浮动环速比，Ω，以及相应的预测。用冷空气（环境）驱动涡轮增压器允许最大转速65kr/min。在一般情况下，当转子速度增加时所测量的环速比比所预测的环速比显示更急剧下降。然而，预测给出了测量值的一个合理的近似。改进预测和测量之间的相关性是可能的。较小的载荷施加到浮环轴承上导致浮环的转速在0~0.4之间的低速。例如，较小的载荷允许除去供给压力作用在轴承上的影响。但是，注意到，压缩机和涡轮机还强加侧气动载荷，当轴速度上升时幅度迅速增加，因此作用在轴承实际的静载荷是未知的。涡轮入口和压缩机的排气管（衔铁）的方向是非常重要的。目前的研究是解决影响浮环转速这一问题。测试数据和预测表明，入口压力入口润滑油温度对浮环转速的影响不大。 预测计算的入口温度吻合得很好。图13显示润滑油总功率（两轴承）。测量与预测测试速度范围相当一致，但试验数据的趋势表明，在更高的转子速度，预测将低估功耗。 图14显示在压缩机端转子的速度从10至65kr／min轴位移测量瀑布图，高频率（同步）运动发生在环转子转速，从而指内早期不稳定。45kr／min，高频次同步运动在转子–轴承系统固有频率（由线性转子动力学分析预测见文献[ 18 ]）。 图15显示预测转子–运动瀑布运行速度范围内（0–120kr／min）。在每个转子的转速，许多主轴转速运动系统方程数值积分直到达到一个稳定的极限周期。的反应力是在每个时间步长从瞬时转子的位移和速度。Holt。[ 17 ]和[ 18 ]详细非线性转子动力学分析。 预测（不稳定）的涡动频率与实验值的相关性很好。[ 18 ]提出动态轴运动的测量和预测的详细的比较，详细分析同步和次同步频率的振幅。[也确定了不同条件压力和温度非线性转子动力学响应的影响。 浮环轴承的分析浮环转速和承载力系数用于线性动力学模型预测系统的稳定性。环的转速功率损耗和轴运