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汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)噪聲問題的工程分析控制技術(shù)
11 葉尖間隙氣動(dòng)噪聲
由于車用渦輪增壓器長(zhǎng)期運(yùn)行的安全可靠性、零部件裝
配的互換性要求、轉(zhuǎn)子軸系統(tǒng)高速旋轉(zhuǎn)與安裝對(duì)中性差等因素，防止轉(zhuǎn)子葉片與殼體內(nèi)壁發(fā)生碰撞摩擦問題，在壓氣機(jī)或渦輪機(jī)的設(shè)計(jì)裝配過程中，增壓器殼體與轉(zhuǎn)子之間都需要留有一定的葉尖間隙或葉頂間隙。如果渦輪增壓器供應(yīng)商的研發(fā)制造質(zhì)量控制水平較低，在葉片頂部與殼體內(nèi)壁的過渡圓弧之間，就會(huì)留有更大的間隙裕度，才能涵蓋各個(gè)零部件單體的尺寸偏差，以及裝配過程的徑向公差和軸向公差。渦輪增壓器的葉頂間隙包括壓氣機(jī)端和渦輪端，是增壓器設(shè)計(jì)與制造過程中較難控制的重要尺寸參數(shù)，因?yàn)椴粌H涉及增轉(zhuǎn)子軸、渦殼、葉輪、渦輪和中間軸承體等零部件的制造裝配一致性水平，還與不同轉(zhuǎn)速工況下高溫和高沖擊載荷引起的零部件動(dòng)態(tài)變形相關(guān)，每個(gè)環(huán)節(jié)都可能引起葉頂間隙的變化。
葉尖間隙噪聲（Tip Clearance Noise，TCN）主要是由于旋轉(zhuǎn)葉片葉尖邊緣部位的氣流流動(dòng)受到葉片壓力面與吸力面之間壓差的影響，導(dǎo)致蝸殼內(nèi)壁面與葉尖之間狹小空間出現(xiàn)非定常的不穩(wěn)定渦流或者紊流，包括葉頂間隙泄漏流和葉片間“二次回流”等復(fù)雜的氣流形態(tài)，從而產(chǎn)生類似“駝峰”頻譜特征的氣動(dòng)噪聲問題，如圖4所示。
圖4 徑流式轉(zhuǎn)子葉片的葉頂間隙復(fù)雜流場(chǎng)示意圖
工程上，常用的葉尖間隙噪聲改進(jìn)措施包括盡量地減小葉頂間隙、采用不同氣動(dòng)構(gòu)型的葉尖邊緣、優(yōu)化氣流入口/出口端部位的殼體內(nèi)壁形狀，或者采用特殊設(shè)計(jì)的導(dǎo)流罩方案等。
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