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汽車發(fā)動機廢氣渦輪增壓系統(tǒng)噪聲問題的工程分析控制技術(shù)
11 葉尖間隙氣動噪聲
由于車用渦輪增壓器長期運行的安全可靠性、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，在壓氣機或渦輪機的設(shè)計裝配過程中，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，就會留有更大的間隙裕度，才能涵蓋各個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端和渦輪端，是增壓器設(shè)計與制造過程中較難控制的重要尺寸參數(shù)，因為不僅涉及增轉(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態(tài)變形相關(guān)，每個環(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受到葉片壓力面與吸力面之間壓差的影響，導致蝸殼內(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”等復雜的氣流形態(tài)，從而產(chǎn)生類似“駝峰”頻譜特征的氣動噪聲問題，如圖4所示。
圖4 徑流式轉(zhuǎn)子葉片的葉頂間隙復雜流場示意圖
工程上，常用的葉尖間隙噪聲改進措施包括盡量地減小葉頂間隙、采用不同氣動構(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)計的導流罩方案等。
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