СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ТУРБОКОМПРЕССОРА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к испытаниям лопаточных машин, в частности, турбокомпрессоров для наддува двигателей внутреннего сгорания, и может найти широкое применение при испытании турбин и компрессоров в общем и энергетическом машиностроении.
Известен стенд для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания, содержащий входную и выходную магистрали, соединенные с испытуемым компрессором, регулируемый источник газового потока, выполненный в виде технологического компрессора с регулируемым приводом, рекуперативный теплообменник, устройства измерения и управления, стенд оборудован регулируемым нагревателем, вторым рекуперативным теплообменником, теплообменником-охладителем и регулируемым интерцептором, причем входная магистраль стенда сообщена своим входом с атмосферой и соединена посредством вторых контуров второго и первого рекуперативных теплообменников и регулируемого нагревателя с входом турбины испытуемого турбокомпрессора, выходная магистраль сообщена своим выходом с атмосферой и соединена посредством первого контура второго рекуперативного теплообменника и технологического компрессора с выходом компрессора испытуемого турбокомпрессора, стенд содержит байпасную магистраль с установленной в ней второй управляемой задвижкой (патент РФ №2199727, МПК: G01M 15/00, опуб. 27.02.2003, БИ № 6, «Стенд для испытания турбокомпрессора дизеля внутреннего сгорания» авторов Носырева Д.Я. и др.).
Недостатком данного стенда является низкая достоверность результатов испытания турбокомпрессора, а также невозможность определения тепло-энергетических параметров компрессоров и турбин испытуемого турбокомпрессора.
Известен стенд для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания, содержащий входную и выходную магистрали, соединенные с испытуемым турбокомпрессором, регулируемый источник газового потока, выполненный в виде первого технологического компрессора с регулируемым приводом, рекуперативные теплообменники, устройства измерения и управления, а также регулируемый нагреватель, первый теплообменник-охладитель и регулируемый интерцептор, второй технологический компрессор с регулируемым приводом, две регулируемые задвижки, которые установлены на магистралях, соединяющих второй технологический компрессор с входом в турбину и входом в компрессор испытуемого турбокомпрессора, а также датчики давления, температуры и расхода воздуха, которые установлены на входах турбины и компрессора испытуемого турбокомпрессора и датчики давления и температуры, которые установлены на выходах турбины и компрессора испытуемого турбокомпрессора (патент РФ №73076, МПК: G01M 15/00, опуб. 10.05.2008, БИ № 8, «Стенд для испытания турбокомпрессора дизеля внутреннего сгорания» авторов Носырева Д.Я., Свечников А.А).
Недостатками этой полезной модели является низкая достоверность результатов испытания турбокомпрессора и невозможность определения тепло-энергетических параметров турбины и компрессора испытуемого турбокомпрессора.
Данное техническое решение выбрано автором в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение достоверности результатов испытания турбокомпрессоров, за счет определения теплоэнергетических характеристик компрессора и турбины испытуемого турбокомпрессора и оценки их технического состояния.
Технический результат достигается тем, что в стенд для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания, содержащий входную и выходную магистрали, соединенные с испытуемым турбокомпрессором, регулируемый источник газового потока, выполненный в виде первого технологического компрессора с регулируемым приводом, рекуперативные теплообменники, устройства измерения и управления, а также регулируемый нагреватель, первый теплообменник-охладитель и регулируемый интерцептор, второй технологический компрессор с регулируемым приводом, две регулируемые задвижки, которые установлены на магистралях, соединяющих второй технологический компрессор с входом в турбину и входом в компрессор испытуемого турбокомпрессора, а также датчики давления, температуры и расхода воздуха, которые установлены на входах турбины и компрессора испытуемого турбокомпрессора и датчики давления и температуры, которые установлены на выходах турбины и компрессора испытуемого турбокомпрессора, дополнительно введены три датчика частоты вращения, четыре датчика давления, четыре датчика температуры, два датчика расхода воздуха и второй теплообменник-охладитель, причем три датчика частоты вращения установлены на первом, втором технологических компрессорах и испытуемом турбокомпрессоре, по одному датчику температуры, давления и расхода воздуха, установлены на входных магистралях стенда перед первым и вторым технологических компрессорах, по одному датчику температуры и давления, установлены на выходе первого технологического компрессора, по одному датчику температуры и давления - на выходе второго технологического компрессора, а второй теплообменник-охладитель установлен перед интерцептором на входе в компрессор испытуемого турбокомпрессора.
Наличие датчиков температуры, давления, расхода воздуха во входных магистралях стенда, датчиков давления и температуры на выходах первого и второго технологических компрессоров, а также датчиков частоты вращения позволяет проводить испытания турбокомпрессора в условиях, наиболее приближенных к эксплуатационным, за счет контроля дополнительных параметров работы стенда. В результате стенд позволит повысить достоверность результатов испытания турбокомпрессора и наиболее точно определить техническое состояние турбокомпрессора. Теплообменник-охладитель повышает энергетическую эффективность стенда.
На фиг. изображена схема стенда для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания.
Стенд содержит технологический компрессор 1 с регулируемым приводом 2, второй технологический компрессор 3 с регулируемым приводом 4, испытуемый турбокомпрессор с компрессором 5 и турбиной 6, первый рекуперативный теплообменник 7, второй рекуперативный теплообменник 8, регулируемый нагреватель 9, теплообменник-охладитель 10, второй дополнительный теплообменник-охладитель 11, регулируемый интерцептор 12, входные 13, 14 и выходную 15 магистрали стенда. Входная магистраль стенда, сообщена своим входом с атмосферой и посредством технологического компрессора и дополнительной магистрали 16 с входом в турбину, а с помощью магистрали 17 с входом в компрессор. На входе в компрессор испытуемого турбокомпрессора установлен регулируемый интерцептор, а выход турбины испытуемого турбокомпрессора сообщен соединительной магистралью 18 с установленной в ней первой управляемой задвижкой 19. Параллельно первому контуру первого рекуперационного теплообменника и теплообменнику-охладителю выполнена байпасная магистраль 20 с установленной в ней второй управляемой задвижкой 21. На магистралях установлены регулируемые задвижки 22 и 23 обеспечивающие циклическую подачу сжатого воздуха на вход в турбину, либо на вход в компрессор. Первый и второй технологические компрессоры дополнительно оборудованы датчиками частоты вращения 24, 25, а так же установлен датчик частоты вращения 26 на испытуемом турбокомпрессоре с компрессором.
Стенд работает следующим образом.
При запуске стенда включают регулируемый привод 2 на малую частоту вращения и приводят во вращение технологический компрессор 1.
При этом воздух из атмосферы по входной магистрали 13, через вторые контуры второго 8 и первого 7 рекуперативных теплообменников, регулируемый нагреватель 9, турбину 6 испытуемого турбокомпрессора, соединительную магистраль 18, открытую первую управляемую задвижку 19 (управляемые задвижки 15, 22, 23 при этом закрыты), первый контур первого рекуперативного теплообменника 7, теплообменник-охладитель 10, регулируемый интерцептор 12 и компрессор 5 испытуемого турбокомпрессора поступает на вход технологического компрессора 1, и далее в атмосферу через первый контур второго рекуперативного теплообменника 8 и выпускную магистраль 15.
При дальнейшей работе стенда открывают управляемую задвижку 22, установленную на добавочной магистрали 16, включают регулируемый привод 4 и приводят во вращение второй технологический компрессор 3. При этом воздух из атмосферы по входной магистрали 14 поступает в технологический компрессор 3, далее подаются на турбину 6 испытуемого турбокомпрессора. После турбины 6 воздух проходит через соединительную магистраль 18, компрессор 5 испытуемого турбокомпрессора, первый технологический компрессор 1 и через выходную магистраль 15 отводиться в атмосферу.
Управляя работой второго технологического компрессора 3 и регулируемой задвижкой 22 обеспечивают следующие условия: расход сжатого воздуха на входе в турбину 6 испытуемого турбокомпрессора изменяют по циклическому закону, с помощью датчиков давления, температуры и расхода воздуха, установленными на входах и выходах турбины и компрессора, измеряют расходы воздуха на входе в турбину, на входе в компрессор, давления на входе и выходе турбины и на входе и выходе компрессора, а также частоту вращения ротора турбокомпрессора, затем определяют время запаздывания максимального давления компрессора и частоты вращения турбокомпрессора относительно максимального давления на входе в турбину, и по времени запаздывания судят о состоянии турбокомпрессора.
При подачи сжатого воздуха на компрессор 5 испытуемого турбокомпрессора стенд работает в следующей последовательности: воздух из атмосферы через входную магистраль 14, второй технологический компрессор 3, дополнительную магистраль 17 с открытой заслонкой 23 (регулируемые задвижки 21, 22 закрыты) поступает на вход в компрессор 5 испытуемого турбокомпрессора, далее в первый технологический компрессор 1 и через выходную магистраль 15 отводиться в атмосферу.
При работе стенда без подогрева воздуха в регулируемом нагревателе 9, закрывают первую управляемую задвижку 19 в соединительной магистрали 18 и открывают вторую управляемую задвижку 21 в байпасной магистрали 20. Включают регулируемый привод 2, технологического компрессора 1. При этом воздух из атмосферы через входную магистраль 13 поступает во второй контур второго рекуперативного теплообменника 8, где подогревается, проходит через второй контур первого рекуперативного теплообменника 7, регулируемый нагреватель 9 без дополнительного нагрева и поступает на вход в турбину 6 испытуемого турбокомпрессора. В турбине 6 воздух расширяется, совершает работу и приводит во вращение ротор турбокомпрессора. После выхода из турбины 6 воздух по байпасной магистрали 16 с открытой второй управляемой задвижкой 21 и теплообменник-охладитель 11, через регулируемый интерцептор 12 поступает на вход компрессора 5 испытуемого турбокомпрессора, где сжимается и поступает в технологический компрессор 1. После сжатия в технологическом компрессоре 1 отработавший воздух во втором рекуперативном теплообменнике 8 отдает тепло воздуху, поступающему на вход турбины 6, и отводится через выходную магистраль 15 в атмосферу. Установленные на первом 2 и втором 4 технологических компрессорах датчики частоты вращения 24 и 25 соответственно позволяют определять технические параметры работы компрессоров, регулировать частоту вращения, а датчик частоты вращения 26 установленный на испытуемом турбокомпрессоре позволяет судить о работе турбокомпрессора. Контроль дополнительных параметров с помощью датчиков температуры, давления, расхода воздуха во входных магистралях стенда, датчиков давления и температуры на выходах первого и второго технологических компрессоров, позволяет настроить работу стенда таким образом, чтобы проводить испытания турбокомпрессора в условиях, наиболее приближенных к эксплуатационным.
Предлагаемый стенд позволяет уменьшить число неплановых ремонтов турбокомпрессоров на 15-20%, а также повысить эффективность работы турбокомпрессора на 5-10%, расширив запас устойчивости работы по помпажу в эксплуатации.