СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ТУРБОКОМПРЕССОРА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области общего и энергетического машиностроения, в частности при испытании лопаточных машин, турбокомпрессоров, и может найти широкое применение при испытании турбокомпрессоров для наддува двигателей внутреннего сгорания.
Известен также стенд для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания, содержащий входную и выходную магистрали, регулируемый источник газового потока и устройство для создания пульсаций газового потока, регулируемый дроссель с механизмом управления и отводной патрубок, а регулируемый источник газового потока выполнен в виде технологического компрессора с регулируемым приводом, причем регулируемый дроссель размещен в выходной магистрали на выходе из технологического компрессора, а заслонка размещена в отводном патрубке, который связан с выходной магистралью между регулируемым дросселем и турбиной испытуемого турбокомпрессора, а также в качестве регулируемого привода используется двигатель внутреннего сгорания, он снабжен струйным смесителем, установленным между регулируемым дросселем и отводным патрубком, причем активный канал смесителя соединен с выходом технологического компрессора, а пассивный канал - с выпускным коллектором двигателя внутреннего сгорания, (авторское свидетельство СССР №1511620 по кл. G01M 15/00, опубл. 30.09.89, автор Д.Я. Носырев и другие, «Стенд для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания».
Недостатком данного изобретения является низкая достоверность испытания турбокомпрессора из-за ограниченных возможности контроля параметров испытуемого турбокомпрессора, а также значительные не производительные потери топлива.
Известен стенд для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания, содержащий входную и выходную магистрали, регулируемый источник газового потока с регулируемым приводом, выполненным в виде технологического компрессора, испытуемый турбокомпрессор, регулируемый дроссель, систему смазки и охлаждения турбокомпрессора, в качестве регулируемого привода используется двигатель внутреннего сгорания со смесителем, в качестве технологического компрессора используется приводной центробежный нагнетатель с редуктором и дополнительно введены входные магистрали для двигателя и приводного центробежного нагнетателя, расходомеры, которые установлены на этих входных магистралях, установочная плита, промежуточная опора, которая установлена на установочной плите и жестко закреплена к ней, карданный вал, коробка передач, которая установлена на раме двигателя внутреннего сгорания и соединена через карданный вал с промежуточной опорой, которая в свою очередь соединена с приводным центробежным нагнетателем, камера сгорания, которая установлена на входе в турбину испытуемого турбокомпрессора, а регулируемый дроссель установлен на выходе из компрессора испытуемого турбокомпрессора, причем система смазки состоит из масляного насоса с электродвигателем, фильтра очистки масла, подводящих и отводящих магистралей турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя, масляного бака с электрическими нагревателями, который соединен с фильтром через масляный насос с электродвигателем, а фильтр соединен с приводным центробежным нагнетателем через первую подводящую масляную магистраль, вторая подводящая масляная магистраль соединена с турбокомпрессором и масляным фильтром, первая отводящая магистраль соединена с приводным центробежным нагнетателем и масляным баком, вторая отводящая магистраль соединена с турбокомпрессором и масляным баком, система охлаждения состоит из водяного бака, водяного насоса с электродвигателем, теплообменника-охладителя и подводящей и отводящей магистралей охлаждения турбокомпрессора, водяной бак с водяным насосом через подводящую магистраль соединен с турбокомпрессором, а отводящая магистраль, на которой установлен теплообменник-охладитель, соединена с турбокомпрессором и водяным баком (патент РФ №2436060, МПК G01M 15/00, опубл. 10.12.2011, авторы Д.Я. Носырев и другие, «Стенд для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания».
Данное техническое решение выбрано автором в качестве прототипа.
Техническим результатом является расширение функциональных возможностей стенда, за счет проведения испытаний на различных режимах приводного центробежного нагнетателя и турбокомпрессора.
Технический результат достигается тем, что в стенд дополнительно введены, система измерения и управления, система подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания, которая выполнена из камеры сгорания, топливного бака, топливного насоса с приводом, фильтра очистки топлива, отводящих магистралей; теплообменник - рекуператор, который выполнен двухкамерным, первая камера соединена до смесителя с выходной магистралью компрессора, вторая камера соединена с выходной магистрали турбины, внутренние объемы камер соединены термосифонам, три датчика перепада давления, четырнадцать пар датчиков температуры и давления, причем первая пара датчиков температуры и давления установлена входе в компрессор, вторая - пара на промежуточной магистрали, третья пара - на выходе из испытуемого турбокомпрессора, четвертая - пара на входе в теплообменник-рекуператор, пятая и шестая пара - на выходной магистрали компрессора, седьмая пара - на магистрали соединяющая камеру сгорания с входом в турбину, восьмая пара - на магистрали перед камерой сгорания, девятая пара - на магистрали соединяющей выпускной коллектор двигателя внутреннего сгорания со смесителем, десятая, одиннадцатая и двенадцатая пара - на входной магистрали соединяющая приводной центробежный нагнетатель, тринадцатая и четырнадцатая пара - на входной магистрали, соединяющей с приводным центробежным нагнетателем; причем первый датчик перепада давления установлен - на входной магистрали центробежного нагнетателя, второй - на магистрали к двигателю внутреннего сгорания, третий - на выходной магистрали центробежного нагнетателя, а система измерения и управления, выполнена из последовательно соединенных измерительного модуля, модуля усилителей-формирователей, модулей аналогово-цифровых преобразователей, многофункционального модуля связи с персональной электронной вычислительной машиной, модуля ПВЭМ, модуля управления стендом, все датчики давления, температуры, перепада давления соединены с измерительным модулем системы измерения и управления.
Дополнительное введение теплообменник-рекуператор позволяет использовать отходящее тепло отработавших газов на подогрев воздуха и ускорения испытания. Установленные датчики перепада давления, температуры, давления, система измерения и управления позволяют расширить функциональные возможности и оптимизировать испытания турбокомпрессора.
На фиг. 1 схема стенда для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания.
На фиг. 2 изображен теплообменник-рекуператор.
На фиг. 3 представлена система измерения и управления.
Стенд для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания состоит из: приводного центробежного нагнетателя 1, привода малоразмерного двигателя 2, испытуемого турбокомпрессора с турбиной 3, компрессора 4, камеры сгорания 5, смесителя 6, входной магистрали 7 и магистрали с приводным центробежным нагнетателем 8, 9, выходной магистрали 10, расходомеров 11, 12, 13, промежуточной магистрали 14, магистрали 15, 16, 17, приводного центробежного нагнетателя 18, коробки передач двигателя внутреннего сгорания 19, карданного вала 20, промежуточной опоры 21, регулируемого дросселя 22, механизма управления 23, масляного бака 24, электрического нагревателя 25, масляного насоса 26, фильтра 27, соединяющих магистралей 28, 29, и отводящих магистрали 30, 31, водяного бака 32, подводящей магистрали 33, водяного насоса 34, отводящей магистрали 35, теплообменника-охладителя 36, датчиков давления - 37, 39, 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, датчиков температуры - 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64 и датчиков перепада давления - 65,66,67, топливного бака 68, топливного насоса 69, фильтра отчистки топлива 70, подводящих 71 и отводящих магистралей 72, теплообменника-рекуператора 73, первая его камеры - 74 и вторая его камера - 75, термосифоны 76, система измерения и управления 77, измерительный модуль 78, модуль усилителей-формирователей 79, аналого-цифровой преобразователь 80, многофункциональный модуль связи с персональной электронной вычислительной машиной 81, модуля ПВЭМ 82, модуля управления стендом 83.
Стенд работает следующим образом.
Запускают малоразмерный двигатель 2 и прогревают его. При этом воздух из атмосферы по входной магистрали 7, проходя через расходомерный участок 11, поступает в воздушный ресивер дизеля. После прогрева включают первую передачу коробки 19, причем крутящий момент с вала дизеля передается через коробку передач 19, карданный вал 20, промежуточную опору 21 и редуктор на вал приводного центробежного нагнетателя 1, установленный на установочной плите 18. При этом воздух из атмосферы по входным магистралям 8, 9 через расходомерные участки 12, 13 поступает на вход в приводной центробежный нагнетатель 1. В приводном центробежном нагнетателе 1 воздух сжимается, в результате чего давление и температура воздуха на выходе из компрессора увеличивается. Воздух с повышенным давлением и температурой по переходной магистрали 14 поступает на вход в компрессор 4 испытуемого турбокомпрессора, в результате давление и температура воздуха повышается. Из компрессора воздух по магистрали 15 поступает в смеситель 6, при этом с помощью механизма управления 23 регулируемый дроссель 22 прикрывается до получения заданных оборотов турбокомпрессора. В смесителе воздух перемешивается с отработавшими газами, поступившими из выхлопного коллектора дизеля 2, по вспомогательной магистрали 16. Из смесителя рабочая смесь поступает в камеру сгорания 5, где сжигается и доводится до температуры, которая соответствует реальным условиям работы испытуемого турбокомпрессора. Рабочие газы из камеры сгорания 5 по магистрали 17 поступает на турбину 3 испытуемого турбокомпрессора, где совершают работу на лопатках турбины 3 и часть через магистраль 10 выбрасываются в атмосферу, а другая часть отработавших газов поступает в теплообменник - рекуператор 73, через первую камеру 75 проходит к термосифонам 76 охлаждаются, а далее через вторую камеру 74, поступают к смесителю 6. Масло для смазки приводного центробежного нагнетателя из масляного бака 24 нагнетается насосом 26 в подводящую магистраль 29 и поступает к узлам приводного центробежного нагнетателя, при этом очищается в фильтре 27 и по отводящей магистрали 30 стекает обратно в бак 24. Масло для смазки турбокомпрессора поступает из масляного бака 24 по подводящей магистрали 28, а по отводящей магистрали 31 отводится обратно в бак. В баке масло подогревается до нужной температуры с помощью электрических нагревателей 25. Вода для охлаждения испытуемого турбокомпрессора нагнетается из водяного бака 32 насосом 34 в подводящую магистраль 33 и поступает в водяную систему турбокомпрессора и по отводящей магистрали 35 стекает обратно в бак. Для охлаждения воды на отводящей магистрали 35 установлен теплообменник охладитель 36. С помощью системы управления стендом 77, устанавливаем необходимый режим работы приводного центробежного нагнетателя 1 путем формирования управляющего воздействия на дизель 2, изменяя подачу топлива в цилиндры двигателя внутреннего сгорания, и коробку передач 19, выбирая необходимую позицию, а также устанавливаем необходимые режимы работы турбокомпрессора путем изменения температуры газов перед турбиной, регулируя подачу топлива в камеру сгорания 5. Расход воздуха стендом контролируется датчиками, установленными на расходомерных участках стенда. Топливо для подачи в камеру сгорания 5, и к двигателю внутреннего сгорания, поступает из топливного бака 68, нагнетается насосом 69, при этом очищается в фильтре 70, и через подводящую магистраль 71 поступает к двигателю внутреннего сгорания, а через подводящую магистраль 72 в камеру сгорания. Все датчики давления и температуры 37, 38, установлены на входе в компрессор, 39, 40 на промежуточной магистрали, 41, 42 на выходе из испытуемого турбокомпрессора, 43, 44 на входе в теплообменник-рекуператор, 73, 45, 46, 47, 48 на выходной магистрали компрессора, 49, 50 на магистрали соединяющая камеру сгорания с входом в турбину, 51, 52 на магистрали перед камерой сгорания, 53, 54 на магистрали соединяющая выпускной коллектор малоразмерным двигателя внутреннего сгорания со смесителем, 55, 56, 57, 58 на входной магистрали соединяющей приводной центробежный нагнетатель, 59, 60, 61, 62, 63, 64 на входной магистрали связанной с приводным центробежным нагнетателем, а также датчики перепада давления 65, 66, 67, контролируемые при исследовании компрессора параметры измеряются и соединены с модулем 78, собранная информация поступает в модуль усилителей-формирователей 79, аналого-цифровых преобразователей 80, многофункционального модуля связи с персональной электронной вычислительной машиной 81, обрабатывается и регистрируется в модуле ПВЭМ 82, а далее к модулю управлением стендом 83.
Предлагаемый стенд для испытания турбокомпрессоров двигателя внутреннего сгорания оптимизирует функциональные возможности за счет проведения испытания на различных режимах приводного центробежного нагнетателя, повышает КПД стенда в 1,5-2 раза, снижает расход топлива на испытание в 1,5-2 раза.