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 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 «Стенд для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания»].
Недостатком данного изобретения является то, что стенд не воспроизводит различные режимы работы турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя.
Известен стенд для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания, содержащий входную и выходную магистрали, испытуемый турбокомпрессор, регулируемый дроссель, систему смазки и охлаждения турбокомпрессора, двигатель внутреннего сгорания со смесителем, приводной центробежный нагнетатель с редуктором, входные магистрали для двигателя и приводного центробежного нагнетателя, три расходомера, которые установлены на входных магистралях, установочная плита, промежуточная опора, которая установлена на установочной плите и жестко закреплена к ней, карданный вал, коробку 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, камеру 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 15/04, опубл. 10.12.2011, БИ №34, автор Носырев Д.Я. и др. «Стенд для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания»].
Недостатком данного изобретения является то, что стенд не воспроизводит различные режимы работы турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Техническим результатом является расширение функциональных возможностей стенда за счет проведения различных режимов работы приводного центробежного нагнетателя и турбокомпрессора.
Технический результат достигается тем, что в стенде для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания, содержащем входную и выходную магистрали, двигатель внутреннего сгорания со смесителем газового потока, испытуемый турбокомпрессор, приводной центробежный нагнетатель с редуктором, систему смазки и охлаждения турбокомпрессора, входные магистрали для двигателя внутреннего сгорания и приводного центробежного нагнетателя, три расходомера, которые установлены на входных магистралях, установочную плиту, промежуточную опору, которая установлена на установочной плите и жестко закреплена к ней, карданный вал, коробку 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, камеру сгорания, которая установлена на входе турбины испытуемого турбокомпрессора, а регулируемый дроссель установлен на выходе из компрессора испытуемого турбокомпрессора, причем система смазки состоит из масляного насоса с электродвигателем, фильтра очистки масла, первой и второй подводящих и первой и второй отводящих магистралей турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя, масляного бака с электрическими нагревателями, который соединен через масляный насос с электродвигателем с фильтром, который соединен с приводным центробежным нагнетателем через первую подводящую магистраль, вторая подводящая магистраль соединена с турбокомпрессором и 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 магистралями 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, согласно полезной модели дополнительно установлены автоматизированная система управления, три датчика перепада давления воздуха, пятнадцать пар датчиков давления и температуры воздуха и газа, два датчика частоты вращения, которые установлены на промежуточной опоре приводного центробежного нагнетателя и турбине турбокомпрессора, теплообменник-рекуператор, который установлен перед смесителем на магистрали и соединен с линией выхода компрессора и входа смесителя, узел подачи топлива в камеру сгорания, который состоит из топливного бака, нагнетательного насоса, фильтра, расходомера-регулятора, и соединен через подводящую магистраль со входом камеры сгорания, причем пятнадцать пар датчиков давления и температуры воздуха и газа установлены первая, вторая, третья, четвертая пары до и после расходомеров на входных магистралях приводного центробежного нагнетателя, пятая и шестая пары до и после расходомера на входной магистрали двигателя внутреннего сгорания, седьмая и восьмая пары на входе и выходе компрессора, девятая пара на выходе турбины турбокомпрессора, десятая и одиннадцатая пары на входе и выходе камеры сгорания, двенадцатая и тринадцатая пары на выходах теплообменника-рекуператора, четырнадцатая пара на выходе приводного центробежного нагнетателя, пятнадцатая пара на магистрали, соединяющей выпускной коллектор дизеля со входом смесителя, первый и второй датчики перепада давления воздуха установлены параллельно расходомерам на входных магистралях приводного центробежного нагнетателя и третий датчик перепада давления воздуха установлен параллельно расходомеру на входной магистрали двигателя внутреннего сгорания, выходы всех датчиков соединены со входом автоматизированной системы анализа и управления, которая состоит из последовательно соединенных блока измерения, блока анализа, блока принятия решения, блока регистрации и блока запоминающего устройства, причем выход блока принятия решения соединен с блоком управления, выход блока анализа со входом программатора, а выход программатора со входом блока управления.
На фиг. изображена схема стенда для испытания турбокомпрессора.
Стенд для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания содержит приводной центробежный нагнетатель 1, двигатель внутреннего сгорания 2, испытуемый турбокомпрессор с турбиной 3 и компрессором 4, камеру сгорания 5, смеситель 6, входную магистраль, связанную с дизелем 7, входную магистраль 8 и входную магистраль 9, связанные с приводным центробежным нагнетателем, выходную магистраль 10, соединяющую выход из турбины испытуемого турбокомпрессора с атмосферой, первый расходомер 11, второй расходомер 12, третий расходомер 13, установленные на входных магистралях, промежуточную магистраль 14, соединяющую выходные патрубки приводного центробежного нагнетателя со входом в компрессор испытуемого турбокомпрессора, промежуточную магистраль 15, соединяющую выход из компрессора с камерой сгорания, промежуточную магистраль 16, соединяющую выпускной коллектор дизеля со смесителем, промежуточную магистраль 17, соединяющую камеру сгорания со входом в турбину, установочную плиту 18, коробку передач 19, карданный вал 20, промежуточную опору 21, установленную в плите, регулируемый дроссель 22 с механизмом управления 23, масляный бак 24 с электрическими нагревателями 25 соединен через масляный насос 26 с электродвигателем и фильтр 27 с помощью подводящей магистрали 28 с турбокомпрессором, а с помощью подводящей магистрали 29 с приводным центробежным нагнетателем, отводящая магистраль 30 соединяет приводной центробежный нагнетатель с масляным баком, а отводящая магистраль 31 соединяет турбокомпрессор с масляным баком, водяной бак 32 соединен с помощью подводящей магистрали 33 с турбокомпрессором, на магистрали установлен водяной насос 34, на отводящую магистраль 35 установлен теплообменник-охладитель 36, теплообменник-рекуператор 37 установлен перед смесителем, топливный бак 38 соединен с помощью подводящей магистрали 39 с камерой сгорания, на магистрали установлен топливный насос 40, фильтр 41, расходомер-регулятор 42, первый датчик частоты вращения 43, который установлен на промежуточной опоре приводного центробежного нагнетателя, второй датчик частоты вращения 44, который установлен на турбине турбокомпрессора, первую пару датчиков давления воздуха и температуры 45, первый 46 и второй 47 датчики перепада давления, вторую пару датчиков давления и температуры воздуха 48, третью пару датчиков давления и температуры воздуха 49, четвертую пару датчиков давления и температуры воздуха 50, которые установлены на входных магистралях приводного центробежного нагнетателя, пятую пару датчиков давления и температуры воздуха 51, третий датчик перепада давления воздуха 52, шестую пару датчиков давления и температуры воздуха 53, которые установлены на входной магистрали двигателя внутреннего сгорания, седьмую пару датчиков давления и температуры воздуха 54 и восьмую пару датчиков давления и температуры воздуха 55, которые установлены на входе и выходе компрессора испытуемого турбокомпрессора, девятую пару датчиков давления и температуры воздуха 56, которая установлена на выходе турбины, десятую пару датчиков давления и температуры воздуха 57 и одиннадцатую пару датчиков давления и температуры воздуха 58, которые установлены на входе и выходе камеры сгорания, двенадцатую пару датчиков давления и температуры воздуха 59 и тринадцатую пару датчиков давления и температуры воздуха 60, которые установлены па выходах теплообменника-рекуператора, четырнадцатую пару датчиков давления и температуры воздуха 61, которая установлена на выходе приводного центробежного нагнетателя, пятнадцатую пару датчиков давления и температуры газа 62, которая установлена на промежуточной магистрали, соединяющей выпускной коллектор дизеля с входом смесителя, автоматизированную систему анализа и управления 63, которая состоит из блока измерения 64, блока анализа 65, блока принятия решения 66, блока регистрации 67, запоминающего устройства 68, программатора 69, блока управления 70.
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 входной магистрали 8 и входной магистрали 9 через расходомерный участок 12 и расходомерный участок 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 повышенными 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, поступающими из выхлопного коллектора дизеля 2, но 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 поступают на турбину 3 испытуемого турбокомпрессора, где совершают работу на лопатках турбины 3, после чего отработавшие газы проходят через теплообменник-рекуператор, где отдают тепло воздуху, поступающему по магистрали 15 и по магистрали 17 в камеру сгорания, и через магистраль 10 выбрасываются в атмосферу. Топливо для камеры сгорания 5 из топливного бака 38 нагнетается насосом 39, очищается в фильтре 40 и поступает в подводящую магистраль 41, на которой установлен расходомер-регулятор 42. 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 24. Для охлаждения воды на отводящей магистрали 35 установлен теплообменник охладитель 36. С помощью системы управления стендом устанавливаем необходимый режим работы приводного центробежного нагнетателя 1 путем формирования управляющего воздействия на дизель 2, изменяя подачу топлива в цилиндры дизеля, 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. Расход воздуха стендом контролируется датчиками, установленными на расходомерных участках стенда. Для возврата части тепла отработанных газов установлен теплообменник-рекуператор 37. Параметры работы испытуемого турбокомпрессора измеряются с помощью седьмой пары датчиков давления и температуры воздуха 54, восьмой пары датчиков давления и температуры воздуха 55, девятой пары датчиков давления и температуры воздуха 56. Параметры работы приводного центробежного нагнетателя 1 измеряются первой парой датчиков давления и температуры воздуха 45, второй парой датчиков давления и температуры воздуха 48, третьей парой датчиков давления и температуры воздуха 49, четвертой парой датчиков давления и температуры воздуха 50, первым 46 и вторым 47 датчиками перепада давления. Параметры работы двигателя внутреннего сгорания 2 измеряются пятой парой датчиков давления и температуры воздуха 51, шестой парой датчиков давления и температуры воздуха 53, третьим датчиком перепада давления 52. Также данные собираются четырнадцатой парой датчиков давления и температуры воздуха 61, установленной на промежуточной магистрали 14, и пятнадцатой парой датчиков давления и температуры воздуха 62, установленной на промежуточной магистрали 16, соединяющей выпускной коллектор двигателя внутреннего сгорания 2 со смесителем 6. Сигналы с датчиков поступают в автоматизированную систему анализа и управления 63, на блок ввода информации 64, где преобразовываются в цифровой код и поступают в блок анализа 65, где результаты направляются в программатор 69 и блок принятия решения 66, из которого конечный результат выдается на блок управления 70, блок регистрации 67 и блок запоминающего устройства 68.
Предлагаемый стенд для испытания турбокомпрессоров позволяет обеспечить снижение энергозатрат на 13%, повысить запас устойчивости по помпажу на 7%, снизить число внеплановых ремонтов на 15-20% и увеличить КПД на 10-20%.