СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ТУРБОКОМПРЕССОРОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Предлагаемое техническое решение относится к испытательной технике, а именно к средствам для испытания турбокомпрессоров, машин и двигателей, в частности, к агрегатированию турбин с двигателями, приводимыми ими в действие.
Уже известен стенд для испытания турбокомпрессоров /ТКР/ двигателей внутреннего сгорания, содержащий средства для горячих испытаний и контроля параметров турбокомпрессоров, включающие установленные на его корпусе патрубки для подвода к испытываемому турбокомпрессору воздуха и отвода уходящих газов, съемный обводной U-образный канал, соединяющий выходной патрубок компрессора с входным патрубком турбины турбокомпрессора, и камеру сгорания для сжигания углеводородного топлива, размещенную в ветви обводного канала перед входным патрубком турбины, причем система запуска турбокомпрессора выполнена с возможностью раскрутки турбины воздушным потоком от стороннего компрессора, выход системы подачи топлива соединен через регулятор расхода топлива с топливной форсункой в камере сгорания, выход системы подачи масла соединен через регулятор расхода масла с каналом подвода масла к подшипниковому узлу турбокомпрессора, а средства для контроля параметров турбокомпрессора включают датчик скорости вращения ротора, датчики температуры, давления и расхода топлива и масла, газовоздушный тракт стенда снабжен датчиками температуры и давления среды на входе и выходе компрессора и турбины, при этом выходы указанных датчиков соединены через многоканальный усилитель с блоком управления, входящим в состав пульта управления.
Кроме того стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания может включать систему холодного запуска, выполненную в виде сопла, размещенного в обводном канале в области камеры сгорания и соединенного с выходом стороннего /так называемого технологического/ компрессора, датчики давления могут быть выполнены с возможностью формирования электрического выходного сигнала одновременно с отображением показаний манометрами.
При этом патрубки для подвода к испытываемому турбокомпрессору воздуха и отвода уходящих газов и съемный обводной U-образный канал стенда могут быть снабжены быстросъемными фланцевыми соединениями с набором крепежных приспособлений и проставок для установки в рабочее положение турбокомпрессоров различных производителей. /Патент РФ №89617 на полезную модель, F01D 15/00, опубл. 2009 г./
Недостатками известного стенда является невозможность проведения эффективных испытаний турбокомпрессоров с большими диаметрами рабочих колес, имеющими охлаждаемый средний корпус, а также недостаток электронных средств для выявления и обработки основных технических параметров.
Задача предлагаемой полезной модели состоит в повышении точности и эффективности проводимых испытаний на любых нагрузочных режимах путем имитации реальных режимов нагружения испытываемых турбокомпрессоров, а также в расширении диапазона мощностей и номенклатуры испытываемых турбокомпрессоров с увеличенными диаметрами рабочих колес компрессора и с охлаждением среднего корпуса.
Для решения поставленной задачи с достижением заявленного технического результата в известном стенде для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания, содержащем корпус и установленные на нем и сообщенные с атмосферой патрубки подвода воздуха к испытываемому ТКР и отвода уходящих газов обводной U-образный воздухоподающий патрубок, сообщающий напорный патрубок компрессора с входным патрубком турбины испытываемого ТКР, систему «горячего» запуска турбины испытываемого ТКР, включающую камеру сгорания для сжигания углеводородного топлива, размещенную в ветви обводного патрубка перед входным патрубком турбины ТКР и снабженную, по меньшей мере, одной топливной форсункой, систему « холодного» запуска турбины испытываемого ТКР, выполненную с возможностью раскрутки турбины своим воздушным потоком и включающую сторонний компрессор, подключенный выходным напорным патрубком к обводному воздухоподающему патрубку перед входным патрубком турбины ТКР, топливную систему, выполненную в виде контура принудительной циркуляции, включающего топливный бак, насос, топливные фильтры и систему зажигания со свечой зажигания, и снабженную по меньшей мере одним регулятором расхода топлива и соединенную через последний с соответствующей топливной форсункой, масляную систему, выполненную в виде контура принудительной циркуляции, включающего масляную емкость с теплообменником, насос, по меньшей мере один масляный фильтр, снабженную по меньшей мере одним регулятором расхода масла и подключенную к подшипниковому узлу ТКР, средства для контроля параметров испытываемого ТКР, включающие датчик скорости вращения ротора ТКР, датчик вибрации ТКР, датчики температуры и давления среды газо-воздушного тракта на входе и выходе компрессора и турбины ТКР, датчики температуры, давления и расхода топлива и масла, устройство управления стендом, содержащее пульт управления ТКР с блоком управления, включающим программный пакет, панель управления, органы управления, размещенные на панели управления, и элемент преобразования сигналов указанных средств для контроля параметров, при этом выходы указанных средств для контроля параметров испытываемого ТКР соединены с блоком управления, согласно предлагаемой полезной модели, сторонний компрессор выполнен в виде компрессорной станции и ее выходной напорный патрубок снабжен виброкомпенсатором и управляемым перепускным клапаном с регулируемой поворотной заслонкой, установленным с возможностью выполнения функции аварийного клапана, а стенд дополнительно снабжен распределительным воздухоподающим трубопроводом, выполненным в виде замкнутого ромбовидного патрубка, снабженного управляемыми перепускными клапанами с регулируемыми поворотными заслонками, каждый из которых расположен на одной из сторон ромба, и снабженного по наружной стороне ромба отверстиями, расположенными в зонах между смежными его сторонами с возможностью сообщения противолежащих отверстий патрубка, расположенных в одной плоскости, с выходом напорного патрубка компрессорной станции и с ветвью обводного патрубка, сообщенной с напорным патрубком компрессора испытываемого ТКР, и с возможностью сообщения противолежащих отверстий патрубка в перпендикулярной плоскости с ветвью обводного патрубка, содержащей камеру сгорания, и со спускным патрубком, сообщенным с атмосферой, каждая ветвь обводного патрубка снабжена термокомпенсатором и управляемым перепускным клапаном с регулируемой поворотной заслонкой, а ветвь, содержащая камеру сгорания, дополнительно снабжена байпасным трубопроводом, сообщенным с этой ветвью обводного патрубка до и после установленного в ней клапана, и снабжена в байпасном трубопроводе дополнительным управляемым перепускным клапаном с регулируемой поворотной заслонкой, средства для контроля параметров испытываемого ТКР дополнительно содержат датчики расхода воздуха, размещенные в ветви обводного патрубка, содержащей камеру сгорания, и перед воздушным фильтром компрессора испытываемого ТКР, а также датчики температуры и давления воздуха в выходном напорном патрубке компрессорной станции, камера сгорания дополнительно снабжена индикатором и детектором пламени, устройство управления стендом дополнительно содержит шкаф управления, подключенный к пульту управления посредством внутренней шины «X2X», включающий входной клеммный терминал, системы ввода и вывода, приводы и выходной клеммный терминал, а элемент преобразования сигналов средств для контроля параметров выполнен в виде контроллера, введенного в состав блока управления, причем шкаф управления подключен входом своей системы ввода к выходам средств контроля параметров испытываемого ТКР и к выходам приводов, а органы управления, размещенные на панели управления, включают регуляторы, выполненные, например, в виде энкодеров, стенд дополнительно оборудован автономным технологическим компрессором, а привод регулируемых поворотных заслонок управляемых перепускных клапанов сообщен с технологическим компрессором и снабжен позиционерами, установленными с возможностью электрического регулирования положения каждой из заслонок и с возможностью осуществления перевода каждого клапана в закрытое или открытое положение.
Масляная система может содержать дополнительный датчик давления масла, расположенный перед фильтром по направлению циркуляции масла в контуре.
Между камерой сгорания и входным патрубком турбины испытываемого ТКР может быть дополнительно установлен ресивер.
Стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания, имеющих полости охлаждения внутри среднего корпуса ТКР или имеющих полости охлаждения в корпусе турбины ТКР, может дополнительно содержать систему охлаждения охлаждающей жидкостью, которая подключена к полостям охлаждения среднего корпуса ТКР и/или корпуса турбины /не показаны/ ТКР. Такая система охлаждения выполнена в виде контура принудительной циркуляции, включающего емкость с охлаждающей жидкостью, снабженную датчиком температуры охлаждающей жидкости, радиатор, принудительно охлаждаемый воздухом от вентилятора с электроприводом, регулятор расхода охлаждающей жидкости, байпасный трубопровод контура циркуляции с перепускным клапаном, сообщенные между собой трубопроводами охлаждающей жидкости и снабженными средства для контроля параметров ТКР, выполненными в виде датчика расхода охлаждающей жидкости, датчика давления охлаждающей жидкости и двух датчиков температуры охлаждающей жидкости, один из которых размещен в трубопроводе подачи охлаждающей жидкости к полостям охлаждения ТКР, а другой датчик температуры размещен в трубопроводе отвода охлаждающей жидкости из полостей охлаждения ТКР Кроме того внутри емкости с охлаждающей жидкостью установлен датчик температуры охлаждающей жидкости.
Стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания может быть оборудован автоматизированным рабочим местом, связанным с пультом управления посредством интерфейсов, например, RS 485 или RS232 или Ethernet.
Сущность предлагаемого стенда для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания поясняется графически.
На фиг. 1 представлена схема предлагаемого стенда для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания с диаметром колеса компрессора.
На фиг. 2 представлена функциональная схема предлагаемого стенда.
На фиг. 3 представлена функциональная схема управления предлагаемым стендом.
На фиг. 4 представлена схема привода поворотной заслонки управляемого перепускного клапана.
Предлагаемый стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания содержит корпус /не показан/ и установленные на нем испытываемый турбокомпрессор 1, включающий компрессор 2 и турбину 3, и сообщенные с атмосферой патрубок 4 подвода воздуха к испытываемому ТКР 1 с установленным в нем воздушным фильтром 5 и патрубок 6 отвода уходящих газов от ТКР 1, а также обводной U-образный воздухоподающий патрубок 7, сообщающий напорный патрубок 8 компрессора 3 с входным патрубком 9 турбины 3 испытуемого ТКР 1. Обводной U-образный воздухоподающий патрубок 7 содержит две ветви, одна 10 из них сообщена с напорным патрубком 8 компрессора 2, а другая ветвь 11 сообщена с входным патрубком 9 турбины 3 испытываемого ТКР 1.
Система «горячего» запуска турбины 3 испытуемого ТКР 1 включает камеру 12 сгорания для сжигания углеводородного топлива, размещенную в ветви 11 обводного патрубка 7 перед входным патрубком 9 турбины 3 ТКР 1.
Камера 12 сгорания снабжена по меньшей мере одной топливной форсункой 13, свечой 14 зажигания, индикатором 15 пламени, по которому визуально определяется горение, и детектором 16 пламени.
Стенд содержит топливную систему, которая выполнена в виде контура принудительной циркуляции и включает топливный бак 17, топливный насос 18, например, один топливный фильтр 19. Топливная система снабжена по меньшей мере одним регулятором 20 расхода топлива и подключена топливопроводами 21, снабженными по меньшей мере одним вентилем 22, через этот регулятор 20 расхода топлива, например, к топливной форсунке 13. В топливной системе также расположены средства для контроля параметров ТКР 1.Это регулятор 23 расхода топлива и датчики 24 и 25 температуры и давления топлива, соответственно, и датчик 26 уровня топлива в баке 17.
Газо-воздушный тракт на входе компрессора ТКР 1 содержит регулятор 27 газовоздушной среды, датчик 28 температуры и датчик 29 давления газо-воздушной среды.
Газо-воздушный тракт на выходе компрессора ТКР 1 содержит датчик 30 температуры и датчик 31 давления газо-воздушной среды.
Газо-воздушный тракт на входе турбины ТКР 1 содержит регулятор 32 газовоздушной среды, датчик 33 температуры и датчик 34 давления газо-воздушной среды.
Газо-воздушный тракт на выходе турбины ТКР 1 содержит датчик 35 температуры и датчик 36 давления газо-воздушной среды.
Кроме того испытываемый на стенде ТКР 1 содержит датчик 37 скорости вращения ротора ТКР и датчик 38 вибрации ТКР.
Стенд содержит также масляную систему, которая подключена к подшипниковому узлу 39 ТКР1, размещенному в среднем корпусе 40 ТКР 1, и выполнена в виде контура принудительной циркуляции, включающего масляную емкость 41 с теплообменником 42, масляный насос 43, по меньшей мере один масляный фильтр 44 и регулятор 45 расхода масла, сообщенные между собой маслопроводами 46. В масляной системе также расположены средства для контроля параметров ТКР 1 - датчики 47 и 48 температуры и давления, соответственно, на входе в подшипниковый узел 39 ТКР 1, соответственно, и датчики 49 и 50 температуры и давления масла, соответственно, на выходе из подшипникового узла 39 ТКР 1.
Внутри масляной емкости 41 установлен датчик 51 температуры масла, а перед масляным фильтром 44 по направлению циркуляции масла в контуре масляная система содержит дополнительный датчик 52 давления масла. Регулирование потока воды через теплообменник 42 осуществляют посредством вентиля 53.
Для турбокомпрессоров в большими размерами диаметра колеса компрессора стенд может содержать систему охлаждения охлаждающей жидкостью, которая подключена к полостям 54 охлаждения среднего корпуса 40 ТКР 1 и выполнена в виде контура принудительной циркуляции, включающего емкость 55 с охлаждающей жидкостью, насос 56, радиатор 57, принудительно охлаждаемый воздухом от вентилятора 58 с электроприводом, байпасный трубопровод 59 контура циркуляции, регулятор 60 расхода охлаждающей жидкости, сообщенные между собой трубопроводами 61 подачи охлаждающей жидкости.
В системе охлаждения также расположены средства для контроля параметров ТКР 1 -регулятор 62 расхода охлаждающей жидкости, датчик 63 давления охлаждающей жидкости и два датчика 64 и 65 температуры охлаждающей жидкости, один из которых 64 размещен в трубопроводе 61 подачи охлаждающей жидкости к полостям 54 охлаждения среднего корпуса 40 ТКР 1, а другой датчик 65 температуры размещен в трубопроводе 66 отвода охлаждающей жидкости из полостей 54 охлаждения среднего корпуса 40 ТКР 1. Кроме того внутри емкости 55 с охлаждающей жидкостью установлен датчик 67 температуры охлаждающей жидкости.
Система «холодного» запуска турбины 3 испытуемого ТКР 1 выполнена с возможностью раскрутки турбины своим воздушным потоком. Она включает компрессорную станцию 68, содержащую несколько компрессорных установок, сообщенных между собой своими патрубками и снабженных регулировочной аппаратурой /не показана/.
Выходной напорный патрубок 69 компрессорной станции 68 снабжен виброкомпенсатором 70 и управляемым перепускным клапаном 71 с регулируемой поворотной заслонкой, установленым с возможностью выполнения функции аварийного клапана. Кроме того в выходном напорном патрубке 69 компрессорной станции 68 размещен датчик 72 давления воздуха и датчик 73 температуры воздуха, нагнетаемого компрессорной станцией 68.
Стенд дополнительно снабжен распределительным воздухоподающим трубопроводом, выполненным в виде замкнутого ромбовидного патрубка, каждая из четырех сторон 74, 75, 76 и 77 ромба которого снабжена управляемым перепускным клапаном 78, 79, 80 и 81, соответственно, с регулируемой поворотной заслонкой, а противолежащие зоны между смежными сторонами ромба сообщены с одной стороны с выходным напорным патрубком 69 компрессорной станции 68, и с другой стороны с ветвью 10 обводного патрубка 7, сообщенной с напорным патрубком 8 компрессора 2 испытываемого ТКР1, а противолежащие зоны между смежными сторонами ромба во взаимно перпендикулярной плоскости сообщены с одной стороны с ветвью 11 обводного патрубка 7, содержащей камеру сгорания 12, и с другой стороны со спускным патрубком 82, сообщенным с атмосферой.
В ветви 11 обводного патрубка 7 установлен термокомпенсатор 83, а в ветви 10, сообщенной с компрессором 2 ТКР 1, установлен термокомпенсатор 84. Кроме того ветвь 10 обводного патрубка 7 дополнительно снабжена управляемым перепускным клапаном 85 с регулируемой поворотной заслонкой, размещенным вблизи обводного патрубка 7.
При этом ветвь 11 обводного патрубка 7, содержащая камеру 12 сгорания, дополнительно снабжена байпасным трубопроводом 86 и двумя управляемыми перепускными клапанами 87 и 88 с регулируемыми поворотными заслонками, из которых клапан 87 размещен между термокомпенсатором 83 и камерой сгорания 12, а второй клапан 88 размещен в байпасном трубопроводе 86, сообщенном с ветвью 11 обводного патрубка 7 до и после клапана 87.
Привод регулируемых поворотных заслонок управляемых перепускных клапанов выполнен пневматическим посредством сообщения с автономным технологическим компрессором 89 и снабжен позиционерами 90, установленными с возможностью электрического регулирования положения каждой из заслонок и с возможностью осуществления перевода каждого клапана в закрытое или открытое положение.
Устройство управления стендом содержит пульт 91 управления ТКР 1 с блоком 92 управления и программным пакетом 93, панель 94 управления, органы 95 управления, размещенные на панели 94 управления, и шкаф 96 управления, подключенный к пульту 91 управления посредством внутренней шины «X2X» 97. Шкаф 96 управления включает входной клеммный терминал, системы ввода и вывода, приводы и выходной клеммный терминал /не показаны/. Элемент преобразования сигналов средств для контроля параметров выполнен в виде контроллера 98, введенного в состав блока 92 управления, причем шкаф 96 управления подключен входом своей системы ввода к выходам средств контроля параметров испытываемого ТКР и к выходам приводов, например, приводов поворотных заслонок. Выходы средств для контроля параметров испытываемого ТКР: датчиков, расходомеров, детектора пламени и прочих средств измерения параметров стенда соединены с блоком 92 управления.
Органы 95 управления, размещенные на панели 94 управления, включают регуляторы, выполненные, например, в виде энкодеров.
Стенд оборудован автоматизированным рабочим местом 99 оператора. Связь контроллера 98 со средствами измерения параметров осуществлена посредством посредством внутренней шины X2X 97. Органы 95 управления включают регуляторы, выполненные, например, в виде энкодеров. Детектор 16 пламени, подключен своим выходом ко входу контроллера 98.
Стенд оборудован автоматизированным рабочим местом 99 оператора связано с пультом 91 управления посредством интерфейсов, например, RS 485 или RS232 или посредством локальной вычислительной сети Ethernet.
Камера сгорания 12 для сжигания углеводородного топлива обеспечивает подвод горячих газов к входному патрубку 9 турбины 3 ТКР. Для эффективности накопления горячих газов между камерой сгорания 12 и входным патрубком 9 турбины 3 ТКР может быть дополнительно установлен ресивер 100.
Представленный на фиг. 4 привод регулируемой поворотной заслонки 101 каждого управляемого перепускного клапана выполнен пневматическим посредством сообщения переключающего устройства 102 с автономным технологическим компрессором 103, а перевод положения заслонки из открытого в закрытое осуществлен благодаря воздействию электросигнала управления от позиционера 104, установленного на переключающем устройстве каждого клапана.
Стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания функционирует следующим образом.
Для испытания турбокомпрессор 1 устанавливают на корпусе стенда. К нижним патрубкам турбокомпрессора подсоединяют обводной, например, U-образный патрубок 7. Сначала проводят холодный запуск ТКР, подключая компрессорную станцию 68 с высокоскоростным воздушным потоком воздуха. Испытания ТКР 1 проводят на низких и высоких оборотах ротора ТКР. При этом формируются и фиксируются аппаратурой сигналы от датчика 37 скорости вращения ротора ТКР 1 и от датчика 27 расхода, от датчика 28 температуры и от датчика 29 давления газо-воздушной среды на входе в компрессор 2 ТКР 1, а также от датчика 35 температуры и от датчика 36 давления газовоздушной среды на выходе из турбины 3 ТКР 1, от датчика 30 температуры и от датчика 31 давления, установленных в ветви 10 обводного патрубка 7 вблизи напорного патрубка 8 на выходе из компрессора 2 ТКР 1, и от датчика расхода 32, от датчика 33 температуры и от датчика 34 давления, установленных в ветви 11, содержащей камеру сгорания 12, на входе в турбину 3 ТКР 1 и от датчика 73 давления и от датчика температуры 74 воздуха в нагнетательном патрубке 69, подключенном к компрессорной станции 68. Также фиксируются показатели датчика 23 расхода топлива, датчиков 27 и 32 расхода газо-воздушной среды на входе в компрессор 2 и на входе в турбину 3 ТКР1, соответственно, а также регуляторов 20, 45 и 62 расхода топлива, масла и охлаждающей жидкости, соответственно, и регулятора 32 расхода газовоздушной среды как в ветви 11 обводного патрубка 7, так и регулятора 27 расхода газовоздушной среды в патрубке 4 подвода воздуха к компрессору 2 ТКР 1.
Кроме того фиксируются показатели датчика 51 температуры масла внутри масляной емкости 55, а также показатели дополнительного датчика 52 давления масла перед масляным фильтром 44 по направлению циркуляции масла в контуре.
Аналоговые сигналы от указанных датчиков преобразуются в цифровую форму для отображения параметров ТКР на приборной панели 94 пульта управления, а также для выработки сигналов управления с целью изменения расхода топлива, масла, охлаждающей воды или газо-воздушной среды.
На лицевой панели 94 пульта управления расположены средства для управления системами топливоподачи, подачи масла, зажигания топливовоздушной смеси и регуляторами расхода топлива, масла и газо-воздушной среды.
Посредством повторных операций холодной прокрутки и горячих испытаний осуществляют доводку параметров испытываемого турбокомпрессора до нормативных.
При этом горячий запуск турбокомпрессора обеспечивают путем подачи топлива через пусковую топливную форсунку 13 посредством регулятора 20 расхода топлива. Перед холодным и горячим запусками под заданным давлением подводят масло к подшипниковому узлу 39 турбокомпрессора 1 через регулятор 45 расхода масла.
После достижения необходимых оборотов ротора турбокомпрессора 1 при холодном запуске и достижении заданного значения обогащения топливовоздушной смеси в камере сгорания 12 блок 92 управления формирует управляющий сигнал на запуск системы зажигания для подачи рабочего напряжения на свечу 14 зажигания.
После возгорания топливовоздушной смеси продукты сгорания, накапливаясь в рессивере 100, поступают на вход турбины 3, обеспечивая вращение колеса компрессора 2, нагнетающего свежий воздух в камеру сгорания 12. После выхода турбокомпрессора 1 на режим холостого хода отключают подачу воздуха от компрессорной станции 68.
Указанные средства контроля параметров турбокомпрессора 1 обеспечивают измерение с заданной точностью скорости вращения ротора, температуры, давления и расхода топлива масла и газовоздушной среды. Датчики в газовоздушном тракте стенда обеспечивают измерение расхода, температуры и давления воздуха на входе и выходе компрессора 2 и турбины 3 турбокомпрекссора 1. Выходные аналоговые сигналы от указанных датчиков поступают на вход контроллера 98 для оцифровки и выработки сигналов управления системами стенда в соответствии с программой текущих испытаний заложенной в программном пакете 93. Для проведения управления процессом испытания турбокомпрессора в ручном режиме на лицевой панели 94 пульта управления расположены выполненные в виде энкодеров органы 95 управления системами топливоподачи, подачи масла, зажигания топливовоздушной смеси, а также регуляторами 20, 45 и 62 расхода топлива, масла, и охлаждающей жидкости, соответственно, в соответствии с показаниями контрольно-измерительных приборов.
Блок 92 управления осуществляет в режиме реального времени необходимые операции с входными сигналами для получения связи термодинамических параметров газовоздушного тракта с вращением ротора и техническим состоянием испытываемого турбокомпрессора 1.
На пульте 91 управления отображаются данные, являющиеся результатом обработки исходной информации от указанных датчиков газовоздушной среды и систем подачи топлива масла и охлаждающей жидкости для наглядной оценки состояния турбокомпрессора 1 и выработки рекомендаций для операторов стенда по ручной или автоматической регулировке его характеристик.
Предлагаемый стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания предназначен также для комплексной проверки качества изготовления и сборки турбокомпрессоров в соответствии с Международным стандартом ISO 5389:2005(R) «Турбокомпрессоры. Правила проведения испытания для определения рабочих характеристик».
В шкафу 96 управления размещены устройства ввода-вывода контроллера 98. На устройства ввода в шкафу 96 управления приходят сигналы со всех датчиков стенда. Эти устройства ввода преобразуют электрический сигнал датчика в параметр, например, токовый сигнал 4-20 мА в числовое значение температуры в градусах. Контроллер 98, находящийся в блоке 92 управления пульта 91 управления, по связи «внутренняя шина X2X» последовательно опрашивает входы устройства ввода от 1 до последнего входа в шкафу 96 управления и в соответствие с программным пакетом 93 управляет последовательно устройствами вывода. На устройствах вывода формируются сигналы, функционально различные, для управления оборудованием стенда. Кроме того в шкафу 96 управления также размещены источники первичного и вторичного питания, согласующие устройства в виде промежуточных реле, защитные устройства и приводы в виде инвертора для управления трехфазным двигателем топливной станции, которые не показаны/.
Предлагаемый стенд благодаря наличию управляемых перепускных клапанов с регулируемыми поворотными заслонками, позволяет проводить испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания как при разомкнутом режиме работы стенда, так и при замкнутом или частично-замкнутом.
Стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания функционирует следующим образом.
При разомкнутом режиме работы стенда воздух из компрессорной станции 68 поступает в камеру сгорания 12 через открытые поворотные заслонки перепускных клапанов 71 и 79, а воздух от компрессора 2 испытываемого ТКР 1 сбрасывается в атмосферу посредством спускного ответвления 82 и открытых перепускных клапанов 85 и 81, причем поворотные заслонки перепускных клапанов 78 и 80 в распределительном воздухоподающем трубопроводе при этом установлены в закрытом положении.
При замкнутом режиме работы стенда воздух в камеру сгорания 12 поступает от компрессора 2 испытываемого ТКР 1 через открытые перепускные клапаны 85, 80, 87 и 88. При этом поворотная заслонка перепускного клапана 71, установленного в выходном напорном патрубке 69 компрессорной станции 68 перед распределительным воздухоподающим трубопроводом и ветвью 11, содержащей камеру сгорания 12, а также поворотные заслонки перепускных клапанов 78, 79 и 81, размещенных в распределительном воздухоподающем трубопроводе, установлены в закрытом положении.
При частично-замкнутом режиме работы предлагаемого стенда перепускные клапаны 78 и 81, размещенные в распределительном воздухоподающем трубопроводе, установлены с закрытой поворотной заслонкой. Воздух при этом поступает в камеру сгорания 12 как от компрессора 2 испытываемого ТКР1 через открытые перепускные клапаны 85, 80, 87 и 88, так и через выходной напорный патрубок 69 компрессорной станции 68 и через открытый перепускной клапан 71, расположенный в нем, и через открытый перепускной клапан 79, расположенный в распределительном воздухоподающем трубопроводе. Происходит смешивание двух указанных потоков воздуха. Соотношение объемов воздуха от обоих источников его регулируют поворотными заслонками управляемых перепускных клапанов 71, 79, 85, 80, 87 и 88.
Предлагаемый стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания предназначен также для комплексной проверки качества изготовления и сборки турбокомпрессоров.
Основными измеряемыми параметрами предлагаемого стенда являются следующие:
- частота вращения ротора, об./мин;
- давление воздуха перед компрессором, кПа;
- давление воздуха после компрессора, кПа;
- температура воздуха перед компрессором, °C;
- температура воздуха после компрессора, °C;
- давление газа перед турбиной, кПа;
- давление газа после турбины, кПа;
- температура газа перед турбиной, °C;
- температура газа после турбины, °C;
- давление в масляной системе, кПа;
- температура масла перед турбокомпрессором, °C;
- давление топлива на форсунке в топливной системе, МПа;
- виброускорение, g.
Для измерения параметров (давление, температура, влажность) технологических сред выбраны датчики с нормирующим преобразователем 4-20 мА, обладающие сильным сигналом, свободным от влияния электрических помех промышленной частоты в условиях промышленной зоны, для измерения параметров температуры газа ТКР использованы термопары КТХА с классом допуска 1 и сигналом термо ЭДС.
Предлагаемый стенд успешно прошел испытания и рекомендован к внедрению в производство.
Предлагаемое техническое решение является новым и промышленно применимым.
Использование предлагаемого стенда для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания позволит повысить точность и эффективность проводимых испытаний на любых нагрузочных режимах путем имитации реальных режимов нагружения испытываемых турбокомпрессоров, а также позволит расширить диапазон мощностей и номенклатуру испытываемых турбокомпрессоров с увеличенными диаметрами рабочих колес компрессора и с охлаждением среднего корпуса.