Стенд для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания

Полезная модель относится к измерительной технике, а конкретнее 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 турбокомрессора двигателя внутреннего сгорания, содержащего входную и выходную магистарали, регулируемый источник газового потока и устройство для создания пульсации газового потока, входная и выходная магистраль соединены соответственно с компрессором и турбиной испытуемого турбокомпрессора, а регулируемый источник газового потока соединен с входной и выходной магистралями, а также стенд содержит 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.С. СССР №1239545, МКИ G01M 15/00, опубл. 23.06.1986, авторы Д.Я. Носырев и др. "Стенд для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания").
Недостатком данного стенда является низкая достоверность испытания турбокомпрессора из-за невозможности обеспечения реальных условий.
Известен стенд для испытания турбокомпрессора двинателя внутреннего сгорания, содержащий входную и выходную магистрали, регулируемый источник газового потока и устройство для создания пульсация 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 так же 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 (А.С. СССР №1511620 МКИ: G01M 15/00, опубл. 30.09.89, автор Д.Я. Носырев и др.«Стенд для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания»).
Недостатком данного стенда является низкая достоверность испытания турбокомпрессора из-за отсутствия оперативного измерения, регистрации и обработки больших массивов данных множества контролируемых параметром.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Техническим результатом предлагаемого стенда является снижение потерь энергии при испытании турбокомпрессора и повышение КПД стенда.
Технический результат достигается тем, что на стенде дополнительно установлен теплообменник рекуператор с двумя парами датчиков давлении температуры на входе холодного и выходе горячего контуров, последняя пара из которых установлена на выходе технологического компрессора перед регулируемым дросселем, и три комплекта расходомера газа с датчиками давления, температуры и перепада давления, которые установлены на выходе из выпускного коллектора дизеля, на входе в испытуемый компрессор и на выходе из отводного патрубка после регулируемой заслонки, причем все датчики давления, температуры, газа, перепада давления соединены с блоком обработки информации через модуль аналогового ввода и коммутатор.
Введение в стенд дополнительно теплообменника-рекуператора с системой датчиков температуры и давления, а так же газа с датчиками давления, температуры и перепада давления, которые не только контролируют параметры, но благодаря блока обработки информации и модуля аналогового ввода в коммутатор регулируемый отвод тепла и потеря энергии.
На фиг. 1 изображена принципиальная схема предложенного стенда.
Стенд состоит из технологического компрессора - 1 с регулируемым приводом, выполненный в виде двигателя внутреннего сгорания - 2. входной магистрали - 3, компрессора - 4 испытуемого турбокомпрессора, выходной магистрали - 5, турбины - 6 испытуемого турбокомпрессора, отводного патрубка - 7 выходной магистрали - 5, которая снабжена устройством для создания пульсаций газового потока, выполненным в виде вращающей заслонки - 8 с приводом - 9, регулируемый дроссель - 10 с механизмом управления - 11, струйный смеситель - 12, пассивный канал смесителя - 13. трубопровод - 14, выпускной коллектор - 15 двигателя внутреннего сгорания, активный канал смесителя - 16, теплообменник-рекуператор - 17 с горячим и холодным контурами, с трубопроводом перепуска - 18. На стенде установлены датчики давления: 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29; датчики температуры: 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40; дроссельные расходомеры с датчиками перепада давления: на входе в компрессор испытуемого турбокомпрессора 41, 42; на выходе из дизеля 43, 44; на выходе из заслонки 45, 46; датчик частоты вращения турбокомпрессора - 47, датчик частоты технологического компрессора - 48, модуль аналогового ввода - 49, коммутатора - 50, блок обработки информации - 51, запоминающего устройства - 52, преобразователя интерфейса - 53 и устройства вывода информации - 54.
Стенд работает следующим образом.
При запуске полностью открывают регулируемый дроссель 10 с помощью механизма управления 11. с помощью привода 9 устанавливают заслонку 8 в закрытое положение, и отводной патрубок 7 разобщают с выходной магистралью 5. Запускают двигатель 2 внутреннего сгорания и прогревают его на малых оборотах.
После прогрева двигателя 2 увеличивают его обороты, следовательно, и обороты технологического компрессора 1. При этом воздух по входной магистрали 3 через компрессор 4 поступает на вход технологического компрессора 1. В технологическом компрессоре 1 воздух сжимается, в результате чего давление и температура воздуха на выходе из компрессора увеличиваются. Воздух с повышенным давлением и температурой после выхода из технологического компрессора 1 поступает холодный контур через теплообменник-рекуператор 17 и открытый, регулируемый дроссель 10 в активный канал 16 струйного смесителя 12. Одновременно с этим отработавшие газы из выпускного коллектора 15 двигателя 2 внутреннего сгорания по магистрали 14 поступает в пассивный канал 13 смесителя 12. В струйном смесителе 12 воздух и отработавшие газы перемешиваются и по выходной магистрали 5 смесь поступает на вход в турбину 6 турбокомпрессора, где расширяется и совершает работу. Ротор турбокомпрессора приходит во вращение. Отработавшие газы с выхода турбины по трубопроводу перепуска 18 поступают в горячий контур, втеплообменник-рекуператор 17, где передают тепло воздуху из технологического компрессора 1. Температура воздуха на выходе их теплообменника-рекуператора 17 повышается, температура смеси на выходе из смесителя 12 также повышается. По мере повышения частоты вращения ротора турбокомпрессора устанавливают Обороты двигателя 2 внутреннего сгорания так, чтобы температура газа на выходе из смесителя 12 (на входе в турбину 6) соответствовала заданной по условиям испытания. При этом с помощью механизма управления 11 регулируемый дроссель 10 прикрывают до получения заданных по условиям испытаний оборотов ротора турбокомпрессора. Затем с помощью системы управления двигателем 2 внутреннего сгорания служащего для привода технологического компрессора 1, механизм управления 11 регулируемого дросселя 10 и привода 9 вращающейся заслонки 8 устанавливают заданную программой испытания цикличность изменения параметров на входе в турбину 6.
Параметры работы испытуемого турбокомпрессора замеряются с помощью датчиков давления 19, 20, 24, 26, 29 датчиков температуры 30, 34, 36, 39, 40 и датчика частоты вращения ротора турбокомпрессора - 47. Параметры работы технологического компрессора замеряются датчиками давления 21, 23, 25, 27, 28, датчиками температуры 31, 33, 35, 37, 38 и датчика частоты вращения технологического компрессора - 48. На входе в компрессор испытуемого турбокомпрессора установлен дроссельный расходомер - 41 с датчиков перепада давления - 42. на выходе выпускного коллектора дизеля установлен датчик давления 22 температуры 32 и дроссельный расходомер - 43 с датчиком перепада давления - 44, на выходе из заслонки установлен дроссельный расходомер - 45 с датчиком перепада давления - 46. Сигналы с датчиков поступают на модуль аналогового ввода - 49,где преобразовываются в цифровой код. После чего информация поступает через коммутатор - 50 на блок - 51 обработки информации, где с помощью прикладных программ информация обрабатывается. С блока - 51 обработки информации она может поступать на запоминающее устройство - 52 для сохранения данных о проведенных испытаниях или на преобразователь интерфейса - 53, после чего на устройстве вывода-54 информация подается в любом удобном для пользователя виде. Блоки 49, 50, 51, 52, 53, 54 вместе с датчиками образуют экспертную систему.
Предлагаемая полезная модель стенда для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания обеспечивает системой оперативное измерение, регистрацию большого массива данных и обработку множества контролируемых параметров с визуализацией промежуточный и результирующих данных, а так же позволяет вывод результатов обработки данных на любое устройство и позволяет определить запас устойчивости по помпажу, КПД компрессора, турбины и суммарный КПД испытуемого турбокомпрессора, а это снижает энергозатраты на 25-35%, повышает эффективность работы турбокомпрессора на 15-20% и позволяет снизить число неплановых ремонтов на 10-15%.