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 (А.с. СССР №1511620, МКИ: GOM 15/00, опубл. 30.09.89., автор Д.Я.Носырев и др. «Стенд для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания»).
Недостатком данного изобретения является низкая достоверность испытаний, а также малая производительность стенда, высокие энергозатраты.
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, 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 15/04, опубл. 10.12.2011, БИ №34, автор Носырев Д.Я. и др. «Стенд для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания»).
Недостатком данного стенда является низкая достоверность испытаний, а также малая производительность стенда, и высокие энергозатраты.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение степени утилизации тепла за счет повышения точности измерений и достоверности контроля.
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, камера 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 автоматизированное рабочее место оператора, тринадцать датчиков давления воздуха, четыре датчика перепада давления, десять датчиков температуры воздуха и теплообменник-рекуператор с тепловыми трубами, который установлен перед кольцевым коллектором с щелевой завесой, которые установлены перед камерой сгорания, причем по девять датчиков давления и температуры воздуха установлены на входных магистралях приводного центробежного нагнетателя и двигателя внутреннего сгорания до расходомеров, на входах и выходах компрессора и турбины турбокомпрессора, на магистрали подвода воздуха к кольцевому коллектору с щелевой завесой до расходомера, четыре датчика давления воздуха установлены после расходомеров, четыре датчика перепада давления воздуха подсоединены к измерительным устройствам расходомеров, датчик температуры воздуха установлен на входе теплообменника-рекуператора после смесителя, выходы всех датчиков соединены с входом автоматизированного рабочего места оператора, которое состоит из последовательно соединенных блоков ввода информации, обработки информации и принятия решения, выходы последнего соединены с цифровым табло и запоминающим устройством, выход которого соединен со входом базы данных, выход которой соединен со вторым входом блока обработки информации.
Дополнительное введение датчиков в стенд для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания обеспечивает повышение точности измерений. На основе более точных измерений дополнительно введенное автоматизированное рабочее место оператора, состоящее из блоков ввода информации, обработки информации и принятия решения, запоминающего блока, базы данных и цифрового табло обеспечивает повышение достоверности контроля и оптимизацию режима работы рекуперации для всех режимов работы турбокомпрессора, что повышает степень утилизации тепла при работе стенда. Все это совместно с дополнительно введенными теплообменником-рекуператором с тепловыми трубами и кольцевым коллектором с щелевой завесой обеспечивает более эффективную передачу тепла с минимальным перепадом температур между горячим и холодным потоками, что также повышает степень утилизации тепла при работе стенда.
На фиг. представлена принципиальная 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, компрессором 4, камерой сгорания 5 с диффузором, который установлен на входе камеры сгорания (на фиг. не показан), смеситель 6, входные магистрали 7, 8, 9, выходную магистраль 10, первый, второй, третий расходометры 11, 12, 13, промежуточные магистрали 14, 15, 16, 17, установочную плиту 18, коробку передач 19, карданный вал 20, промежуточную опору 21, регулируемый дроссель 22 с механизмом управления 23, масляный бак 24 с электрическими нагревателями 25, масляный насос 26, фильтр 27, подводящие магистрали 28, 29, отводящие магистрали 30, 31, водяной бак 32, подводящую магистраль 33, водяной насос 34, отводящую магистраль 35, теплообменник-охладитель 36, кольцевой коллектор с щелевой завесой 37, теплообменник-рекуператор 38, магистраль подвода воздуха 39, первый датчик давления воздуха 40, первый датчик температуры воздуха 41, первый датчик перепада давления 42, второй датчик температуры воздуха 43, второй датчик давления воздуха 44, третий датчик давления воздуха 45, третий датчик температуры воздуха 46, второй датчик перепада давления 47, четвертый датчик давления воздуха 48, пятый датчик давления воздуха 49, четвертый датчик температуры воздуха 50, шестой датчик давления воздуха 51, пятый датчик температуры воздуха 52, шестой датчик температуры воздуха 53, седьмой датчик давления воздуха 54, восьмой датчик давления воздуха 55, седьмой датчик температуры воздуха 56, девятый датчик давления воздуха 57, восьмой датчик температуры воздуха 58, автоматизированное рабочее место оператора 59, блок ввода информации 60, блок обработки информации 61, базу данных 62, блок принятия решения 63, запоминающий блок 64, цифровое табло 65, десятый датчик давления воздуха 66, девятый датчик температуры воздуха 67, третий датчик перепада давления 68, одиннадцатый датчик давления воздуха 69, четвертый расходомер 70, двенадцатый датчик давления воздуха 71, десятый датчик температуры воздуха 72, четвертый датчик перепада давления 73, тринадцатый датчик давления воздуха 74.
Стенд работает следующим образом.
Запускают двигатель внутреннего сгорания 2 и прогревают его. При этом воздух из атмосферы по входной магистрали 7, проходя через первый расходомер 11, поступает в воздушный ресивер двигателя внутреннего сгорания 2. После прогрева включают первую передачу коробки передач 19, причем крутящий момент с вала двигателя внутреннего сгорания 2 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 второй и третий расходомеры 12, 13 поступает на вход в приводного центробежного нагнетателя 1. В приводном центробежном нагнетателе 1 воздух сжимается, в результате чего давление и температура воздуха на выходе из компрессора 4 увеличивается. Воздух с повышенными давлением и температурой по промежуточной магистрали 14 поступает на вход в компрессор 4 испытуемого турбокомпрессора, в результате давление и температура воздуха повышается. Из компрессора 4 воздух по промежуточной магистрали 15 поступает в смеситель 6, при этом с помощью механизма управления 23 регулируемый дроссель 22 прикрывается до получения заданных оборотов турбокомпрессора. В смесителе 6 воздух перемешивается. с отработавшими газами, поступившими из выхлопного коллектора двигателя внутреннего сгорания 2, по промежуточной магистрали 16. Из смесителя 6 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 промежуточной магистрали 17 поступают на турбину 3 испытуемого турбокомпрессора, где расширяются и через выходную магистраль 10 выбрасываются в атмосферу. Масло для смазки приводного центробежного нагнетателя 1 из масляного бака 24 нагнетается масляным насосом 26 в подводящую магистраль 29 и поступает к узлам приводного центробежного нагнетателя 1, при этом очищается в фильтре 27 и по отводящей магистрали 30 стекает обратно в масляный бак 24. Масло для смазки турбокомпрессора поступает из масляного бака 24 по подводящей магистрали 28, а по отводящей магистрали 31 отводится обратно в масляный бак 24. В масляном баке 24 масло подогревается до нужной температуры с помощью электрических нагревателей 25. Вода для охлаждения испытуемого турбокомпрессора нагнетается из водяного бака 32 водяным насосом 34 в подводящую магистраль 33 и поступает в водяную систему турбокомпрессора и по отводящей магистрали 35 стекает обратно в масляный 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 двигатель внутреннего сгорания 2, изменяя подачу топлива в цилиндры двигателя внутреннего сгорания 2, и коробку передач 19, выбирая необходимую позицию, а также устанавливаем необходимые режимы работы турбокомпрессора путем изменения температуры газов перед турбиной 3, регулируя подачу топлива в камеру сгорания 5. Расход воздуха стендом контролируется датчиками, установленными на магистралях стенда. Для охлаждения стенок камеры сгорания 5 на диффузоре установлен кольцевой коллектор с щелевой завесой 37, питаемый от магистрали подвода воздуха 39 через четвертый расходомер 70. Для повышения давления воздуха и возврата части тепла отработанных газов установлен теплообменник-рекуператор 38. Параметры работы испытуемого турбокомпрессора замеряются с помощью первого, восьмого, девятого, десятого и одиннадцатого датчиков давления воздуха 51, 55, 57, 66, 69, третьего датчика перепада давления 68, второго, пятого, седьмого, восьмого, девятого датчиков температуры воздуха 43, 52, 56, 58, 67. Параметры работы приводного центробежного нагнетателя 1 замеряются первым, вторым, третьим, четвертым датчиками давления воздуха 40, 44, 45, 48, первым и вторым датчиками перепада давления 42, 47, первым и третьим датчиками температуры воздуха 41, 46. Параметры работы двигателя внутреннего сгорания 2 замеряются двенадцатым и тринадцатым датчиками давления 71, 74, четвертым датчиком перепада давления 73, десятым датчиком температуры 72. Также данные собираются пятым датчиком давления воздуха 49 и четвертым датчиком температуры воздуха 50, установленными на промежуточной магистрали 14, и шестым датчиком температуры воздуха 53 и седьмым датчиком давления воздуха 54, установленными на промежуточной магистрали 16, соединяющей выпускной коллектор двигателя внутреннего сгорания 2 со смесителем 6. Сигналы с датчиков поступают в автоматизированное рабочее место оператора 59, на блок ввода информации 60, где преобразовываются в цифровой код и поступают в блок обработки информации 61, где результаты сравниваются с результатами из базы данных 62 и направляются в блок принятия решения 63, из которого конечный результат выдается на цифровое табло 65 и запоминающее устройство 64, информация с которого передается в базу данных 62.
Предполагаемый стенд для испытания турбокомпрессоров позволяет обеспечить снижение энергозатрат, благодаря установленного теплообменника-рекуператора и кольцевого коллектора, на 13%, и повысить достоверность испытаний, за счет установленных датчиков давления воздуха и температуры воздуха, и это ускоряет процесс определения неисправностей турбокомпрессора, повышает его устойчивость по помпажу на 7%, повышает число неплановых ремонтов на 15-20%.