СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ТУРБОКОМПРЕССОРА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
TEST BENCH FOR TURBO-COMPRESSOR OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение 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, входная и выходная магистрали 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 (авторское свидетельство СССР №1239545 по кл. G01M 15/00, опубл. 23.06.1986, авторы Д.Я.Носырев, Г.П.Денисов «Стенд для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания», патентообладатель Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта).
Недостатком данного изобретения является низкая достоверность испытания турбокомпрессора из-за невозможности обеспечения реальных условий.
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», патентообладатель Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта).
Недостатком данного изобретения является то, что стенд не воспроизводит различные режимы работы турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя, имитирующие реальные и экстремальные условия работы.
Данное техническое решение выбрано автором в качестве прототипа.
Техническим результатом является расширение функциональных возможностей стенда за счет проведения испытания на различных режимах приводного центробежного нагнетателя и турбокомпрессора и упрощение системы смазки и охлаждения.
Технический результат достигается тем, что в стенде для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания, содержащем входную и выходную магистрали, регулируемый источник газового потока с регулируемым приводом, выполненный 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 бака с электрическими нагревателями, масляного насоса с электродвигателем, фильтром очистки масла, подводящих и отводящих магистралей турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя, масляный бак соединен с фильтром через масляный насос с электродвигателем, в свое очередь фильтр соединен с приводным центробежным нагнетателем через первую подводящую магистраль, а с испытуемым турбокомпрессором - через вторую подводящую магистраль, приводной центробежный нагнетатель соединен с масляным баком через первую отводящую магистраль, а турбокомпрессор соединен с масляным баком через вторую отводящую магистраль, а система охлаждения состоит из водяного бака, водяного насоса с электродвигателем, теплообменника охладителя, и подводящей и отводящей магистралях турбокомпрессора, водяной бак соединен с турбокомпрессором через подводящую магистраль, на которой установлен водяной насос, а турбокомпрессор соединен с водяным баком через отводящую магистраль, на которой установлен теплообменник-охладитель. Использование в качестве технологического компрессора приводного центробежного нагнетателя позволяет проводить его испытания, тем самым расширяя его функциональные возможности. Режим работы турбокомпрессора регулируется за счет подачи необходимого количества воздуха и за счет изменения подачи топлива в камеру сгорания. Регулируя подачу топлива в дизель и включая передачу, настраивается необходимая подача воздуха, реализуемая приводным центробежным нагнетателем. Для обеспечения режимов работы, приближенных к реальным, предусмотрена система смазки деталей турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя и система охлаждения турбокомпрессора. Система смазки создает условия работы деталей турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя, соответствующие заданному режиму работы. Система охлаждения обеспечивает необходимый тепловой режим работы турбокомпрессора.
На фиг.1 изображена схема предложенного стенда. Стенд содержит приводной центробежный нагнетатель 1 с приводом от малоразмерного двигателя 2, испытуемый турбокомпрессор с турбиной 3 и компрессором 4, камеру сгорания 5, смеситель 6, входную магистраль, связанную с дизелем 7 и связанную с приводным центробежным нагнетателем 8, 9, расходомеры 11, 12, 13, установленные на входных магистралях, выходную магистраль 10, соединяющую выход из турбины испытуемого турбокомпрессора с атмосферой, промежуточную магистраль 14, соединяющую выходные патрубки приводного центробежного нагнетателя со входом в компрессор испытуемого турбокомпрессора. Магистраль 15 соединяет выход из компрессора с камерой сгорания, в свою очередь магистрали 16 соединяет выпускной коллектор дизеля со смесителем 6. Магистрали 17 соединяет камера сгорания со входом в турбину. Приводной центробежный нагнетатель установлен на установочной плите 18 и приводится во вращение от вала дизеля через коробку передач 19 карданный вал 20 и промежуточную опору 21, установленную в плите. На магистрали 15 установлен 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 29 с приводным центробежным нагнетателем, а с помощью подводящей магистрали 28 - с турбокомпрессором. 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 отводящей магистрали 35 установлен теплообменник-охладитель 36.
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 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, 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 через магистраль 10 выбрасываются в атмосферу. 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 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.
Предлагаемое изобретение стенда для испытания турбокомпрессоров позволяет воспроизводить различные режимы работы турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя, определить запас устойчивости по помпажу, испытывать турбокомпрессоры других тепловозных дизелей, вследствие чего снизить число неплановых ремонтов на 15-20% и повысить эффективность работы турбокомпрессора на 5-10%.