CN101832862B - 排气迥流电加热涡轮性能试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及废气涡轮增压器涡轮性能试验设备，旨在提供一种排气迥流电加热涡轮性能试验系统。该系统包括被测涡轮和自身压气机，还包括辅助增压器；所述辅助增压器具有通过管路依次相接的续流式燃烧室、辅助增压器涡轮、辅助增压器压气机和电加热器，续流式燃烧室通过管路与外源补气口和所述自身压气机相连，电加热器通过管路与所述被测涡轮相连。本发明的有益效果：通过设置辅助增压器，利用其高转速运行提高被测涡轮工质性能稳定性；利用被测涡轮排气热量和压气机的自循环气流的压力能和温度能，节省节省续流式燃烧室的油耗和电加热器电耗；电加热器的设置保证工质干净、性能稳定。

Description

排气迥流电加热涡轮性能试验系统

技术领域

本发明涉及一种废气涡轮增压器涡轮性能试验设备，特别涉及一种应用于内燃机涡轮增压器的性能研究和产品开发的排气迥流电加热涡轮性能试验系统。

背景技术

量大面广的内燃机采用废气涡轮增压器，在同样的工作容积中增加了空气量，可以多喷油，并且改善了燃烧过程，因而大幅度提高了内燃机的比功率，降低了比油耗，减少了排气中的污染物，并减轻了发动机排气噪声。尤其当前日益增多的内燃机排放污染物严重威胁人体健康，增压技术愈来愈受有关部门的重视。试验证明采用涡轮增压技术可以满足国1排放法规。涡轮增压器是柴油机满足国1以上各阶段排放法规必不可缺的重要部件。

随着排放法规的日益苛求，提高涡轮增压器效率，减小转动惯量，提高工作可靠性，使其适应各阶段排放法规的要求，这是车用涡轮增压器发展的重要方向。

涡轮增压器总效率由压气机绝热效率、涡轮绝热效率和机械效率三部份组成。压气机性能试验由专门的压气机性能试验台来完成。涡轮性能试验台是专门用来研究改善涡轮绝热效率、提高涡轮增压器工作可靠性，提升涡轮产品质量的重要设备。

涡轮性能试验台有两个关键技术：一是稳定的连续流动的高温高压介质的制备；二是准确快速的测定涡轮功率。后一个关键技术通常由空气轴承高速测功器或涡轮增压器自身压气机来完成。而前一个关键技术即高温高压续流介质通常由以下几种方法制取：

(1)由空气压缩机提供所需的压力、流量的稳压气流，再通过续流式燃烧室提升温度，并进一步提高压力。法国巴黎第六大学物理力学实验室所建的专用涡轮试验台及我国有关高校和研究所建的涡轮性能试验台均采用这种型式。这种制取方法的优点是：设备简单；温度、压力、流量变化域宽；其缺点是：进入涡轮前气流压力、温度脉动较大，数据离散，影响测试精度；燃烧不完善使介质脏污，甚至堵塞测孔；温度调节较粗鲁。

(2)美国Cummins公司研究中心和北京理工大学的涡轮试验台采用了气源电加热方法制取。这种制取方法的优点是：介质干净，流道不污，测头不堵；温度控制方便；测量精度高；其缺点是耗电能多；设备投资大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种排气迥流电加热涡轮性能试验系统。

为解决该技术问题，本发明的技术方案是：提供一种排气迥流电加热涡轮性能试验系统，包括被测涡轮和自身压气机，还包括辅助增压器；所述辅助增压器具有通过管路依次相接的续流式燃烧室、辅助增压器涡轮、辅助增压器压气机和电加热器，续流式燃烧室通过管路与外源补气口和所述自身压气机相连，电加热器通过管路与所述被测涡轮相连。

作为一种改进，所述被测涡轮通过管路与辅助增压器压气机相连。

作为一种改进，所述被测涡轮入口管路上设置标准喷嘴流量计。

作为一种改进，所述自身压气机上引一出口管路至压气机双纽线流量计。

本发明的有益效果在于：

(1)通过设置辅助增压器，利用其高转速运行提高被测涡轮工质性能稳定性。

(1)利用被测涡轮排气热量和压气机的自循环气流的压力能和温度能，节省节省续流式燃烧室的油耗和电加热器电耗。

(3)电加热器的设置保证工质干净、性能稳定。

附图说明

图1为排气迥流电加热涡轮性能试验台结构示意图。

图中的附图标记为：

被测涡轮1，自身压气机2，辅助增压器涡轮3，辅助增压器压气机4，续流式燃烧室5，电加热器6，压气机双纽线流量计7，标准喷嘴流量计8。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明进一步加以描述。

本实施例中的排气迥流电加热涡轮性能试验系统，包括被测涡轮1和自身压气机2，还包括辅助增压器。

辅助增压器具有如下结构：续流式燃烧室5、辅助增压器涡轮3、辅助增压器压气机4和电加热器6通过管路依次相接，续流式燃烧室5通过管路与外源补气口A和所述自身压气机2相连，电加热器6通过管路与所述被测涡轮1相连。被测涡轮1还通过管路与辅助增压器压气机4相连。被测涡轮1入口管路上设置标准喷嘴流量计8，自身压气机2上引一出口管路至压气机双纽线流量计7。

本发明中系统的工作方式是：辅助增压器涡轮3的工质由作为测功器的自身压气机2自循环来提供，并由续流式燃烧室5确保其必需的压力和温度。由于自身压气机2出口空气有一定的压力和温度，从而减少了续流式燃烧室5的油耗量。通过将被测涡轮1的排气回收再循环，通过辅助增压器压气机4提升压力，通过电加热器6提升温度，通过外源补气或涡轮排气旁通来调节流量。将回收的排气和气源补气的混合气流采用电加热方法提升温度，不仅便于控制，还可确保介质干净。

通过这样的设置，可以将干净的并具有较高温度和压力的涡轮排气回收再循环，可回收部分热量，节省电能的方案。由于辅助增压器转速很高，在转动惯量作用下，使辅助增压器压气机出口气流参数稳定，满足了涡轮工质稳定性的要求。

作为一个示例，不计管道散热条件下，计算表明一台50～70kW的4缸柴油机用的涡轮增压器中：

被测涡轮1：其介质的入口参数为：流量0.132kg/s，入口温度747℃，入口压力290kPa，该涡轮可发出功率9.196kW；

被其驱动的自身压气机2：其介质入口参数。为：流量0.12kg/s，压力101kPa，温度298℃。消耗功率为9.1483kW。出口参数为：压力187kPa，温度90℃；

辅助增压器涡轮3其流量由自身压气机2出口流量0.12kg/s加风源补充流量0。08kg/s合成，经续流式燃烧室5加温至750℃，666.62kPa，发出55.5kW功率；

辅助增压器压气机4：在辅助增压器涡轮3驱动下，使入口温度为450℃，流量为0.15kg/s的工质由101kPa压缩为290kPa，且温度达到747℃；

空气电加热器5：将涡轮排出的0.132kg/s、444.8℃的气流与外源补气口A的气流(0.018kg/s、20℃)合成，并加热至450℃。消耗电能11.3756kW。若不采用排气迥流方案，涡轮工质直接由电加热器6升温，则需消耗电能87kW，为本发明耗电的7.6倍。

最后，以上公布的仅是本发明的具体实施例。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种排气迥流电加热涡轮性能试验系统，包括被测涡轮和自身压气机，其特征在于，还包括辅助增压器；所述辅助增压器具有通过管路依次相接的续流式燃烧室、辅助增压器涡轮、辅助增压器压气机和电加热器，续流式燃烧室通过管路与外源补气口和所述自身压气机相连，电加热器通过管路与所述被测涡轮相连。

2.根据权利要求1所述的排气迥流电加热涡轮性能试验系统，其特征在于，所述被测涡轮通过管路与辅助增压器压气机相连。

3.根据权利要求1或2所述的任意一种排气迥流电加热涡轮性能试验系统，其特征在于，被测涡轮入口管路上设置标准喷嘴流量计。

4.根据权利要求1或2所述的任意一种排气迥流电加热涡轮性能试验系统，其特征在于，所述自身压气机上引一出口管路至压气机双纽线流量计。

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