CN102095583A - 一种机械增压器性能试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种应用于试验设备领域机械增压器性能试验装置,所述的性能试验装置包括试验装置基座(27),固定安装在试验装置基座(27)上的电机(26),所述的电机(26)通过皮带(13)与设置在试验装置基座(27)上的机械增压器(9)连接,机械增压器(9)通过增压器支架(11)卡装在试验装置基座(27)上。本发明的性能试验装置,可方便地用于测量增压器在不同转速、不同压比下的驱动扭矩、轴功率、风机进口流量、风机进口和出口的压力和温度、润滑油温度、轴承温度、振动、噪声等,获得增压器的各种性能,从而快捷,方便地实现评估增压器的结构可靠性的目的。
Description
技术领域
本发明涉及试验设备领域,更具体的说,本发明是涉及一种机械增压器性能试验装置。
背景技术
机械增压是发动机增压的一种方式,作为机械增压的增压器通常有罗茨式、螺旋式和离心式等,它们装置在发动机上并由皮带与发动机曲轴相连接,从发动机输出轴获得动力来驱动增压器的转子旋转,从而将空气增压并输送到发动机气缸内。机械增压器与发动机的良好匹配是保证发动机和增压器高效运行的关键,这些匹配包括转速的匹配、压力的匹配和流量的匹配。准确获得机械增压器性能对机械增压器与发动机的匹配、机械增压器性能分析及改进都有着重要作用。此外,机械增压器还必须具有良好的可靠性。机械增压器的基本性能参数包括进出口压力、温度、流量、转速、轴功率等;此外,还可以根据基本性能参数得到机械增压器的容积效率、绝热效率、机械效率等。机械增压器综合性能试验台就是测定机械增压器性能参数及机械增压器可靠性考核的装置,它采用变频电机作为驱动力模拟发动机实际运行的各种工况,通过带轮和皮带驱动机械增压器运转,试验介质为空气。机械增压器综合性能试验台主要是测量机械增压器在不同转速、不同压比下的驱动扭矩、轴功率、风机进口流量、风机进口和出口的压力和温度、润滑油温度、轴承温度、振动、噪声等,获得机械增压器的各种性能,评估结构的可靠性。而国内现有技术资料中还没有关于机械增压器性能试验装置的的相关装置,国外也仅有试验方面的标准。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:针对现有技术的不足,提供一种结构简单,能准确测定机械增压器性能参数及其可靠性的机械增压器性能试验装置。
要解决以上所述的技术问题,本发明采取的技术方案为:
本发明为一种机械增压器性能试验装置,所述的性能试验装置包括试验装置基座,固定安装在试验装置基座上的电机,所述的电机通过皮带与设置在试验装置基座上的机械增压器连接,所述的机械增压器通过增压器支架卡装在试验装置基座上。
所述的电机与机械增压器之间还包括行星增速器,所述的行星增速器一端与电机连接,另一端与轴承支架I上的带轮轴I连接,带轮轴I上安装主带轮,所述的带轮轴I与轴承支架I之间安装轴承I,所述的皮带一端连接主带轮,另一端连接和机械增压器转轴连接的带轮,所述的电机为变频电机。
所述的试验装置基座包括上层台面和下层底面,所述的电机通过电机支架固定安装在下层底面上,所述的增压器支架设置在上层台面上。
所述的行星增速器与带轮轴I之间还包括扭矩仪,所述的扭矩仪与行星增速器和带轮轴I之间分别设置联轴器I和联轴器II。
所述的试验装置基座上设置轴承支架II及带轮轴II,带轮轴II通过轴承II安装在轴承支架II上,带轮轴II与带轮连接,所述的机械增压器与带轮轴II之间设置扭矩仪,扭矩仪与机械增压器和带轮轴II之间分别设置联轴器I和联轴器II,所述的机械增压器与联轴器II之间安装凸缘联轴器。
所述的机械增压器包括增压器进口和增压器出口,增压器进口与流量计连接,流量计与空气滤清器连接,所述的增压器进口与流量计之间设置进口软管,进口软管上设置进口总压传感器和进口温度传感器,所述的空气滤清器和流量计分别通过滤清器支架和流量计支架固定在上层台面上。
所述的增压器出口通过出口软管与电动阀连接,出口软管位于与电动阀连接的一端内设置整流格栅,电动阀与出口软管连接的一端上设置出口总压传感器和出口温度传感器,所述的电动阀通过电动阀支架安装在上层台面上,电动阀的另一端与消声器连接,所述的电动阀与控制电动阀开度的电磁阀控制系统连接。
所述的电机与行星增速器之间通过连接套I用键连接在一起,所述的行星增速器与带轮轴I之间通过连接套II用键连接在一起,所述的联轴器I和联轴器II分别为双膜片联轴器和单膜片联轴器,单膜片的联轴器I与行星增速器通过键连接在一起,双膜片的联轴器II与带轮轴I通过键连接在一起。
所述的机械增压器性能试验装置还包括张紧轮组件,所述的张紧轮组件设置在主带轮和从带轮之间,张紧轮组件固定安装在试验台支架上,所述的皮带为多楔带。
采用本发明的技术方案,能得到以下的有益效果:
本发明的试验装置,其动力装置为变频电机,变频电机通过多楔带驱动机械增压器运转,能够真实反映机械增压器的运行状况,试验结果真实可信。
增压器出口设置电控阀门,可方便快捷地调节增压器的压比,电机后设置的行星增速器可将变频电机输出的转速提高三到五倍,行星增速器具有承载能力强,运转平稳,且适于高速传动的优点。
本发明的试验装置,充分考虑减振,在扭矩仪前后设置了膜片联轴器,在增压器进出口使用软管连接,主要零部件,如变频电机、机械增压器、电动阀门等的支架上均使用减振块;另外,还在增压器出口处设置消声器,这样可以充分减少振动和噪声,保证性能试验装置的平稳运行。
本发明的性能试验装置为一体式结构,便于整体移动,可适用于不同的试验场合。本发明的部分零件的通用性和互换性强,既可以有效降低零件加工成本,又可以减少因零部件损坏造成试验故障的维修时间和维修成本,提高试验效率。还可适用于不同型号的增压器试验,通用性强。
本发明的性能试验装置可以进行性能试验、可靠性试验和其他试验,仅需改变几个零部件和测试仪表的位置就可实现多种试验方案,试验方案的改变方便快捷,容易实现。
本发明的性能试验装置,既可以用于罗茨式、螺杆式和离心式机械增压器性能试验和可靠性试验,也可以用其他类似结构的风机的性能试验和可靠性试验。
本发明的性能试验装置,可方便地用于测量增压器在不同转速、不同压比下的驱动扭矩、轴功率、风机进口流量、风机进口和出口的压力和温度、润滑油温度、轴承温度、振动、噪声等,获得增压器的各种性能,从而快捷,方便地实现评估增压器的结构可靠性的目的。
附图说明
下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作出简要的说明:
图1为本发明所述的机械增压器性能试验装置的实施方式一的前视结构示意图;
图2为图1所述的机械增压器性能试验装置的实施方式一的侧视结构示意图;
图3为本发明所述的机械增压器性能试验装置的实施方式二的前视结构示意图;
图中标记为:1、空气滤清器;2、空气滤清器支架;3、流量计支架;4、流量计;5、进口总压传感器;6、进口温度传感器、7、进口软管;8、增压器进口;9、机械增压器;10、增压器出口;11、增压器支架;12、从带轮;13、皮带;14、张紧轮组件;15、主带轮;16、带轮轴I;17、轴承I;18、轴承支架I;19、联轴器I;20、扭矩仪;21、扭矩仪支架;22、联轴器II;23、行星增速器;24、连接套I;25、电机支架;26、电机;27、试验装置基座;28、出口软管;29、整流格栅;30、出口总压传感器;31、出口温度传感器;32、电动阀;33、电动阀支架;34、消声器;35、凸缘联轴器;36、上层台面;37、带轮轴II;38、下层底面;39、连接套II;40、电磁阀控制系统;41、轴承支架II;42、轴承II。
具体实施方式
下面对照附图,通过对实施例的描述,对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明:
如附图1-3所示,本发明为一种机械增压器性能试验装置,所述的性能试验装置包括试验装置基座27,固定安装在试验装置基座27上的电机26,所述的电机26通过皮带13与设置在试验装置基座27上的机械增压器9连接,所述的机械增压器9通过增压器支架11卡装在试验装置基座27上。
所述的电机26与机械增压器9之间还包括行星增速器23,所述的行星增速器23一端与电机26连接,另一端与轴承支架I 18上的带轮轴I 16连接,带轮轴I 16上安装主带轮15,所述的带轮轴I 16与轴承支架I 18之间安装轴承I 17,所述的皮带13一端连接主带轮15,另一端连接和机械增压器9转轴连接的带轮12,所述的电机26为变频电机。
所述的试验装置基座27包括上层台面36和下层底面38,所述的电机26通过电机支架25固定安装在下层底面38上,所述的增压器支架11设置在上层台面36上。
所述的行星增速器23与带轮轴I 16之间还包括扭矩仪20,所述的扭矩仪20与行星增速器23和带轮轴I 16之间分别设置联轴器I 19和联轴器II22。
所述的试验装置基座27上设置轴承支架II41及带轮轴II37,带轮轴II37通过轴承II42安装在轴承支架II41上,带轮轴II37与带轮12连接,所述的机械增压器9与带轮轴II37之间设置扭矩仪20,扭矩仪20与机械增压器9和带轮轴II37之间分别设置联轴器I 19和联轴器II22,所述的机械增压器9与联轴器II22之间安装凸缘联轴器35。
所述的机械增压器9包括增压器进口8和增压器出口10,增压器进口8与流量计4连接,流量计4与空气滤清器1连接,所述的增压器进口8与流量计4之间设置进口软管7,进口软管7上设置进口总压传感器5和进口温度传感器6,所述的空气滤清器1和流量计4分别通过滤清器支架2和流量计支架3固定在上层台面36上。
所述的增压器出口10通过出口软管28与电动阀32连接,出口软管28位于与电动阀32连接的一端内设置整流格栅29,电动阀32与出口软管28连接的一端上设置出口总压传感器30和出口温度传感器31,所述的电动阀32通过电动阀支架33安装在上层台面36上,电动阀32的另一端与消声器34连接,所述的电动阀32与控制电动阀32开度的电磁阀控制系统40连接。
所述的电机26与行星增速器23之间通过连接套I 24用键连接在一起,所述的行星增速器23与带轮轴I 16之间通过连接套II39用键连接在一起,所述的联轴器I 19和联轴器II22分别为双膜片联轴器和单膜片联轴器,单膜片的联轴器I 22与行星增速器23通过键连接在一起,双膜片的联轴器II19与带轮轴I 16通过键连接在一起。
所述的机械增压器性能试验装置还包括张紧轮组件14,所述的张紧轮组件14设置在主带轮15和从带轮12之间,张紧轮组件14固定安装在试验装置基座27上,所述的皮带13为多楔带。
增压器与发动机的良好匹配是保证发动机和增压器高效运行的关键,这些匹配包括转速的匹配、压力的匹配和流量的匹配。准确获得增压器性能对增压器与发动机的匹配、增压器性能分析及改进都有着重要作用。此外,增压器还必须具有良好的可靠性。
增压器的基本性能参数包括进出口压力、温度、流量、转速、轴功率等;此外,还可以根据基本性能参数得到增压器的容积效率、绝热效率、机械效率等。
增压器性能试验装置就是测定增压器性能参数及增压器可靠性考核的装置,它采用变频电机作为驱动力模拟发动机实际运行的各种工况,通过带轮和皮带驱动增压器运转,试验介质为空气。
本发明所述的增压器性能试验装置的结构如图1-图3所示。
先结合附图1和附图2说明试验装置的实施方式一的实施过程。
试验时,外界空气经过空气滤清器1进入流量计4测流量,随后经过进口总压传感器5和进口温度传感器6,测量完总压和温度后,气流从增压器进口8进入机械增压器9内,经过机械增压器9压缩后的气流从增压器出口10流出。由于增压器出口10处的气流非常紊乱,为了提高出口压力和温度的测量精度,在增压器出口10后面设置一个整流格栅29,从增压器出口10流出的气流经过整流格栅29整流后,流动相对稳定,整流后的气流然后经过出口总压传感器30和出口温度传感器31,测量完总压和温度后的气流经过电动阀32流向消声器34。
电动阀32的开度由性能试验装置的电磁阀控制系统40控制,用以调节增压器出口的排气背压并控制增压器的压比。经过消声后的气流最终流向试验室内的排气系统。为了减弱增压器9在运转过程中的振动对前后测试设备的影响,在增压器进口8与流量计4之间及增压器出口10与整流格栅29之间分别设置了进口软管7和出口软管28,出口软管的作用用于隔振。
空气滤清器1、流量计4、机械增压器9和电动阀32分别由空气滤清器支架2、流量计支架3、增压器支架11和电动阀支架33支撑,并固定在试验装置基座27的上层台面36上。试验装置基座27的上层台面36上设置多个安装定位孔,这些预留的安装定位孔可以根据需要将空气滤清器支架2、流量计支架3、增压器支架11和电动阀支架33定位在上层台面36的不同位置上。
驱动机械增压器9转动的动力装置是变频电机26。变频电机26与行星增速器23之间通过连接套I 24用键连接在一起,经过行星增速器23增速后的扭矩通过单膜片的联轴器II22传递到扭矩仪20,扭矩仪20后面的双膜片的联轴器I 19连接着扭矩仪20和带轮轴I 16。
扭矩仪20前后设置的单膜片的联轴II器22和双膜片的联轴器I 19是为了减弱变频电机26的振动及后面的主带轮15的转动对扭矩仪20测试精度的影响并提高扭矩仪20的寿命。扭矩仪20前的单膜片的II联轴器22与行星增速器23通过键连接在一起,扭矩仪20后面的双膜片的联轴器I 19与带轮轴I 16通过键连接在一起。经过扭矩仪20的扭矩和转速通过带轮轴I 16传递到主带轮15,带轮轴I 16由轴承I 17支承着,带轮轴I 16的一端通过键与扭矩仪20后的双膜片的联轴器I 19连接在一起,带轮轴I 16的另一端则插入到主带轮15的内孔中。皮带13将主带轮15的转速和扭矩传递给从带轮12并最终带动机械增压器9转动,张紧轮组件14设置在主带轮15和从带轮12之间并固定在试验装置基座27上,张紧轮组件14可以调节皮带13的张紧力。
行星增速器23为性能试验装置的第一级增速机构,主带轮15、张紧轮组件14、皮带13和从带轮12等构成了本发明所述的性能试验装置的第二级增速机构。电机26、扭矩仪20、轴承I 17分别由电机支架25、扭矩仪支架21、轴承支架I 18支撑并固定在试验装置基座27的下层底面38上。试验装置基座27的下层底面38上预留又多个安装定位孔,这些安装定位孔可以根据需要将变频电机支架25、扭矩仪支架21、轴承支架18定位在不同的位置上。
下面结合附图2和附图3说明试验方案二的实施过程。
本发明的实施方式二与实施方式一的主要区别在于扭矩仪20在性能试验装置中的位置不同,实施方式二将扭矩仪20及其前后的联轴器II22和联轴器I 19由实施方式一的位于行星增速器23和主带轮15之间调整到机械增压器9和从带轮12之间。在这一方案中,新增加的带轮轴II37一端插入从带轮12的内孔中,另一端通过键与扭矩仪20后的双膜片的联轴器I 19连接在一起,带轮轴II37由轴承II42支撑并通过轴承支架II41固定在试验装置27上;另外,凸缘联轴器35将机械增压器9与扭矩仪20前的联轴器II22连接在一起。
由于在机械增压器9和从带轮12之间增加了凸缘联轴器35、联轴器II22、扭矩仪20、联轴器I 19和带轮轴II37,所以机械增压器9及其前后的进排气管路、仪表都要向进气方向一侧平移。相应的,由于将扭矩仪20及其前后的联轴器II22和联轴器I 19由试验装置基座27的下层底面38移动到上层台面36上,这样,变频电机26和行星增速器23的位置则要向主带轮15侧移动,并通过连接套II39将行星增速器23与带轮轴I 16连接在一起。主带轮15、张紧轮组件14、皮带13和从带轮12位置和结构不变,机械增压器9前后的空气管路、阀门及测量仪表均不需做改动,因此实施方式一和实施方式二的侧视图相同,如附图2所示。
在本发明的实验装置的实施方式二中,主带轮15、张紧轮组件14、皮带13和从带轮12等构成了性能试验装置的第一级增速机构,而行星增速器23则为性能试验装置的第二级增速机构。
为了降低零件加工成本和试验成本,提高零部件的通用性和互换性,实施方式二中新增加的轴承II42、带轮轴II37、轴承支架II41分别与实施方式一中的轴承I 17、带轮轴I 16、轴承支架II18的结构完全相同。
机械增压器装配在发动机上一般都是通过轮系由发动机曲轴驱动,为了模拟机械增压器装配发动机在不同转速不同负荷下机械增压器的性能,本发明采用变频电机并通过轮系驱动机械增压器转动,通过改变变频电机的转速来改变罗茨风机的转速;同时在性能试验装置的机械增压器出口设置电动阀,电动调节电动阀的不同开度,以调节机械增压器出口的排气背压并控制机械增压器的压比。为了减振、提高精度并延长仪器使用寿命,本发明的性能试验装置在扭矩仪前后分别设置单膜片的联轴器II22和双膜片联轴器I 19,采用联轴器是为了缩短传动机构的长度,减小传动机构的挠度。为了减弱机械增压器在运转过程中的振动对前后测试设备的影响,在机械增压器进出口处分别采用软管连接用于隔振。机械增压器出口处的气流非常紊乱,为了提高出口压力和温度的测量精度,在机械增压器出口附近设置一个整流格栅。
带动机械增压器转动的动力装置是变频电机,由于机械增压器转速较高,达到甚至超过两万rpm,一般电机很难达到这个转速,所以在机械增压器和变频电机之间设置了两级增速机构,第一级增速机构是行星增速器,第二级增速机构由主带轮、张紧轮组件、皮带和从带轮等组成。行星增速器紧靠变频电机后,它可以将电机输出的转速提高三到五倍;主带轮、张紧轮组件、多楔带和从带轮等组成的增速机构位于行星增速器的后面,它们也可以将转速提高三到五倍,这样,普通电机输出的1500rpm左右的转速,经过两级增速机构的增速后完全可以达到甚至超过2万rpm的转速。
机械增压器的转速可以利用如下公式计算得到:
机械增压器转速=电机转速×行星增速器增速倍数×主从动带轮的传动比。
为了防止多楔带的皮带与主从动带轮相对滑动,准确获得增压器的转速,本发明的性能试验装置还采用一个独立的光电式转速传感器来测带轮的转速。
本发明的性能试验装置采用两种实施方式来兼顾可靠性试验和性能试验。
实施方式一是将扭矩仪及其前后的连接装置放置在行星增速器和主带轮之间,相对于变频电机输出的扭矩,扭矩仪及其前后连接装置传递的扭矩较低;相对于机械增压器的转速,扭矩仪及其前后连接装置的转速较低,这种相对的低扭矩和低转速,有利于扭矩仪及其前后连接装置的长期运行并保持其可靠性。所以实施方式一特别适合于机械增压器的可靠性试验。
实施方式二是将扭矩仪及其前后连接装置放置在机械增压器和从带轮之间,扭矩仪测试的扭矩是直接传递给机械增压器的扭矩,此时扭矩仪的转速和机械增压器的转速相同,根据该扭矩和转速便可准确计算得到机械增压器直接消耗的功率。而常规的机械增压器试验台,为了得到机械增压器消耗的功率,一般是将电机输出功率减去轴系和轮系消耗的功率,而轴系和轮系消耗的功率通常是根据经验估算的,通过这种方法得到的机械增压器消耗功并不准确,为增压器的匹配及进一步的性能提升都带来了问题。所以实施方式二特别适合于机械增压器对精度要求较高的性能试验。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述,显然本发明具体的实现并不受上述方式的限制,只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进,或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的,均在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种机械增压器性能试验装置,其特征在于:所述的性能试验装置包括试验装置基座(27),固定安装在试验装置基座(27)上的电机(26),所述的电机(26)通过皮带(13)与设置在试验装置基座(27)上的机械增压器(9)连接,机械增压器(9)通过增压器支架(11)卡装在试验装置基座(27)上。
2.根据权利要求1所述的机械增压器性能试验装置,其特征在于:所述的电机(26)与机械增压器(9)之间还包括行星增速器(23),所述的行星增速器(23)一端与电机(26)连接,另一端与轴承支架(18)上的带轮轴I(16)连接,带轮轴I(16)上安装主带轮(15),所述的带轮轴I(16)与轴承支架(18)之间安装轴承(17),所述的皮带(13)一端连接主带轮(15),另一端连接和机械增压器(9)转轴连接的带轮(12),所述的电机(26)为变频电机。
3.根据权利要求1或2所述的机械增压器性能试验装置,其特征在于:所述的试验装置基座(27)包括上层台面(36)和下层底面(38),所述的电机(26)通过电机支架(25)固定安装在下层底面(38)上,所述的增压器支架(11)设置在上层台面(36)上。
4.根据权利要求3所述的机械增压器性能试验装置,其特征在于:所述的行星增速器(23)与带轮轴I(16)之间还包括扭矩仪(20),所述的扭矩仪(20)与行星增速器(23)和带轮轴I(16)之间分别设置联轴器I(19)和联轴器II(22)。
5.根据权利要求3所述的机械增压器性能试验装置,其特征在于:所述的试验装置基座(27)上设置轴承支架II(41)及带轮轴II(37),带轮轴II(37)通过轴承II(42)安装在轴承支架II(41)上,带轮轴II(37)与带轮(12)连接,所述的机械增压器(9)与带轮轴II(37)之间设置扭矩仪(20),扭矩仪(20)与机械增压器(9)和带轮轴II(37)之间分别设置联轴器I(19)和联轴器II(22),所述的机械增压器(9)与联轴器II(22)之间安装凸缘联轴器(35)。
6.根据权利要求4或5所述的机械增压器性能试验装置,其特征在于:所述的机械增压器(9)包括增压器进口(9)和增压器出口(10),增压器进口(8)与流量计(4)连接,流量计(4)与空气滤清器(1)连接,所述的增压器进口(8)与流量计(4)之间设置进口软管(7),进口软管(7)上设置进口总压传感器(5)和进口温度传感器(6),所述的空气滤清器(1)和流量计(4)分别通过滤清器支架(2)和流量计支架(3)固定在上层台面(36)上。
7.根据权利要求6所述的机械增压器性能试验装置,其特征在于:所述的增压器出口(10)通过出口软管(28)与电动阀(32)连接,出口软管(28)位于与电动阀(32)连接的一端内设置整流格栅(29),电动阀(32)与出口软管(28)连接的一端上设置出口总压传感器(30)和出口温度传感器(31),所述的电动阀(32)通过电动阀支架(33)安装在上层台面(36)上,电动阀(32)的另一端与消声器(34)连接,所述的电动阀(32)与控制电动阀(32)开度的电磁阀控制系统(40)连接。
8.根据权利要求4所述的机械增压器性能试验装置,其特征在于:所述的电机(26)与行星增速器(23)之间通过连接套I(24)用键连接在一起,所述的行星增速器(23)与带轮轴I(16)之间通过连接套II(39)用键连接在一起,所述的联轴器I(19)和联轴器II(22)分别为双膜片联轴器和单膜片联轴器,单膜片的联轴器I(22)与行星增速器(23)通过键连接在一起,双膜片的联轴器II(19)与带轮轴I(16)通过键连接在一起。
9.根据权利要求8所述的机械增压器性能试验装置,其特征在于:所述的机械增压器性能试验装置还包括张紧轮组件(14),所述的张紧轮组件(14)设置在主带轮(15)和从带轮(12)之间,张紧轮组件(14)固定安装在试验台支架(27)上,所述的皮带(13)为多楔带。
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CN 201010573800 CN102095583A (zh) | 2010-12-04 | 2010-12-04 | 一种机械增压器性能试验装置 |
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