CN102288414A

CN102288414A - 一种涡轮增压器试验中替代高温燃气的电加热系统

Info

Publication number: CN102288414A
Application number: CN2011101199875A
Authority: CN
Inventors: 胡涛; 刘猛; 庞丽萍; 董素君; 袁领双
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2011-05-10
Publication date: 2011-12-21

Abstract

一种涡轮增压器试验中替代高温燃气的电加热系统，其特征在于包括：电加热器(组)(6)，功率调节器(组)(11)，调功柜(10)，流量计(2)，调节阀(组)(3)等。通过使用电加热的系统产生高温气体，替代传统所用的高温燃气来冲击涡轮做功并带动增压器运转。相比传统的方法，本发明的涡轮增压器试验的电加热系统具有系统简单、安全可靠；清洁无污染，而且不会超温烧坏涡轮；涡轮入口温度稳定性高，温度调节的精度也更高；流量及涡轮入口压力调节范围更宽，精度也更高；寿命更长，使用和维护方便，经济性较高等多项优点。

Description

一种涡轮增压器试验中替代高温燃气的电加热系统

技术领域

本发明属于涡轮增压器试验技术领域，具体涉及一种电加热系统产生高温气体用于替代涡轮增压器试验中的高温燃气来冲击涡轮。

背景技术

在现有技术中，汽车或航空用涡轮增压器的试验均是用燃气发生器通过燃烧产生高温的燃气来模拟发动机排气用于冲击涡轮并带动增压器运转。这种方案的缺陷在于：燃气的压力或流量难以控制，且可控范围较窄；燃烧的稳定性不高，进入涡轮的燃气温度难以精确控制；燃气发生器点火启动时产生的燃气可能会超温以至烧坏涡轮叶片；由于燃烧不充分，燃气中难免会含有碳粒、油污等杂质，这些杂质会留在管壁及涡轮内部，甚至会随气流进入后续管路和设备，对涡轮及其他设备造成影响；需要使用燃油，或者酒精等燃料，存在一定的安全隐患；燃气发生器系统较复杂，燃烧器本体寿命不长，可靠性较差，运行维护不便。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明提出了一种涡轮增压器试验中替代高温燃气的电加热系统，该系统结构简单，不仅能够有效克服上述缺点，而且能够产生同等做功能力的高温气体替代高温燃气用于涡轮增压器的试验。

根据本发明的一个方面，提供了一种涡轮增压器试验中替代高温燃气的电加热系统，其特征在于包括：

并联或者(和)串联的电加热器(组)，

控制所述电加热器(组)加热功率的功率调节器(组)(简称调功器)，

用于安装所述调功器(组)的调功柜，

安装在电加热器总管上的流量计，用于测量进入涡轮的气体的质量流量，

安装在电加热器总管上的调节阀(组)，用于调节进入涡轮的气体的质量流量或者压力，

安装在涡轮进口管上，用于测量涡轮入口气体参数的温度传感器和压力传感器，

用于安装和连接所述电加热器、流量计、调节阀、传感器、调功柜等所需的阀门、支架、管件、连接件、紧固件、动力电缆、信号电缆等。

与燃气发生器系统相比，本发明的主要优点包括：

(1)系统结构简单，安全和可靠性更高，

(2)产生的高温空气清洁无污染，而且不会超温烧坏涡轮，

(3)涡轮入口温度稳定性高，更容易调温，而且调节的精度也高，

(4)流量及涡轮入口压力调节范围更宽，精度也更高。

(5)寿命更长，使用和维护方便，经济性较高。

附图说明

图1是本发明的涡轮增压器试验中替代高温燃气的电加热系统的一个实施例的流程示意图。

附图标记：

1-电加热器进气(压缩空气)总管，2-流量计，3-调节阀，4-手动闸阀，5-开关控制阀，6-电加热器，7-温度传感器，8-压力传感器，9-涡轮进气管，10-调功柜，11-功率调节器，12-调功器动力线，13-电加热器动力线，

具体实施方式

根据本发明的一个实施例的涡轮增压器试验中替代高温燃气的电加热系统如图1所示，它包括两台对称并列安装的电加热器6，每台电加热器入口管路5上安装一台手动闸阀4和一台开关控制阀5，每台电加热器6均由一台功率调节器11(简称调功器)调节其加热功率。根据本发明的一个具体实施例，两台调功器11均安装于调功柜10内。电加热器进口总管1上安装流量计2和调节阀3，分别用于监测和控制经电加热器6加热后进入涡轮(未显示)的高温空气的流量或者压力。涡轮的进气管9上设置温度传感器7和压力传感器8，用于检测涡轮入口气体状态参数。

在做涡轮增压器试验时，当一切准备就绪后开启压缩空气供气，则压缩空气由总管1进入该系统，由测控系统(未显示)设定所需的涡轮入口9空气质量流量和温度，则经过调节阀3调节到给定的质量流量，经过调功器11调节加载于电加热器6上的功率来调节涡轮入口9的空气温度到指定值，从而满足涡轮增压器试验的需求。当需要考虑涡轮入口压力时，调节阀3则又可以用于调节涡轮入口的压力。

由于本实施例中两台电加热器6完全对称并列安装，当其入口管路5上阀门全开时，进入两台电加热器6的空气流量完全相等，两个电加热器的工作状况也应该完全相同。当做小流量试验需要的空气流量较小时，如果一台电加热器工作就能满足需求，那么可以关闭其中一台电加热器入口的阀门5，只让另一台电加热器工作。

由于现阶段技术的发展状况，电加热器的加热元件所能承受的最高温度有一定的限制，从而限制了所能加热的空气温度最高约800℃，而燃气的最高温度往往能超过900℃。为了弥补这一温差带来的不足，可以采用增加电加热系统中气体流量的方法。因为无论是高温燃气还是电加热产生的高温气体冲击涡轮，最终的目的都是要对涡轮做功用于带动增压器，只要电加热产生的高温气体和高温燃气对涡轮的做功能力相当即可。具体增加多少流量，可以根据涡轮入口气体焓流量相等来大致确定。因此，在做800℃以下的涡轮增压器试验时，可以直接用本发明的系统将空气加热到所需的温度；在需要做800℃以上的涡轮增压器试验时，就可以采用在原有所需设定的参数基础上增大空气流量的方法，只不过该方法对同时研究涡轮性能的试验结果可能会有一定误差。

以上结合一个具体实施例对本发明进行了描述，所用到的数据都是说明性的而非限定性的，但应当理解本发明不限于上述具体描述的实施例，在不脱离本发明的范围和精神的前提下，可以对本发明进行各种变形、替换和/或修正，而这些变形、替换和/或修正均属于所附权利要求书所限定的本发明的范围。

Claims

1.一种涡轮增压器试验中替代高温燃气的电加热系统，其特征在于

电加热器(6)，用于对进入涡轮的气体进行加热；

调功器(11)，用于控制所述电加热器(6)的加热功率。

2.根据权利要求1的电加热系统，其特征在于：

所述电加热器(6)包括至少一台电加热器。

3.根据权利要求1的电加热系统，其特征在于：

所述电加热器(6)包括多台电加热器。

4.根据权利要求3的电加热系统，其特征在于所述多台电加热器相互并联。

5.根据权利要求3的电加热系统，其特征在于所述多台电加热器也可以是相互串联，或者并联串联想结合。

6.根据权利要求3至5之一的电加热系统，其特征在于：

所述调功器(11)包括分别为所述多台电加热器中的每一台电加热器设置的一个调功器，用于调节所述每一台电加热器(6)的加热功率。

7.根据权利要求6的电加热系统，其特征在于：

所述调功器(11)安装于调功柜(10)中。

8.根据权利要求3的电加热系统，其特征在于进一步包括：

安装在电加热器总管(1)上的流量计(2)，用于测量进入涡轮增压器的气体流量，

安装在所述总管上(1)的调节阀(3)，用于调节进入涡轮增压器的气体质量流量和/或压力。

9.根据权利要求8的电加热系统，其特征在于进一步包括：

安装在涡轮进口管路上的温度传感器(7)和压力传感器(8)，用于测量涡轮进气管(9)内即涡轮入口的气体的参数。