CN105115720B - 带有高压气体分流装置的双涡轮增压器性能测试试验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及涡轮增压器试验装置，具体是一种带有高压气体分流装置的双涡轮增压器自循环性能测试试验台。在主试验台架上，大流量主涡轮增压器的压气机出口端设有气体分流装置，把压气机压缩的高压气体分流到两个管路，一个管路的气体经主涡轮增压器自循环联通阀回到主试验台架燃烧室；另一个管路的气体经副试验台架通路控制阀，经副试验台架燃烧室驱动小流量副涡轮增压器，待小流量副涡轮增压器平稳运转后，关闭副试验台架通路控制阀。本发明能够真实模拟出实际状态下的性能测试，同时可以满足两台不同型号的涡轮增压器试验，用于进行各种试验工况。而且，其机械结构简单、易于调整、节能减排和降低成本，提高试验效率。

Description

带有高压气体分流装置的双涡轮增压器性能测试试验台

技术领域

本发明涉及涡轮增压器试验装置，更具体地说是一种带有高压气体分流装置的双涡轮增压器自循环性能测试试验台。

背景技术

涡轮增压器是利用内燃机排气能量推动涡轮做功，增大内燃机进气压力，从而使内燃机功率提高，燃油消耗率和排气污染降低。“高效、节能、减排”是当今汽车发动机技术发展的主要目标，涡轮增压器的市场需求量不断增大，单纯的理论计算不能完全描述涡轮增压器的性能，必须通过实验测试其性能。因此，设计一台节能、环保、高效的涡轮增压器试验台，已是现在涡轮增压器研究发展的重要课题。

在已有的试验台中，一般采用外源压缩空气来驱动涡轮增压器，也可将压力机压出的高压空气加热后输入涡轮，驱动增压器运转。这两种试验台可以满足传统的涡轮增压器性能测试试验。但是，对自循环测试试验台而言，在启动时，由空压机提供高压气体，待平稳运转后，通过压气机的气体自循环供气。由于压气机吸入空气压缩后提供给燃烧室的空气量往往大于推动涡轮所需的空气量，空气能量没有充分利用，继而导致高压气体能量浪费。这种结构形式的涡轮增压器性能试验台无法充分利用压气机压缩的空气、不便于能量的充分利用、成本较高、不够节能，如何充分利用这部分能量已成为当今增压器台架的重要探索问题。

发明内容

为了避免上述现有技术所存在的不足，本发明的目的是提供一种带有高压气体分流装置的双涡轮增压器自循环性能测试试验台，该试验台不仅在功能上满足要求，能够在各种工况下真实地对涡轮增压器进行性能试验，而且机械结构简单、易于调整、成本降低，起到节能减排，能量充分利用的效果。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种带有高压气体分流装置的双涡轮增压器性能测试试验台，在主试验台架上，大流量主涡轮增压器的压气机出口端设有气体分流装置，把压气机压缩的高压气体分流到两个管路，一个管路连至主试验台架燃烧室，使气体引回主试验台架燃烧室加热；另一个管路连接到副试验台架的小流量副涡轮增压器，使气体作为小流量副涡轮增压器性能测试的空气源；

一个管路的气体经主涡轮增压器自循环联通阀回到主试验台架燃烧室；另一个管路的气体经副试验台架通路控制阀，经副试验台架燃烧室驱动小流量副涡轮增压器，待小流量副涡轮增压器平稳运转后，关闭副试验台架通路控制阀；

位于隔墙一侧的空压机通过管路经主试验台架喷油器连至主试验台架燃烧室，所述管路上设置两路：一路为放气管路，位于空压机进气阀与空压机之间，放气管路上设置空压机放气阀；另一路为主涡轮增压器自循环管路，位于空压机进气阀与主试验台架燃烧室之间；主涡轮增压器自循环管路上设置两路：一路为放气管路，放气管路上设置压气机放气阀；另一路为副试验台架通路，在副试验台架通路上设置副试验台架通路控制阀，副试验台架通路分出两路：一路经副试验台架喷油器连至副试验台架燃烧室，副试验台架燃烧室通过管路连至小流量副涡轮增压器，在所述副试验台架燃烧室与小流量副涡轮增压器连接的管路上设置副涡轮进口温度传感器、副涡轮进口压力传感器；另一路为副涡轮增压器自循环管路，副涡轮增压器自循环管路与小流量副涡轮增压器的副压气机通过胶管接头连通，在副涡轮增压器自循环管路与小流量副涡轮增压器连通处设置碰撞管，副涡轮增压器自循环管路上设置副压气机出口温度传感器、副涡轮增压器出口压力传感器、副涡轮增压器自循环联通阀。

所述的带有高压气体分流装置的双涡轮增压器性能测试试验台，主试验台架燃烧室一侧设置主试验台架喷油器，主试验台架燃烧室通过主试验台架喷油器点燃；副试验台架燃烧室设置副试验台架喷油器，副试验台架燃烧室通过副试验台架喷油器点燃。

所述的带有高压气体分流装置的双涡轮增压器性能测试试验台，主涡轮增压器自循环联通阀和副试验台架通路控制阀采用电子控制阀，控制阀的开度可调，以精确控制流量比例。

所述的带有高压气体分流装置的双涡轮增压器性能测试试验台，气体分流装置分流的两个管路直径不同，将气体引回主试验台架燃烧室的管路直径大于另一流向副试验台架的管路直径，增加主试验台架的驱动能力。

本发明的设计思想是：

本发明带有气体分流装置的涡轮增压器性能试验台，在增压器压气机出口端连接一套气体分流装置，把增压器压气机压缩的高压气体分流到两个管路，其中一个管路使气体引回燃烧室加热(这部分气体作为自循环的空气源，继而作为驱动涡轮增压器的高温气源)，另一个管路的高压气体通过连接到下一个试验台，作为另一台小型涡轮增压器(小流量副涡轮增压器)性能测试的空气源，经其自带的燃烧室加热后推动涡轮转动，待其正常运转后，关闭管路阀门，利用增压器压气机的出口气体，小流量副涡轮增压器使用自循环进行试验。这样，可以起到高压气体能量的充分利用，节能环保；与此同时，另一台小型涡轮增压器也无需配备单独的空压机，可以利用管路中的多余气体能量同时进行驱动，进行试验，从而降低试验成本，提高试验效率。

本发明的结构特点在于：

1、本发明的双涡轮增压器台架只需配备一个空压机，利用第一个涡轮增压器(大流量主涡轮增压器)压气端出口的多余压缩气体能量驱动第二台涡轮增压器(小流量副涡轮增压器)，起到降低成本，节能环保的作用。

2、本发明的气体分流装置在分流后的两个管路带有电子阀门装置，可以调节两个管路的空气流量比，满足不同型号的增压器试验。

3、本发明采用电子控制阀门精确控制管路流量以精确供给在不同工况下两台增压器所需的高压气体。应用的控制策略算法在确保两台涡轮增压器试验平稳运转的条件下，尽可能的实现高压气体能量的充分利用。

4、本发明气体分流装置在试验台上为可拆装的固定结构。

5、本发明试验台划分为风源室、试验台室和操作控制室，以降低试验台工作时的噪声对试验人员的影响。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明主要对涡轮增压器性能进行台架模拟，通过气体分流装置，尽可能的利用第一台涡轮增压器(大流量主涡轮增压器)出口的高压气体能量，驱动第二台涡轮增压器(小流量副涡轮增压器)，实现能量充分利用、降低能源使用、起到节能减排的目的。

2、本发明的电子阀门装置和电子控制策略系统能精确控制气体分流装置的阀门开度，继而精确控制两台涡轮增压器实际所需的高压气体流量，提高试验的准确性和效率。

3、本发明可以同时对两台涡轮增压器进行性能试验，其中一台所需的高压气体能量小于另一台，可以实现不同型号的涡轮增压器同时进行性能试验，满足企业多种品种的增压器试验要求。

4、本发明机械结构简单、成本较低、台架可靠性强，能满足涡轮增压器长期频繁试验的需要。

附图说明

图1为带有高压气体分流装置的双涡轮增压器自循环性能测试试验台整体示意图。

图2为带有高压气体分流装置的双涡轮增压器自循环性能测试试验台组件示意图。

图中标号：1空压机、2隔墙、3空压机放气阀、4空压机进气阀、5主试验台架喷油器、6主试验台架燃烧室、7主涡轮进口压力传感器、8主涡轮进口温度传感器、9主涡轮出口温度传感器、10主涡轮出口压力传感器、11大流量主涡轮增压器、12压力润滑油注入口、13胶管接头、14增压器测速装置、15主压气机进口压力传感器、16主压气机进口温度传感器、17双纽线流量计一、18主压气机出口温度传感器、19主压气机出口压力传感器、20碰撞管、21副试验台架通路控制阀、22压气机放气阀、23主涡轮增压器自循环联通阀、24副涡轮出口压力传感器、25副涡轮出口温度传感器、26副涡轮进口温度传感器、27副涡轮进口压力传感器、28小流量副涡轮增压器、29压力润滑油注入口、30增压器测速装置、31双纽线流量计二、32副压气机进口压力传感器、33副压气机进口温度传感器、34胶管接头、35碰撞管、36副压气机出口温度传感器、37副涡轮增压器出口压力传感器、38副试验台架燃烧室、39副试验台架喷油器、40副涡轮增压器自循环联通阀、41主压气机、42副压气机。

具体实施方式

以下通过具体实施方式，结合附图对本发明作进一步说明：

如图1-图2所示，本发明带有高压气体分流装置的双涡轮增压器性能测试试验台，主要包括：空压机1、隔墙2、空压机放气阀3、空压机进气阀4、主试验台架喷油器5、主试验台架燃烧室6、主涡轮进口压力传感器7、主涡轮进口温度传感器8、主涡轮出口温度传感器9、主涡轮出口压力传感器10、大流量主涡轮增压器11、压力润滑油注入口12、胶管接头13、增压器测速装置14、主压气机进口压力传感器15、主压气机进口温度传感器16、双纽线流量计一17、主压气机出口温度传感器18、主压气机出口压力传感器19、碰撞管20、副试验台架通路控制阀21、压气机放气阀22、主涡轮增压器自循环联通阀23、副涡轮出口压力传感器24、副涡轮出口温度传感器25、副涡轮进口温度传感器26、副涡轮进口压力传感器27、小流量副涡轮增压器28、压力润滑油注入口29、增压器测速装置30、双纽线流量计二31、副压气机进口压力传感器32、副压气机进口温度传感器33、胶管接头34、碰撞管35、副压气机出口温度传感器36、副涡轮增压器出口压力传感器37、副试验台架燃烧室38、副试验台架喷油器39、副涡轮增压器自循环联通阀40等，具体结构如下：

位于隔墙2一侧的空压机1通过管路经主试验台架喷油器5连至主试验台架燃烧室6，所述管路上设置空压机进气阀4，所述管路上还设置两路：一路为放气管路，位于空压机进气阀4与空压机1之间，放气管路上设置空压机放气阀3；另一路为主涡轮增压器自循环管路，位于空压机进气阀4与主试验台架燃烧室6之间，主涡轮增压器自循环管路上设置主涡轮增压器自循环联通阀23、主压气机出口温度传感器18、主压气机出口压力传感器19。

主试验台架燃烧室6通过管路连至大流量主涡轮增压器11，在所述管路上设置主涡轮进口压力传感器7、主涡轮进口温度传感器8。大流量主涡轮增压器11与主涡轮增压器自循环管路通过胶管接头13连通，在主涡轮增压器自循环管路与大流量主涡轮增压器11连通处设置碰撞管20。

主涡轮增压器自循环管路上设置两路：一路为放气管路，放气管路上设置压气机放气阀22；另一路为副试验台架通路，在副试验台架通路上设置副试验台架通路控制阀21，副试验台架通路分出两路：一路经副试验台架喷油器39连至副试验台架燃烧室38，副试验台架燃烧室38通过管路连至小流量副涡轮增压器28，在所述管路上设置副涡轮进口温度传感器26、副涡轮进口压力传感器27；另一路为副涡轮增压器自循环管路，副涡轮增压器自循环管路与小流量副涡轮增压器28的副压气机42通过胶管接头34连通，在副涡轮增压器自循环管路与小流量副涡轮增压器28连通处设置碰撞管35，副涡轮增压器自循环管路上设置副压气机出口温度传感器36、副涡轮增压器出口压力传感器37、副涡轮增压器自循环联通阀40。

大流量主涡轮增压器11上设置压力润滑油注入口12，大流量主涡轮增压器11的两侧分别设置管路：一侧管路上设置主压气机进口压力传感器15、主压气机进口温度传感器16、双纽线流量计一17，大流量主涡轮增压器11与一侧管路连通处设置增压器测速装置14；另一侧管路上设置主涡轮出口温度传感器9、主涡轮出口压力传感器10。小流量副涡轮增压器28上设置压力润滑油注入口29，小流量副涡轮增压器28的两侧分别设置管路：一侧管路上设置双纽线流量计二31、副压气机进口压力传感器32、副压气机进口温度传感器33，小流量副涡轮增压器28与一侧管路连通处设置增压器测速装置30；另一侧管路上设置副涡轮出口压力传感器24、副涡轮出口温度传感器25。大流量主涡轮增压器11上的另一侧管路与小流量副涡轮增压器28上的另一侧管路汇合成一路。

如图1-图2所示，大流量主涡轮增压器11所在回路称为主试验台架，小流量副涡轮增压器28所在回路称为副试验台架。气体分流装置在分流后的两个管路直径不同，将气体引回燃烧室的管路直径大于另一流向副试验台架的管路直径，从而使主试验台架有更强的驱动能力。其中，大流量一般指流量为大于0.4-0.8kg/s，小流量一般指流量为0.1-0.4kg/s。

在主试验台架上，主压气机41出口端管路对高压气体进行分流，一部分气体经主涡轮增压器自循环联通阀23回到燃烧室，一部分气体经副试验台架通路控制阀21驱动小流量副涡轮增压器28。待小流量副涡轮增压器28平稳运转后，关闭副试验台架通路控制阀21。并且，试验台中所述的两个燃烧室：主试验台架燃烧室6和副试验台架燃烧室38，分别由喷油器：主试验台架喷油器5和副试验台架喷油器39喷油点燃，具体过程如下：

启动时，关闭副试验台架通路控制阀21、空压机放气阀3、空压机进气阀4、压气机放气阀22，打开空压机1、试验台架润滑油供给系统、燃油供给系统，待空压机1储存一定量的压缩空气后，打开空压机进气阀4，并对主试验台架的燃烧室6供油点火，从而启动大流量主涡轮增压器11，待大流量主涡轮增压器11稳定运行后，关闭空压机进气阀4，从而使主试验台架实现自循环，通过改变供油量，测量并记录此时大流量主涡轮增压器11的不同转速下的各个数据。

适当增加供油量，使大流量主涡轮增压器11在高负荷条件下运行时，打开副试验台架通路控制阀21和副涡轮增压器自循环联通阀40，对副试验台架燃烧室38供油点火，从而启动小流量副涡轮增压器28，待小流量副涡轮增压器28运转稳定后，关闭副试验台架通路控制阀21。此时小流量副涡轮增压器28可以实现自循环，通过改变供油量，测量并记录此时小流量副涡轮增压器28的不同转速下的各个数据。

本发明试验台的副试验台架通路控制阀21和主涡轮增压器自循环联通阀23由电子控制，开度可调，可以精确控制流量比例。根据不同型号、不同流量的两台涡轮增压器，及时调整阀门开度，满足同时对两台增压器进行试验，用于同时测试两台涡轮增压器，具有节能环保、高效的特点。本发明不仅在功能上满足要求，能够真实模拟出实际状态下的性能测试，与传统试验台相比，该实验台同时可以满足两台不同型号的涡轮增压器试验，用于进行各种试验工况。而且，其机械结构简单、易于调整、节能减排。

Claims (4)

1.一种带有高压气体分流装置的双涡轮增压器性能测试试验台，其特征是：在主试验台架上，大流量主涡轮增压器的压气机出口端设有气体分流装置，把压气机压缩的高压气体分流到两个管路，一个管路连至主试验台架燃烧室，使气体引回主试验台架燃烧室加热；另一个管路连接到副试验台架的小流量副涡轮增压器，使气体作为小流量副涡轮增压器性能测试的空气源；

一个管路的气体经主涡轮增压器自循环联通阀回到主试验台架燃烧室；另一个管路的气体经副试验台架通路控制阀，经副试验台架燃烧室驱动小流量副涡轮增压器，待小流量副涡轮增压器平稳运转后，关闭副试验台架通路控制阀；

位于隔墙一侧的空压机通过管路经主试验台架喷油器连至主试验台架燃烧室，所述空压机与主试验台架燃烧室连接的管路上设置两路：一路为放气管路，位于空压机进气阀与空压机之间，放气管路上设置空压机放气阀；另一路为主涡轮增压器自循环管路，位于空压机进气阀与主试验台架燃烧室之间；主涡轮增压器自循环管路上设置两路：一路为放气管路，放气管路上设置压气机放气阀；另一路为副试验台架通路，在副试验台架通路上设置副试验台架通路控制阀，副试验台架通路分出两路：一路经副试验台架喷油器连至副试验台架燃烧室，副试验台架燃烧室通过管路连至小流量副涡轮增压器，在所述副试验台架燃烧室与小流量副涡轮增压器连接的管路上设置副涡轮进口温度传感器、副涡轮进口压力传感器；另一路为副涡轮增压器自循环管路，副涡轮增压器自循环管路与小流量副涡轮增压器的副压气机通过胶管接头连通，在副涡轮增压器自循环管路与小流量副涡轮增压器连通处设置碰撞管，副涡轮增压器自循环管路上设置副压气机出口温度传感器、副涡轮增压器出口压力传感器、副涡轮增压器自循环联通阀。

2.根据权利要求1所述的带有高压气体分流装置的双涡轮增压器性能测试试验台，其特征是：主试验台架燃烧室一侧设置主试验台架喷油器，主试验台架燃烧室通过主试验台架喷油器点燃；副试验台架燃烧室设置副试验台架喷油器，副试验台架燃烧室通过副试验台架喷油器点燃。

3.根据权利要求1所述的带有高压气体分流装置的双涡轮增压器性能测试试验台，其特征是：主涡轮增压器自循环联通阀和副试验台架通路控制阀采用电子控制阀，控制阀的开度可调，以精确控制流量比例。

4.根据权利要求1所述的带有高压气体分流装置的双涡轮增压器性能测试试验台，其特征是：气体分流装置分流的两个管路直径不同，将气体引回主试验台架燃烧室的管路直径大于另一流向副试验台架的管路直径，增加主试验台架的驱动能力。