RU168392U1 - Стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области общего и энергетического машиностроения, в частности при испытании лопаточных машин, турбокомпрессоров, и может найти широкое применение при испытании турбокомпрессоров для надува двигателей внутреннего сгорания.Стенд для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания, содержащий средства для горячих испытаний и контроля параметров турбокомпрессоров, содержит установленные на его корпусе патрубки для подвода к испытываемому турбокомпрессору воздуха и отвода уходящих газов, съемный обводной U-образный канал, соединяющий выходной патрубок компрессора с входным патрубком турбины турбокомпрессора, и камеру сгорания для сжигания углеводородного топлива, размещенную в ветви обводного канала перед входным патрубком турбины, причем система запуска турбокомпрессора выполнена с возможностью раскрутки турбины воздушным потоком от стороннего компрессора, выход системы подачи топлива соединен через регулятор расхода топлива с топливной форсункой в камере сгорания, выход системы подачи масла соединен через регулятор расхода масла с каналом подвода масла к подшипниковому узлу турбокомпрессора, а средства для контроля параметров турбокомпрессора включают датчик скорости вращения ротора, датчики температуры, давления и расхода топлива и масла, газовоздушный тракт стенда снабжен датчиками температуры и давления среды на входе и выходе компрессора и турбины, при этом выходы указанных датчиков соединены через многоканальный усилитель с блоком управления, входящим в состав пульта управления, согласно полезной модели в стенд дополнительно установлен

Description

Полезная модель относится к области общего и энергетического машиностроения, в частности при испытании лопаточных машин, турбокомпрессоров, и может найти широкое применение при испытании турбокомпрессоров для надува двигателей внутреннего сгорания.

Известен стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания, содержащий средства для холодной прокрутки и балансировки турбокомпрессора в сборе на собственных опорах и контрольно-измерительную аппаратуру [см. Стенд для динамической балансировки турбокомпрессоров. Производитель ООО Мелитопольский завод турбокомпрессоров «МТЗк-Турбоком», Украина, Запорожская обл., г. Мелитополь, ул. Карла Маркса, 27].

Недостатком данного изобретения является большие теплоэнергетические затраты при испытании турбокомпрессора.

Известен стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания, содержащий средства для горячих испытаний и контроля параметров турбокомпрессора, который содержит установленные на его корпусе патрубки для подвода к испытываемому турбокомпрессору воздуха и отвода уходящих газов, съемный обводной U-образный канал, соединяющий выходной патрубок компрессора с входным патрубком турбины турбокомпрессора, и камеру сгорания для сжигания углеводородного топлива, размещенную в ветви обводного канала перед входным патрубком турбины, причем система запуска турбокомпрессора выполнена с возможностью раскрутки турбины воздушным потоком от стороннего компрессора, выход системы подачи топлива соединен через регулятор расхода топлива с топливной форсункой в камере сгорания, выход системы подачи масла соединен через регулятор расхода масла с каналом подвода масла к подшипниковому узлу турбокомпрессора, а средства для контроля параметров турбокомпрессора включают датчик скорости вращения ротора, датчики температуры, давления и расхода топлива и масла, газовоздушный тракт стенда снабжен датчиками температуры и давления среды на входе и выходе компрессора и турбины, при этом выходы указанных датчиков соединены через многоканальный усилитель с блоком управления, входящего в состав пульта управления. [Патент РФ №89617, МПК F01D 15/00, опубл. 10.12.2009, авторы Михалин П.А., Сиротов А.В., Шамарин Ю.А., Панферов В.И., Корнеев В.М. «Стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания»].

Недостатком известного стенда являются большие теплоэнергетические затраты турбокомпрессора при горячей обкатке во всем диапазоне рабочих режимов.

Данное техническое решение выбрано автором в качестве прототипа.

Техническим результатом изобретения является сокращение теплоэнергетических затрат при горячей обкатке турбокомпрессора, за счет утилизации теплоты отработавших газов.

Технический результат достигается тем, что в стенд для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания, содержащий средства для горячих испытаний и контроля параметров турбокомпрессоров, содержит установленные на его корпусе патрубки для подвода к испытываемому турбокомпрессору воздуха и отвода уходящих газов, съемный обводной U-образный канал, соединяющий выходной патрубок компрессора с входным патрубком турбины турбокомпрессора, и камеру сгорания для сжигания углеводородного топлива, размещенную в ветви обводного канала перед входным патрубком турбины, причем система запуска турбокомпрессора выполнена с возможностью раскрутки турбины воздушным потоком от стороннего компрессора, выход системы подачи топлива соединен через регулятор расхода топлива с топливной форсункой в камере сгорания, выход системы подачи масла соединен через регулятор расхода масла с каналом подвода масла к подшипниковому узлу турбокомпрессора, а средства для контроля параметров турбокомпрессора включают датчик скорости вращения ротора, датчики температуры, давления и расхода топлива и масла, газовоздушный тракт стенда снабжен датчиками температуры и давления среды на входе и выходе компрессора и турбины, при этом выходы указанных датчиков соединены через многоканальный усилитель с блоком управления, входящего в состав пульта управления дополнительно установлен теплообменник-рекуператор с двумя входами на съемном обводном U-образном канале, по которому проходит холодный воздух, а второй вход теплообменника-рекуператора соединен с выходным патрубком турбокомпрессора и по нему проходит горячий воздух, причем на входных и выходных патрубках теплообменника-рекуператора установлены четыре датчика температуры и четыре датчика давления, и их выходы соединены через программный блок с блоком управления.

На фиг. схематично показан стенд для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания.

Стенд для испытания турбокомпрессора дизельного двигателя содержит корпус 1, патрубки 2 и 3, турбокомпрессор 4, съемный обводной U-образный канал 5, компрессор 6, турбина 7, камера сгорания 8, сопло 9, выход системы подачи топлива 10, регулятор расхода топлива 11, топливная форсунка 12, выход системы подачи масла 13, регулятор расхода масла 14, канал подвода масла 15, подшипниковый узел компрессора 16, свеча 17, система зажигания топливовоздушной смеси 18, соединительные фланцы 19, датчик скорости вращения ротора 20, датчики температуры 21, давления 22 и расхода топлива 23, датчики температуры 24, давления 25 и расхода масла 26, датчики температуры 27, 28, датчики давления 29, 30, на входе и выходе компрессора, датчики температуры 31, 32, датчики давления 33, 34 на входе и выходе турбины, многоканальный усилитель 35, блок управления 36, пульт управления 37, датчик температуры 38, датчик давления 39, теплообменник-рекуператор 40, датчики температуры 41, 42, датчики давления 43, 44.

Стенд для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания функционирует следующим образом.

Для испытания турбокомпрессора дизельного двигателя турбокомпрессор устанавливают на горизонтальной верхней плите корпуса 1 предложенного стенда. Быстросъемные соединительные фланцы 19 патрубков 2, 3 снабжены проставками для соединения с конкретным турбокомпрессором, который жестко фиксируют на верхней плите с помощью упомянутых крепежных приспособлений. При этом входной воздушный и выходной газовый патрубки испытываемого турбокомпрессора 4 должны быть сочленены с патрубками 2, 3 для подвода к нему воздуха из сравнительно отдаленной области помещения и отвода уходящих газов через протяженный теплоизолированный газовод (не показан) за пределы испытательного помещения или бокса.

Затем к нижним патрубкам турбокомпрессора 4 подсоединяют фланцы съемного обводного канала 5. Этим формируется вспомогательная часть газовоздушного тракта от выходного патрубка компрессора 6 к входному патрубку турбины 7 турбокомпрессора 4. Камера сгорания 8 для сжигания углеводородного топлива, смонтированная в правой ветви обводного канала 5, обеспечивает подвод горячих газов непосредственно к входному патрубку турбины 7. Теплообменник-рекуператор 40, для использования теплоты отходящих газов, в котором теплообмен между горячим и холодным воздухом осуществляется через разделяющую их стенку, смонтирован в левой ветви съемного обводного U-образного канала 5. Перед проведением горячих испытаний турбокомпрессора 4 необходимо обеспечить его холодный запуск. Для этого используется высокоскоростной воздушный поток от стороннего компрессора.

Раскрутка турбины 7 обеспечивается посредством воздушной струи, выходящей под давлением из суживающего сопла 9, вваренного в съемный обводной U-образный канал 5 по центру камеры сгорания 8. В данном случае возможно провести балансировочные испытания турбокомпрессора 4 на низких (6-30 тыс. об/мин) и высоких (60-160 тыс. об/мин) оборотах ротора. При этом формируются сигналы от датчика 20 скорости вращения ротора и от датчиков с 27-34 и с 41-45 газовоздушного тракта, сигналы от которых поступают через многоканальный усилитель 35 к входам микропроцессора блока управления 36. Аналоговые сигналы от указанных датчиков преобразуются в цифровую форму в АЦП микропроцессора для отображения параметров турбокомпрессора на приборной панели пульта управления 37, а также для выработки сигналов управления на внешний регулятор (не показан) для изменения расхода воздуха через сопло 9.

Посредством повторных операций холодной прокрутки турбокомпрессора 4 решаются задачи дефектации его узлов для последующего ремонта или замены, доводки параметров испытываемого турбокомпрессора до нормативных и его подготовки к горячим испытаниям с подачей топливно-воздушной смеси в камеру сгорания 8 стенда.

Для горячего запуска турбокомпрессора в камеру сгорания 8 подают топливо через топливную форсунку 12 из системы 10 через регулятор 11 расхода. Величина расхода топлива в начале запуска и на последующих режимах должна соответствовать нормативным значениям рабочей характеристики турбокомпрессора данного типа. Перед холодным и горячим запусками через канал 15 под заданным давлением подводят масло к подшипниковому узлу 16 турбокомпрессора 4 от системы 13 через регулятор расхода 14.

После достижения необходимых оборотов ротора турбокомпрессора 4 при холодном запуске и достижении заданного значения обогащения топливовоздушной смеси в камере сгорания 8 блок управления 36 формирует управляющий сигнал на запуск системы 18 зажигания для подачи рабочего напряжения зажигания на свечу 17. Происходит возгорание топливовоздушной смеси, продукты сгорания поступают на вход турбины 7, обеспечивая вращение колеса компрессора 6, нагнетающего свежий воздух в камеру сгорания 8, проходящий через теплообменник рекуператор 40. После выхода турбокомпрессора на режим холостого хода отключают подачу воздуха от стороннего компрессора через сопло 9. Указанные средства контроля параметров турбокомпрессора 4 обеспечивают измерение с заданной точностью скорости вращения ротора, температуры, давления и расхода топлива и масла. Датчики в газовоздушном тракте стенда, в свою очередь, обеспечивают измерение температуры и давления воздуха на входе и выходе компрессора 6 и турбины 7 турбокомпрессора 4, а также на входных и выходных патрубках теплообменника-рекуператора 40.

Выходные аналоговые сигналы от указанных датчиков усиливаются в многоканальном усилителе 35 и поступают на входной порт микропроцессора блока управления 36 для оцифровки и выработки сигналов управления системами и агрегатами стенда в соответствии с программой текущих испытаний турбокомпрессора.

Управление процессом испытаний возможно проводить в автоматическом, полуавтоматическом и в ручном режимах. Для последних случаев на лицевой панели пульта 37 расположены средства для ручного или полуавтоматического управления системами 10, 13, 18 топливоподачи, подачи масла, зажигания топливовоздушной смеси, а также регуляторами 11, 14 расхода топлива и масла в соответствии с показаниями контрольно-измерительных приборов.

Блок управления 36 осуществляет в режиме реального времени необходимые операции с входными сигналами для получения связи термодинамических параметров газовоздушного тракта с вращением ротора и техническим состоянием турбокомпрессора, На пульте управления 37 отображаются данные, являющиеся результатом обработки исходной информации от указанных датчиков газовоздушной системы и систем подачи масла и топлива для наглядной оценки состояния турбокомпрессора и выработки рекомендаций для операторов стенда по ручной или автоматической регулировке его характеристик.

Однократную холодную прокрутку турбокомпрессора без подачи топлива обычно осуществляют с частотой до 30 тыс. об/мин в течение нескольких минут. В случаях наличия недопустимых вибраций осуществляют демонтаж, ремонт, сборку и повторные динамические испытания турбокомпрессора.

Горячие стендовые испытания турбокомпрессоров проводят при скорости вращения ротора до 160 тыс. об/мин и более. Время работы турбокомпрессора в каждом цикле опытно-производственных испытаний должно находиться в пределах от десятков минут до нескольких часов. Исследование работоспособности турбокомпрессоров двигательных агрегатов автотракторной техники на предложенном стенде может осуществляться на базе ремонтно-технических предприятий лесопромышленного комплекса.

Предложенный стенд, позволяет сократить теплоэнергетические затраты за счет утилизации теплоты отработавших газов и повысить эффективность на 30-40%.

Claims (1)

1. Стенд для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания, содержащий средства для горячих испытаний и контроля параметров турбокомпрессоров, содержит установленные на его корпусе патрубки для подвода к испытываемому турбокомпрессору воздуха и отвода уходящих газов, съемный обводной U-образный канал, соединяющий выходной патрубок компрессора с входным патрубком турбины турбокомпрессора, и камеру сгорания для сжигания углеводородного топлива, размещенную в ветви обводного канала перед входным патрубком турбины, причем система запуска турбокомпрессора выполнена с возможностью раскрутки турбины воздушным потоком от стороннего компрессора, выход системы подачи топлива соединен через регулятор расхода топлива с топливной форсункой в камере сгорания, выход системы подачи масла соединен через регулятор расхода масла с каналом подвода масла к подшипниковому узлу турбокомпрессора, а средства для контроля параметров турбокомпрессора включают датчик скорости вращения ротора, датчики температуры, давления и расхода топлива и масла, газовоздушный тракт стенда снабжен датчиками температуры и давления среды на входе и выходе компрессора и турбины, при этом выходы указанных датчиков соединены через многоканальный усилитель с блоком управления, входящим в состав пульта управления, отличающийся тем, что в стенд дополнительно установлен теплообменник-рекуператор с двумя входами на съемном обводном U-образном канале, по которому проходит холодный воздух, а второй вход теплообменника-рекуператора соединен с выходным патрубком турбокомпрессора и по нему проходит горячий воздух, причем на входных и выходных патрубках теплообменника-рекуператора установлены четыре датчика температуры и четыре датчика давления, их выходы соединены через программный блок с блоком управления.

Images