RU2581503C1 - Стенд для испытания тепловых двигателей - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области испытаний машин и двигателей, в частности к стендам для испытаний тепловых двигателей. Стенд для испытания тепловых двигателей содержит контур питания испытуемого двигателя штатным топливом, блок контроля параметров работы двигателя, контур подготовки исследуемого топлива, ультразвуковой проточный реактор и контур охлаждения излучателя ультразвукового проточного реактора. Исследуемое топливо может одновременно или раздельно обрабатываться полем СВЧ и ультразвуком. Изобретение обеспечивает возможность оценки и поиска методов повышения эффективности сгорания топлива в цилиндрах и камерах сгорания тепловых двигателей. Технический результат - оптимизация условий, обеспечивающих повышение эффективности сгорания топлива в цилиндрах и камерах сгорания тепловых двигателей, посредством верификации физических методов обработки топлива. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области испытаний машин и двигателей, в частности к стендам для испытаний тепловых, преимущественно поршневых, двигателей.

Известен стенд для испытаний двигателя внутреннего сгорания, содержащий амортизирующую знакопеременную передачу, соединяющую выходной вал испытываемого двигателя с нагрузочным устройством, излучатель света и фотоприемник (RU 2518755, 2012 г.).

Также известен стенд для испытаний топливной арматуры, включающий взаимосвязанные между собой и смонтированные на станине функциональные элементы - выходной вал, муфту, мерный блок, топливный бак, бак для масла, пневмошкаф, бак с испарителем и змеевиком, частотный преобразователь, электрический шкаф, холодильный агрегат, трубопроводы системы подачи топлива, трубопроводы системы подачи масла, измерительный элемент, пульт управления манометрами и термометром, и компьютерно-измерительный комплекс, электрически соединенный с мерным блоком (RU 2268390, 2004 г.).

Недостатком известных стендов является отсутствие возможности оценки эффективности сгорания топлива в цилиндрах и камерах сгорания тепловых двигателей.

Задачей настоящего изобретения является создание стенда для испытания тепловых двигателей, обеспечивающего возможность оценки и поиска методов повышения эффективности сгорания топлива в цилиндрах и камерах сгорания тепловых двигателей.

Поставленная задача достигается тем, что стенд для испытания тепловых двигателей содержит контур питания испытуемого двигателя штатным топливом, включающий бак со штатным топливом, подсоединенный трубопроводами подачи и возврата штатного топлива через регулируемые краны к испытуемому двигателю, оснащенному блоком контроля параметров работы двигателя, контур подготовки исследуемого топлива, включающий бак с исследуемым топливом, подсоединенный к насосу, подключенному к ультразвуковому проточному реактору, состоящему из ультразвукового генератора с блоком питания, подключенного к излучателю, который подсоединен к проточному реактору-диспергатору, СВЧ-генератор с блоком питания, подсоединенный к волноводной нагрузке, состоящей из волновода прямоугольного сечения и расположенных в его полости параллельно друг другу под углом 30° к оси волновода топливной трубки и трубки с охлаждающей жидкостью, изготовленных из материала, прозрачного для волн СВЧ, и контур охлаждения излучателя ультразвукового проточного реактора, состоящий из последовательно соединенных бака с охлаждающей жидкостью, теплообменника и насоса, при этом выход реактора-диспергатора подсоединен к топливной трубке волноводной нагрузки, выход которой через кран циркуляции подключен к баку с исследуемым топливом и через регулируемый кран к трубопроводу подачи исследуемого топлива к испытуемому двигателю, трубка с охлаждающей жидкостью подсоединена к баку с охлаждающей жидкостью контура охлаждения, а трубопровод возврата штатного топлива от двигателя через регулируемый кран подсоединен к бакам со штатным и исследуемым топливом.

Достигаемый технический результат заключается в оптимизации условий, обеспечивающих повышение эффективности сгорания топлива в цилиндрах и камерах сгорания тепловых двигателей, посредством верификации физических методов обработки топлива.

Работа предлагаемого стенда основана на экспериментальном изучении особенностей физико-химических процессов, возникающих при сгорании топлива, обработанного электромагнитным полем и/или ультразвуком.

Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежом, на котором приведена принципиальная схема предлагаемого стенда.

Стенд содержит контуры питания двигателя штатным топливом и исследуемым топливом.

Контур двигателя 1 штатным топливом включает бак 2 со штатным топливом, подсоединенный трубопроводами подачи 3 и возврата 4 штатного топлива через регулируемые краны 5 и 6 к испытуемому двигателю 1, оснащенному блоком 7 контроля параметров работы двигателя. Подача топлива осуществляется самотеком.

Контур подготовки исследуемого топлива включает бак 8 с исследуемым топливом, подсоединенный трубопроводом 9 к насосу 10, подсоединенному к ультразвуковому проточному реактору. Ультразвуковой проточный реактор состоит из блока питания 11, ультразвукового генератора 12, электрически соединенного с излучателем 13, который подсоединен к проточному реактору-диспергатору 14. В контур подготовки исследуемого топлива входит СВЧ-генератор 15 с блоком питания 16, подсоединенный к волноводной нагрузке, состоящей из волновода 17 прямоугольного сечения и расположенных в его полости параллельно друг другу под углом 30° к оси волновода 17 топливной трубки 18 и трубки 19 с охлаждающей жидкостью. Трубки 18 и 19 изготовлены из материала, прозрачного для волн СВЧ, например из кварца.

При этом волновод выполнен из материала, непрозрачного для электромагнитных волн, с длиной, кратной длине волны излучения СВЧ-генератора.

В схеме стенда предусмотрен контур охлаждения излучателя 13 ультразвукового проточного реактора, состоящий из соединенных последовательно бака 20 с охлаждающей жидкостью, теплообменника 21 и насоса 22.

Для защиты СВЧ-генератора 15 от предельных нагрузок параллельно с топливной трубкой 18 происходит обработка проходящей через волновод 17 по трубке 19 охлаждающей жидкости.

Выход реактора-диспергатора 14 подсоединен к топливной трубке 18 волноводной нагрузки, выход которой через кран циркуляции 23 подключен к баку 8 с исследуемым топливом и через регулируемый кран 5 к трубопроводу 3 подачи исследуемого топлива к испытуемому двигателю 1. Трубка 19 с охлаждающей жидкостью подсоединена к баку 20 с охлаждающей жидкостью контура охлаждения, а трубопровод 4 возврата штатного топлива от двигателя 1 через регулируемый кран 6 подсоединен к бакам 2 и 8 со штатным и исследуемым топливом.

СВЧ-генератор 15 выполнен в виде магнетрона и соединен по фланцу с волноводом 17 прямоугольного сечения 90 мм × 45 мм, заглушенного со стороны, противоположенному фланцу. Используют СВЧ генератор с частотой излучения 2450 МГц и мощностью 0,8-1,0 кВт.

По трубке 19, расположенной ближе к заглушенному концу волновода 17, подается охлаждающая жидкость, по другой - топливной трубке 18, исследуемое топливо. Расстояние кварцевых трубок от фланца и заглушенного торца волновода и угол установки трубок, выбираются с учетом обеспечения максимальной интенсивности воздействия СВЧ поля на исследуемое топливо.

Излучатель 13 ультразвукового проточного реактора выполнен в виде магнитострикционного преобразователя, согласованного по частоте с волноводом гантельного типа, который соединен с реактором-диспергатором 14. Преобразователь магнитострикционный предназначен для преобразования высокочастотного электрического напряжения в механические колебания ультразвуковой частоты волновода в диапазоне 16 кГц - 10⁸ Гц. Мощность ультразвукового излучения обеспечивается в диапазоне 0.1-1 кВт с возможностью плавного регулирования амплитуды колебания от 10 мкм до 100 мкм.

Бак 8, насос 10, кран 23 предназначены для хранения и подачи исследуемого топлива в зоны обработки полем СВЧ и ультразвуком. Краны 5 и 6 обеспечивают дальнейшую его подачу к испытуемому двигателю 1. Обеспечивается переменная производительность насоса в диапазоне от 0 до 10 л/мин.

Позицией 24 обозначен трубопровод между краном 23 и баком 8, позицией 25 обозначен трубопровод, соединяющий кран 23 с краном 5, позицией 26 обозначен трубопровод, соединяющий кран 6 и бак 8.

Контур охлаждения излучателя ультразвукового проточного реактора выполнен циркуляционного типа и одновременно выполняет роль дополнительной нагрузки для микроволнового реактора. Система обеспечивает расход охлаждающей жидкости от 3 до 5 л/мин.

Работа стенда для испытаний тепловых двигателей осуществляется следующим образом.

В соответствии с программой испытаний в контуре подготовки исследуемого топлива производится обработка топлива ультразвуком и полем СВЧ. Возможны следующие варианты обработки топлива: только ультразвуком, только полем СВЧ, обработка топлива одновременно ультразвуком и полем СВЧ. Время и характеристики обработки могут изменяться, также можно менять последовательность обработки.

Это достигается тем, что СВЧ-генератор 15 и ультразвуковой проточный реактор имеют раздельные системы пуска и регулировки. Эти варианты могут использоваться и при обработке топливо-водяной смеси.

Одновременная обработка полем СВЧ и ультразвуком дополняют друг друга, обеспечивая к эффектам диэлектрического нагрева и ионной проводимости топлива под действием поля СВЧ и возникновение эффекта кавитации от воздействия ультразвуком.

Исследуемое топливо из бака 8 по трубопроводу 9 насосом 10 подается в реактор-диспергатор 14, в котором происходит обработка топлива ультразвуком. Затем топливо поступает в топливную трубку 18, расположенную в полости волновода 17 под углом и на определенном расстоянии от источника излучения и торцевой стенки волновода 17 в зоне максимальной интенсивности поля СВЧ, создаваемое электромагнитным излучением СВЧ генератором 15. Обработанное топливо поступает через кран 23 по трубопроводу 24 в бак 8. Длительность и параметры обработки топлива ультразвуком и полем СВЧ регулируются блоком питания 11 ультразвукового генератора 12 и блоком питания 16 СВЧ генератора 15. Скорость протекания исследуемого топлива через реактор-диспергатор 14 и топливную трубку 18 регулируется насосом 10.

Затем производится пуск двигателя 1 на штатном топливе и обеспечивается его прогрев до температуры, оговоренной в его технических характеристиках. Производится замер характеристик работы двигателя.

Далее кранами 23, 5 и 6 производят переключение питания работающего двигателя 1 со штатного топлива на исследуемое топливо. После переключения крана 23 исследуемое топливо после трубки 18 по трубопроводу 25 подается на кран 5. Одновременное переключение кранов 5 и 6 обеспечивает подачу исследуемого топлива к двигателю 1 и его возврат по трубопроводу 26 в бак 8.

Производится повторный замер характеристик работы двигателя.

Сравнение результатов замеров характеристик позволяет делать заключение об эффективности процессов горения исследуемого топлива и его влиянии на снижение расхода топлива и экологические характеристики двигателя.

Испытания, производимые на стенде, предусматривают контроль и сравнение, как минимум, следующих характеристик двигателя при работе на штатном топливе и при работе на исследуемом топливе: величины расхода топлива, числа оборотов выходного вала двигателя, момента на валу двигателя, температуры газов в камере сгорания двигателя, температуры исследуемого топлива, состав выхлопных газов.

В соответствии с программой исследований производится обработка топлива или топливо-водяной смеси в контуре подготовки исследуемого топлива полем СВЧ, полем СВЧ и ультразвуком, только ультразвуком. Фиксируется время и интенсивность обработки, состав и характеристики исследуемого топлива после обработки.

После пуска и прогрева двигателя при работе на штатном топливе, замеряются и фиксируются значения расхода топлива, частота вращения коленчатого вала двигателя, давление в цилиндре двигателя, содержание в выхлопных газах токсичных соединений, в том числе оксида углерода СО, углеводородов C_xH_y, оксидов азота NO_x на различных режимах работы двигателя и при заданных значениях момента на валу двигателя.

Производится переключение работы двигателя со штатного топлива на исследуемое топливо. Определяются и фиксируются частота вращения коленчатого вала двигателя, давление в цилиндре, содержание в выхлопных газах токсичных соединений в том числе, оксида углерода СО, углеводородов C_xH_y, оксидов азота NO_x, расход исследуемого топлива при тех же заданных значениях момента на валу двигателя.

Производится сравнение замеренных параметров и делается заключение о влиянии проведенной обработки исследуемого топлива полем СВЧ и ультразвуком на эффективность сгорания топлива в цилиндре двигателя и изменение эффективности работы двигателя.

Конструкция предлагаемого стенда позволяет переключать работу двигателя со штатного топлива на исследуемое топливо без выключения двигателя.

Claims (1)

1. Стенд для испытания тепловых двигателей, характеризующийся тем, что он содержит контур питания испытуемого двигателя штатным топливом, включающий бак со штатным топливом, подсоединенный трубопроводами подачи и возврата штатного топлива через регулируемые краны к испытуемому двигателю, оснащенному блоком контроля параметров работы двигателя, контур подготовки исследуемого топлива, включающий бак с исследуемым топливом, подсоединенный к насосу, подключенному к ультразвуковому проточному реактору, состоящему из ультразвукового генератора с блоком питания, подключенного к излучателю, который подсоединен к проточному реактору-диспергатору, СВЧ-генератор с блоком питания, подсоединенный к волноводной нагрузке, состоящей из волновода прямоугольного сечения и расположенных в его полости параллельно друг другу под углом 30° к оси волновода топливной трубки и трубки с охлаждающей жидкостью, изготовленных из материала, прозрачного для волн СВЧ, и контур охлаждения излучателя ультразвукового проточного реактора, состоящий из последовательно соединенных бака с охлаждающей жидкостью, теплообменника и насоса, при этом выход реактора-диспергатора подсоединен к топливной трубке волноводной нагрузки, выход которой через кран циркуляции подключен к баку с исследуемым топливом и через регулируемый кран к трубопроводу подачи исследуемого топлива к испытуемому двигателю, трубка с охлаждающей жидкостью подсоединена к баку с охлаждающей жидкостью контура охлаждения, а трубопровод возврата штатного топлива от двигателя через регулируемый кран подсоединен к бакам со штатным и исследуемым топливом.

Images