СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ ТУРБОКОМПРЕССОРА Российский патент 1995 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к испытаниям лопаточных машин, в частности, турбокомпрессоров для наддува двигателей внутреннего сгорания, и может найти применение при испытаниях турбин и компрессоров в общем и энергетическом машиностроении.

Известно, что обкатка турбокомпрессоров, проверка и отработка их параметров, а также доводка надежности производятся на специализированных стендах. Среди указанных испытаний особое место занимают исследовательские испытания, так как они требуют реализации широкого диапазона режимов работы компрессора и турбины, в том числе и режимов, выходящих за границы совместной работы двигателя с турбокомпрессором. Эти испытания проводятся по специально разработанным методикам, содержание которых определяется целями проводимых испытаний.

Известны различные способы испытаний турбокомпрессоров (см. а.с. NN 1534361, кл. G 01 M 15/00; 1626106, кл. G 01 M 15/00; 1234595, кл. G 01 M 15/00; 1511620, кл. G 01 M 15/00; 1032342, кл. G 01 M 15/00; 425071, кл. G 01 M 15/00).

Указанные способы реализуются при обкатке турбокомпрессоров, а также проверке их параметров после ремонта. Отличия этих способов друг от друга заключаются в подаче рабочего тела на турбину турбокомпрессора и формировании импульсов давления в приемном патрубке турбины. Ни один из указанных способов не может быть использован при снятии характеристик турбины в широком диапазоне нагрузок и частот вращения.

Известен способ испытания турбины, заключающийся в том, что мощность, развиваемая турбиной, поглощается специальным гидротормозом (см. А.Э.Симсон. Турбонаддув высокооборотных дизелей, М.: Машиностроение, 1976, с. 258. ..260). Указанный способ позволяет получать характеристики турбины в широком диапазоне нагрузок, и при произвольном, задаваемом оператором сочетании частоты вращения и мощности, развиваемой турбиной, однако имеет следующие недостатки: - сложность реализации из-за наличия специального гидротормоза; - снижение надежности турбины из-за возникновения осевого усилия на роторе; - невозможность работы на высоких частотах вращения из-за конструктивных особенностей существующих гидротормозов.

Наиболее близким по технической сущности предлагаемому объекту является способ испытания турбокомпрессора, который заключается в том, что на вход в турбину турбокомпрессора подают газ от автономного источника. На вход в компрессор, приводимый во вращение турбиной, подают окружающий воздух, который сжимают в компрессоре. При этом измеряют параметры газа и воздуха на входе и выходе турбины и компрессора, а также расходы газа и воздуха. На основе расчета по известным зависимостям определяют мощности и коэффициенты полезного действия турбины и компрессора.

Получение характеристик турбины по балансу мощностей имеет недостаток, заключающийся в том, что область характеристик по параметру "относительная скорость" является ограниченной. Это объясняется невозможностью реализации широкого диапазона нагрузок, что является следствием формы напорной характеристики лопаточной машины (компрессора).

Изобретение направлено на обеспечение возможности снятия характеристик турбины во всем диапазоне по мощности (параметру "относительная скорость") при ее загрузке компрессором. Результатом решения поставленной задачи является упрощение и удешевление процесса снятия характеристик турбины турбокомпрессора.

Существенными признаками предлагаемого способа являются: подача газа на вход в турбину, подача окружающего воздуха на вход в компрессор, измерения параметров газа и воздуха, определение на этой основе показателей работы турбокомпрессора.

Признаками, отличительными от прототипа, являются: прекращение, по меньшей мере на части режимов, работы турбокомпрессора, подачи на вход в компрессор окружающего воздуха, и подача вместо него сжатого воздуха.

Такое выполнение операции способа позволяет увеличить расход воздуха через компрессор по сравнению с расходом воздуха, имеющем место при его свободном заборе из атмосферы. Следствием увеличения расхода воздуха является пропорциональное увеличение мощности, потребляемой турбокомпрессором. Расход воздуха, а следовательно и мощность компрессора, могут быть увеличены до любой требуемой величины.

Предложенный способ испытания турбокомпрессора может быть реализован, в частности, в безмоторном стенде, принципиальная схема которого приведена на чертеже. Безмоторный стенд снабжен всеми системами, необходимыми для обеспечения работы турбокомпрессора. Указанные системы ввиду их общеизвестности на схеме не приведены и в дальнейшем в описании не упоминаются.

Способ реализуется следующим образом.

От постороннего источника сжатого воздуха (не показан) по трубопроводу 1 сжатый воздух подают в камеру сгорания 2. В камере сгорания 2 сжигают топливо и образовавшиеся газы по трубопроводу 3 подают на вход в турбину 4 турбокомпрессора. Отработавшие газы отводят от турбины 4 по трубопроводу 5. Трубопроводы 3 и 5 снабжены устройствами для замера параметров газа (давления Р, температуры t, расхода Gг). Расход газа регулируют заслонкой 6. Газ раскручивает турбину 4 и закрепленное на одном валу с ней колесо компрессора 7. Окружающий воздух по патрубку 8 поступает в компрессор 7, сжимается в нем и отводится по патрубку 9, снабженному заслонкой 10. Патрубки 8 и 9 снабжены устройствами для замера параметров воздуха (давления Р, температуры t, расхода Gв). На установившемся режиме работы турбокомпрессора мощность, затрачиваемая компрессором на сжатие воздуха, равна, с учетом механических потерь, мощности, развиваемой газом на турбине 4. Расчетом по известным термодинамическим зависимостям с использованием результатов замеров параметров газа и воздуха определяют мощности и КПД турбины и компрессора. Увеличение нагрузки на турбину (мощности, потребляемой компрессором) осуществляют, открывая заслонку 10. При этом расход воздуха возрастает до предельного значения, при ПК > 1. Мощность, развиваемая в таком режиме, является предельной, достигаемой при испытаниях турбокомпрессоров в соответствии с известными способами.

В соответствии с предлагаемым способом для дальнейшего увеличения мощности турбокомпрессора прекращают подачу окружающего воздуха в компрессор 7 через патрубок 8, а вместо него осуществляют подачу сжатого воздуха через патрубок 11, связанный с посторонним источником сжатого воздуха. Увеличение расхода воздуха через компрессор 7, а следовательно увеличение его мощности, осуществляют, открывая заслонку 12. При этом мощность турбины 4 также может быть увеличена, что достигается за счет увеличения подачи топлива в камеру сгорания 2 или давления воздуха, за счет открытия заслонки 6. Комбинацией положений заслонок 6 и 12, а также изменением подачи топлива в камеру сгорания 2 может быть получен любой нагрузочный режим работы турбины.

Стенд может быть дополнительно снабжен любым известным устройством, обеспечивающим пульсацию газа на входе в турбину. Однако, наличие такого устройства не сказывается на особенностях реализации предлагаемого способа.

Таким образом, предложенный способ позволяет проводить испытания турбокомпрессора в штатной комплектации без его разборки, реализовать любой скоростной и нагрузочный режим работы как турбины, так и компрессора, не требует применения специального оборудования, например, гидротормозов.

Использование: в испытаниях лопаточных машин, в частности турбокомпрессоров для наддува двигателей внутреннего сгорания, и может найти применение при испытаниях турбин и компрессоров в общем и энергетическом машиностроении. Сущность изобретения: на вход в турбину подают газ, на вход в компрессор, приводимый во вращение турбиной, подают окружающий воздух и определяют показатели работы турбокомпрессора. При этом по меньшей мере на части режимов работы прекращают подачу на вход в компрессор окружающего воздуха и вместо него осуществляют подачу сжатого воздуха. 1 ил.

СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ ТУРБОКОМПРЕССОРА, заключающийся в том, что на вход в турбину подают газ, на вход в компрессор, приводимый во вращение турбиной, - окружающий воздух, измеряют параметры газа и воздуха и определяют показатели работы турбокомпрессора, отличающийся тем, что по меньшей мере на части режимов прекращают подачу на вход в компрессор окружающего воздуха и вместо него подают сжатый воздух.