Стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания
Предлагаемое техническое решение относится к испытательной технике, а именно к средствам для испытания турбокомпрессоров, агрегатированых с двигателями, приводимыми ими в действие. Задача предлагаемой полезной модели состоит в повышении точности и эффективности проводимых испытаний на любых нагрузочных режимах путем имитации реальных режимов нагружения испытываемых турбокомпрессоров, а также в расширении диапазона мощностей и номенклатуры испытываемых турбокомпрессоров с увеличенными диаметрами рабочих колес компрессора и с охлаждением среднего корпуса. Предлагаемый стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания содержит сообщенные с атмосферой патрубки подвода воздуха к испытываемому ТКР и отвода уходящих газов, обводной U-образный воздухоподающий патрубок, сообщающий напорный патрубок компрессора с входным патрубком турбины испытываемого ТКР, систему «горячего» запуска турбины испытуемого ТКР, включающую камеру сгорания для сжигания углеводородного топлива, размещенную в ветви обводного патрубка перед входным патрубком турбины ТКР и снабженную по меньшей мере одной топливной форсункой, систему « холодного» запуска турбины испытываемого ТКР, включающую компрессорную станцию, подключенную выходным напорным патрубком к обводному воздухоподающему патрубку перед входным патрубком турбины ТКР, средства для контроля параметров испытываемого ТКР и устройство управления стендом, содержащее пульт управления ТКР с блоком управления, включающим программный пакет, панель управления, органы управления, размещенные на панели управления, и элемент преобразования сигналов указанных средств, выполненный в виде контроллера, при этом выходы указанных средств для контроля параметров испытываемого ТКР соединены с блоком управления, а также воздухоподаюшую, топливную и масляную системы, которые осуществляют функционирование стенда. Выходной напорный патрубок компрессорной станции снабжен виброкомпенсатором и двумя управляемыми перепускными клапанами с регулируемыми поворотными заслонками, один из которых, ближайший к компрессорной станции, установлен с возможностью выполнения функции аварийного клапана. Обводной воздухоподающий патрубок в зоне между обеими его ветвями снабжен сообщенным с ним спускным ответвлением, с противоположного торца сообщенным с атмосферой и снабженным управляемым перепускным клапаном с регулируемой поворотной заслонкой, при этом в каждой ветви обводного патрубка установлен термокомпенсатор. Ветвь обводного патрубка, сообщенная с компрессором ТКР, дополнительно снабжена управляемым перепускным клапаном с регулируемой поворотной заслонкой, размещенным между термокомпенсатором этой ветви и местом подключения спускного ответвления к обводному патрубку, а ветвь обводного патрубка, содержащая камеру сгорания, дополнительно снабжена байпасным трубопроводом и тремя управляемыми перепускными клапанами с регулируемыми поворотными заслонками, из которых один клапан размещен в зоне между спускным ответвлением и выходным напорным патрубком компрессорной станции, второй клапан размещен в ветви обводного патрубка между термокомпенсатором этой ветви обводного патрубка и камерой сгорания ее содержащей, считая по направлению движения воздушного потока от компрессорной станции, и третий клапан размещен в байпасном трубопроводе, сообщенном с ветвью обводного патрубка до и после третьего клапана. Средства для контроля параметров испытываемого ТКР дополнительно содержат датчики расхода воздуха, размещенные в ветви обводного патрубка, содержащей камеру сгорания, и перед воздушным фильтром компрессора испытываемого ТКР, а также датчики температуры и давления воздуха в выходном напорном патрубке компрессорной станции. Камера сгорания дополнительно снабжена индикатором и детектором пламени. Устройство управления стендом дополнительно содержит шкаф управления, подключенный к пульту управления посредством внутренней шины «Х2Х», включающий входной клеммный терминал, системы ввода и вывода, приводы и выходной клеммный терминал. Элемент преобразования сигналов средств для контроля параметров выполнен в виде контроллера, введенного в состав блока управления, причем шкаф управления подключен входом своей системы ввода к выходам средств контроля параметров испытываемого ТКР и к выходам приводов, а органы управления, размещенные на панели управления, включают регуляторы, выполненные, например, в виде энкодеров Привод регулируемых поворотных заслонок управляемых перепускных клапанов выполнен пневматическим посредством сообщения с технологическим компрессором и снабжен позиционерами, установленными с возможностью электрического регулирования положения каждой из заслонок и с возможностью осуществления перевода каждого клапана в закрытое или открытое положение. Полезная модель содержит: 1 н з.п. ф-лы, 4 з п. ф-лы и 4 илл.
Предлагаемое техническое решение относится к испытательной технике, а именно к средствам для испытания турбокомпрессоров, машин и двигателей, в частности, к агрегатированию турбин с двигателями, приводимыми ими в действие.
Уже известен стенд для испытания турбокомпрессоров /ТКР/ двигателей внутреннего сгорания, содержащий средства для горячих испытаний и контроля параметров турбокомпрессоров, включающие 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, газо-воздушный 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.
Кроме того стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания может включать систему холодного запуска, выполненную в виде сопла, размещенного в обводном канале в области камеры сгорания и соединенного с выходом стороннего /так называемого технологического/ компрессора, датчики давления могут быть выполнены с возможностью формирования электрического выходного сигнала одновременно с отображением показаний манометрами, а датчик скорости вращения ротора выполнен совмещенным с датчиком вибраций турбокомпрессора.
При этом патрубки для подвода к испытываемому турбокомпрессору воздуха и отвода уходящих газов и съемный обводной U-образный канал стенда могут быть снабжены быстросъемными фланцевыми соединениями с набором крепежных приспособлений и проставок для установки в рабочее положение турбокомпрессоров различных производителей. /Патент РФ 
89617 на полезную модель, F01D 15/00, опубл. 2009 г./
Недостатками известного стенда является невозможность проведения эффективных испытаний турбокомпрессоров с большими диаметрами рабочих колес, имеющими охлаждаемый средний корпус, а также недостаток электронных средств для выявления и обработки основных технических параметров.
Задача предлагаемой полезной модели состоит в повышении точности и эффективности проводимых испытаний на любых нагрузочных режимах путем имитации реальных режимов нагружения испытываемых турбокомпрессоров, а также в расширении диапазона мощностей и номенклатуры испытываемых турбокомпрессоров с увеличенными диаметрами рабочих колес компрессора и с охлаждением среднего корпуса.
Для решения поставленной задачи с достижением заявленного технического результата в известном стенде для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания, содержащем корпус и установленные на нем и сообщенные с атмосферой патрубки подвода воздуха к испытываемому ТКР и отвода уходящих газов, обводной U-образный воздухоподающий патрубок, сообщающий напорный патрубок компрессора с входным патрубком турбины испытуемого ТКР, систему «горячего» запуска турбины испытываемого ТКР, включающую камеру сгорания для сжигания углеводородного топлива, размещенную в ветви обводного патрубка перед входным патрубком турбины ТКР и снабженную по меньшей мере одной топливной форсункой, систему « холодного» запуска турбины испытуемого ТКР, выполненную с возможностью раскрутки турбины своим воздушным потоком, и включающую сторонний компрессор, подключенный выходным напорным патрубком к обводному воздухоподающему патрубку перед входным патрубком турбины ТКР, топливную систему, выполненную в виде контура принудительной циркуляции, включающего топливный бак, насос, по меньшей мере, один топливный фильтр и систему зажигания со свечой зажигания, и снабженную по меньшей мере одним регулятором расхода топлива и соединенную через последний с соответствующей топливной форсункой, масляную систему, выполненную в виде контура принудительной циркуляции, включающего масляную емкость с теплообменником, насос, по меньшей мере один масляный фильтр, снабженную по меньшей мере одним регулятором расхода масла и подключенную к подшипниковому узлу ТКР, средства для контроля параметров испытываемого ТКР, включающие датчик скорости вращения ротора ТКР, выполненный совмещенным с датчиком вибрации ТКР, датчики температуры и давления среды газо-воздушного тракта на входе и выходе компрессора и турбины ТКР, датчики температуры, давления и расхода топлива и масла, устройство управления стендом, связанное с выходами средств для контроля параметров испытываемого ТКР, согласно предлагаемой полезной модели, сторонний компрессор выполнен в виде компрессорной станции и ее выходной напорный патрубок снабжен виброкомпенсатором и двумя управляемыми перепускными клапанами с регулируемыми поворотными заслонками, один из которых, ближайший к компрессорной станции, установлен с возможностью выполнения функции аварийного клапана, обводной воздухоподающий патрубок в зоне между обеими его ветвями снабжен сообщенным с ним спускным ответвлением, с противоположного торца сообщенным с атмосферой и снабженным управляемым перепускным клапаном с регулируемой поворотной заслонкой, при этом в каждой ветви обводного патрубка установлен термокомпенсатор, ветвь обводного патрубка, сообщенная с компрессором ТКР, дополнительно снабжена управляемым перепускным клапаном с регулируемой поворотной заслонкой, размещенным между термокомпенсатором этой ветви и местом подключения спускного ответвления к обводному патрубку, а ветвь обводного патрубка, содержащая камеру сгорания, дополнительно снабжена байпасным трубопроводом и тремя управляемыми перепускными клапанами с регулируемыми поворотными заслонками, из которых один клапан размещен в зоне между спускным ответвлением и выходным напорным патрубком компрессорной станции, второй клапан размещен в ветви обводного патрубка между термокомпенсатором этой ветви обводного патрубка и камерой сгорания ее содержащей, считая по направлению движения воздушного потока от компрессорной станции, и третий клапан размещен в байпасном трубопроводе, сообщенном с ветвью обводного патрубка до и после третьего клапана, средства для контроля параметров испытываемого ТКР дополнительно содержат датчики расхода воздуха, размещенные в ветви обводного патрубка, содержащей камеру сгорания, и перед воздушным фильтром компрессора испытываемого ТКР, а также датчики температуры и давления воздуха в выходном напорном патрубке компрессорной станции, камера сгорания дополнительно снабжена индикатором и детектором пламени, стенд дополнительно оборудован автономным технологическим компрессором, а привод регулируемых поворотных заслонок управляемых перепускных клапанов сообщен с технологическим компрессором и снабжен позиционерами, установленными с возможностью электрического регулирования положения каждой из заслонок и с возможностью осуществления перевода каждого клапана в закрытое или открытое положение.
Масляная система может содержать дополнительный датчик давления масла, расположенный перед фильтром по направлению циркуляции масла в контуре.
Между камерой сгорания и входным патрубком турбины испытываемого ТКР может быть дополнительно установлен ресивер.
Стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания, имеющих полости охлаждения внутри среднего корпуса ТКР или имеющих полости охлаждения в корпусе турбины ТКР, может дополнительно содержать систему охлаждения охлаждающей жидкостью, которая подключена к полостям охлаждения среднего корпуса ТКР и/или корпуса турбины ТКР /не показаны/. Такая система охлаждения выполнена в виде контура принудительной циркуляции, включающего емкость с охлаждающей жидкостью, снабженную датчиком температуры охлаждающей жидкости, радиатор, принудительно охлаждаемый воздухом от вентилятора с электроприводом, регулятор расхода охлаждающей жидкости, байпасный трубопровод контура циркуляции с перепускным клапаном, сообщенные между собой трубопроводами охлаждающей жидкости и снабженными средства для контроля параметров ТКР, выполненными в виде датчика расхода охлаждающей жидкости, датчика давления охлаждающей жидкости и двух датчиков температуры охлаждающей жидкости, один из которых размещен в трубопроводе подачи охлаждающей жидкости к полостям охлаждения ТКР, а другой датчик температуры размещен в трубопроводе отвода охлаждающей жидкости из полостей охлаждения ТКР Кроме того внутри емкости с охлаждающей жидкостью установлен датчик температуры охлаждающей жидкости.
Сущность предлагаемого стенда для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания поясняется графически.
На фиг.1 показана схема предлагаемого стенда для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания с диаметром колеса компрессора.
На фиг.2 представлена функциональная схема предлагаемого стенда.
На фиг.3 представлена схема привода поворотной заслонки управляемого перепускного клапана.
Предлагаемый стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания содержит корпус /не показан/ и установленные на нем испытываемый турбокомпрессор 1, включающий компрессор 2 и турбину 3, и сообщенные с атмосферой патрубок 4 подвода воздуха к испытываемому ТКР 1 с установленным в нем воздушным фильтром 5 и патрубок 6 отвода уходящих газов от ТКР 1, а также обводной U-образный воздухоподающий патрубок 7, сообщающий напорный патрубок 8 компрессора 3 с входным патрубком 9 турбины 3 испытуемого ТКР 1. Обводной U-образный воздухоподающий патрубок 7 содержит две ветви, одна 10 из них сообщена с напорным патрубком 8 компрессора 2, а другая ветвь 11 сообщена с входным патрубком 9 турбины 3 испытываемого ТКР 1.
Система «горячего» запуска турбины 4 испытуемого ТКР 1 включает камеру 12 сгорания для сжигания углеводородного топлива, размещенную в ветви 11 обводного патрубка 7 перед входным патрубком 9 турбины 4 ТКР 1.
Камера 12 сгорания снабжена по меньшей мере одной топливной форсункой 13, свечой 14 зажигания, индикатором 15 пламени, по которому визуально определяется горение, и детектором 16 пламени.
Стенд содержит топливную систему, которая выполнена в виде контура принудительной циркуляции и включает топливный бак 17, топливный насос 18 и например, один топливный фильтр 19. Топливная система также снабжена по меньшей мере одним регулятором 20 расхода топлива, выполненным в виде топливного клапана, и подключена топливопроводами 21, снабженными по меньшей мере одним вентилем 22, через этот регулятор 20 расхода топлива, например, к топливной форсунке 13. В топливной системе также расположены средства для контроля параметров ТКР 1. Это датчик 23 расхода топлива и датчики 24 и 25 температуры и давления топлива, соответственно, и датчик 26 уровня топлива в баке 17.
Газо-воздушный тракт на входе компрессора ТКР 1 содержит датчик 27 расхода газо-воздушный среды, датчик 28 температуры и датчик 29 давления газо-воздушный среды.
Газо-воздушный тракт на выходе из компрессора 2 ТКР 1 содержит датчик 30 температуры и датчик 31 давления газо-воздушный среды.
Газо-воздушный тракт на входе в турбину 3 ТКР 1 содержит датчик 32 расхода газо-воздушный среды, датчик 33 температуры и датчик 34 давления газо-воздушный среды.
Газо-воздушный тракт на выходе из турбины ТКР 1 содержит датчик 35 температуры и датчик 36 давления газо-воздушный среды.
Кроме того истытываемый на стенде ТКР 1 содержит датчик 37 скорости вращения ротора ТКР 1, выполненный совмещенным с датчиком 38 вибрации ТКР.
Стенд содержит также масляную систему, которая подключена к подшипниковому узлу 39 ТКР1, размещенному в среднем корпусе 40 ТКР 1, и выполнена в виде контура принудительной циркуляции, включающего масляную емкость 41 с теплообменником 42, масляный насос 43, по меньшей мере один масляный фильтр 44 и регулятор 45 расхода масла, сообщенные между собой маслопроводами 46. В масляной системе также расположены средства для контроля параметров ТКР 1-датчики 47, 48 температуры, давления, соответственно, на входе в подшипниковый узел 39 ТКР 1, и датчики 49 и 50 температуры и давления масла, соответственно, на выходе из подшипникового узла 39 ТКР 1.
Кроме того внутри масляной емкости 41 установлен датчик 51 температуры масла, а перед масляным фильтром 44 по направлению циркуляции масла в контуре масляная система содержит дополнительный датчик 52 давления масла. Регулирование потока воды через теплообменник 42 осуществляют посредством вентиля 53.
Кроме того для турбокомпрессоров в большими размерами диаметра колеса компрессора стенд может содержать систему охлаждения охлаждающей жидкостью, которая сообщена с полостям 54 охлаждения среднего корпуса 40 ТКР 1 и выполнена в виде контура принудительной циркуляции, включающего емкость 55 с охлаждающей жидкостью, насос 56, радиатор 57, принудительно охлаждаемый воздухом от вентилятора 58 с электроприводом, байпасный трубопровод 59 контура циркуляции, регулятор 60 расхода охлаждающей жидкости, сообщенные между собой трубопроводами 61 подачи охлаждающей жидкости. В системе охлаждения также расположены средства для контроля параметров ТКР 1 -регулятор расхода 62 охлаждающей жидкости, датчик 63 давления охлаждающей жидкости и два датчика 64 и 65 температуры охлаждающей жидкости, один из которых 64 размещен в трубопроводе 61 подачи охлаждающей жидкости к полостям 54 охлаждения среднего корпуса 40 ТКР 1, а другой датчик 65 температуры размещен в трубопроводе 66 отвода охлаждающей жидкости из полостей 54 охлаждения среднего корпуса 40 ТКР 1. Кроме того внутри емкости 55 с охлаждающей жидкостью установлен датчик 67 температуры охлаждающей жидкости.
Система «холодного» запуска турбины 3 испытуемого ТКР 1 выполнена с возможностью раскрутки турбины своим воздушным потоком. Она включает компрессорную станцию 68, содержащую по меньшей мере одну компрессорную установку.
Выходной напорный патрубок 69 компрессорной станции 68 снабжен виброкомпенсатором 70 и двумя управляемыми перепускными клапанами 71 и 72 с регулируемыми поворотными заслонками, один 71 из которых, ближайший к компрессорной станции 68, установлен с возможностью выполнения функции аварийного клапана. Другой клапан 72 установлен с возможностью подачи воздуха от компрессорной станции 68 в ветвь 11 обводного патрубка 7.
Кроме того в выходном патрубке компрессорной станции 68 размещен датчик 73 давления воздуха и датчик 74 температуры воздуха, нагнетаемого компрессорной станцией 68.
Обводной воздухоподающий патрубок 7 в зоне между обеими его ветвями 11 и 10 снабжен сообщенным с ним спускным ответвлением 75, с противоположного торца сообщенным с атмосферой. В спускном ответвлении 75 установлен управляемый перепускной клапан 76 с регулируемой поворотной заслонкой.
В ветви 11 обводного патрубка 7 установлен термокомпенсатор 77, а в ветви 10, сообщенной с компрессором 2 ТКР 1, установлен термокомпенсатор 78. Кроме того ветвь 10 обводного патрубка 7 дополнительно снабжена управляемым перепускным клапаном 79 с регулируемой поворотной заслонкой, размещенным между термокомпенсатором 78 этой ветви и местом подключения спускного ответвления 75 к обводному патрубку 7.
Ветвь 11 обводного патрубка 7, содержащая камеру 12 сгорания, дополнительно снабжена байпасным трубопроводом 80 и тремя управляемыми перепускными клапанами 81, 82 и 83 с регулируемыми поворотными заслонками, из которых клапан 81 размещен в зоне ветви 11 между спускным ответвлением 75 и выходным напорным патрубком 69 компрессорной станции 68, второй клапан 82 размещен в ветви 11 обводного патрубка 7 между термокомпенсатором 77 этой ветви 11 обводного патрубка 7 и камерой сгорания 12 ее содержащей, считая по направлению движения воздушного потока от компрессорной станции 68. Третий клапан 83 размещен в байпасном трубопроводе 80, сообщенном с ветвью 11 обводного патрубка 7 до и после третьего клапана 83.
Привод регулируемых поворотных заслонок управляемых перепускных клапанов выполнен пневматическим посредством сообщения с автономным технологическим компрессором 84 и снабжен позиционерами 85, установленными с возможностью электрического регулирования положения каждой из заслонок и с возможностью осуществления перевода каждого клапана в закрытое или открытое положение.
Устройство 86 управления подключено входом к выходам средств контроля параметров испытываемого ТКР: датчиков, расходомеров, детектора пламени и прочих средств измерения параметров, в том числе к выходам приводов, например, приводов поворотных заслонок.
Камера сгорания 12 для сжигания углеводородного топлива обеспечивает подвод горячих газов к входному патрубку 9 турбины 3 ТКР. Для эффективности накопления горячих газов между камерой сгорания 12 и входным патрубком 9 турбины 3 ТКР может быть дополнительно установлен ресивер 87.
Представленный на фиг.3 привод регулируемой поворотной заслонки 88 каждого управляемого перепускного клапана выполнен пневматическим посредством сообщения переключающего устройства 89 с автономным технологическим компрессором 90, а перевод положения заслонки из открытого в закрытое осуществлен благодаря воздействию электросигнала управления от позиционера 91, установленного на переключающем устройстве каждого клапана. Заслонка 88 поворачивается на угол, пропорциональный электрическому сигналу позиционера 91, поступающему по управляющему кабелю.
Стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания функционирует следующим образом.
Для испытания турбокомпрессор 1 устанавливают на корпусе стенда. К нижним патрубкам турбокомпрессора подсоединяют обводной, например, U-образный патрубок 7. Сначала проводят холодный запуск ТКР, подключая компрессорную станцию 68 с высокоскоростным воздушным потоком воздуха. Испытания ТКР1 проводят на низких и высоких оборотах ротора ТКР. При этом формируются и фиксируются аппаратурой сигналы от датчика 37 скорости вращения ротора ТКР1 и от датчика 27 расхода, от датчика 28 температуры и от датчика 29 давления газо-воздушной среды на входе в компрессор 2 ТКР 1, а также от датчика 35 температуры и от датчика 36 давления газо-воздушной среды на выходе из турбины 3 ТКР 1, от датчика 30 температуры и от датчика 31 давления, установленных в ветви 10 обводного патрубка 7 вблизи напорного патрубка 8 на выходе из компрессора 2 ТКР 1, и от датчика расхода 32, от датчика 33 температуры и от датчика 34 давления, установленных в ветви 11, содержащей камеру сгорания 12, на входе в турбину 3 ТКР 1 и от датчика 73 давления и от датчика температуры 74 воздуха в нагнетательном патрубке 69, подключенном к компрессорной станции 68. Также фиксируются показатели датчика 23 расхода топлива, датчиков 27 и 32 расхода газо-воздушной среды на входе в компрессор 2 и на входе в турбину 3 ТКР 1, соответственно, а также регуляторов 20, 45 и 62 расхода топлива, масла и охлаждающей жидкости, соответственно, и регулятора 32 расхода газо-воздушной среды как в ветви 11 обводного патрубка 7, так и регулятора 27 расхода газо-воздушной среды в патрубке 4 подвода воздуха к компрессору 2 ТКР 1.
Кроме того фиксируются показатели датчика 51 температуры масла внутри масляной емкости 55, а также показатели дополнительного датчика 52 давления масла перед масляным фильтром 44 по направлению циркуляции масла в контуре.
Аналоговые сигналы от указанных датчиков преобразуются в цифровую форму для отображения параметров ТКР в устройстве 86 управления, а также для выработки сигналов управления с целью изменения расхода топлива, масла, охлаждающей воды или газо-воздушной среды.
На лицевой панели устройства 86 управления расположены средства для управления системами топливоподачи, подачи масла, зажигания топливовоздушной смеси и регуляторами расхода топлива, масла и газо-воздушной среды.
Посредством повторных операций холодной прокрутки и горячих испытаний осуществляют доводку параметров испытываемого турбокомпрессора до нормативных.
При этом горячий запуск турбокомпрессора обеспечивают путем подачи топлива через пусковую топливную форсунку 13 посредством регулятора 20 расхода топлива. Перед холодным и горячим запусками под заданным давлением подводят масло к подшипниковому узлу 39 турбокомпрессора 1 через регулятор 45 расхода масла.
После достижения необходимых оборотов ротора турбокомпрессора 1 при холодном запуске и достижении заданного значения обогащения топливовоздушной смеси в камере сгорания 12 устройство 86 управления формирует управляющий сигнал на запуск системы зажигания для подачи рабочего напряжения на свечу 14 зажигания.
После возгорания топливовоздушной смеси продукты сгорания, накапливаясь в рессивере 87 поступают на вход турбины 3, обеспечивая вращение колеса компрессора 2, нагнетающего свежий воздух в камеру сгорания 12. После выхода турбокомпрессора 1 на режим холостого хода отключают подачу воздуха от компрессорной станции 68.
Указанные средства контроля параметров турбокомпрессора 1 обеспечивают измерение с заданной точностью скорости вращения ротора, температуры, давления и расхода топлива масла и газовоздушной среды. Датчики в газовоздушном тракте стенда обеспечивают измерение расхода, температуры и давления воздуха на входе и выходе компрессора 2 и турбины 3 испытываемого турбокомпрессора 1. Выходные аналоговые сигналы от указанных датчиков поступают на вход устройства 86 управления.
Устройство 86 управления осуществляет в режиме реального времени необходимые операции с входными сигналами для получения связи термодинамических параметров газовоздушного тракта с вращением ротора и техническим состоянием испытываемого турбокомпрессора 1.
В устройстве 86 управления отображаются данные, являющиеся результатом обработки исходной информации от указанных датчиков газовоздушной среды и систем подачи топлива масла и охлаждающей жидкости для наглядной оценки состояния турбокомпрессора 1 и выработки рекомендаций для операторов стенда по ручной или автоматической регулировке его характеристик.
Предлагаемый стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания предназначен также для комплексной проверки качества изготовления и сборки турбокомпрессоров в соответствии с Международным стандартом ISO 5389:2005(R) «Турбокомпрессоры. Правила проведения испытания для определения рабочих характеристик."
Предлагаемый стенд благодаря наличию управляемых перепускных клапанов с регулируемыми поворотными заслонками, позволяет проводить испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания как при разомкнутом режиме работы стенда, так и при замкнутом или частично-замкнутом.
Стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания функционирует следующим образом.
При разомкнутом режиме работы стенда воздух из компрессорной станции 68 поступает в камеру сгорания 12, а воздух от компрессора 2 испытываемого ТКР 1 сбрасывается в атмосферу посредством спускного ответвления 75 с установленным в нем перепускным клапаном 76 с регулируемой поворотной заслонкой, причем поворотная заслонка перепускного клапана 81, установленного между спускным ответвлением 75 и выходным напорным патрубком 69 компрессорной станции 68 установлена в закрытом положении.
При замкнутом режиме работы стенда воздух в камеру сгорания 12 поступает от компрессора 2 ТКР 1. При этом поворотные заслонки перепускного клапана 76, установленного в спускном ответвлении 75, и поворотные заслонки перепускных клапанов 71 и 72, установленных в в выходном напорном патрубке 69 компрессорной станции 68 перед ветвью 11, содержащей камеру сгорания 12, установлены в закрытом положении.
При частично-замкнутом режиме работы предлагаемого стенда перепускной клапан 76, размещенный в спускном ответвлении 75, установлен с закрытой поворотной заслонкой. Воздух при этом поступает в камеру сгорания 12 как от компрессора 2 ТКР1, так и через выходной напорный патрубок 69 компрессорной станции 68. Происходит смешивание двух указанных потоков воздуха. Соотношение объемов воздуха от обоих источников регулируют поворотными заслонками управляемых перепускных клапанов 76, 71 и 72.
Однократную холодную прокрутку турбокомпрессора без подачи топлива обычно осуществляют с частотой до 30 тыс. об/мин, в течение нескольких минут. При наличии вибраций после демонтажа и ремонта турбокомпрессора осуществляют повторные динамические испытания турбокомпрессора.
Горячие стендовые испытания турбокомпрессоров проводят при скорости вращения ротора до 160 тыс. об/мин.
Время работы турбокомпрессора в каждом цикле испытаний находится в пределах от десятков минут до нескольких часов.
Основными измеряемыми параметрами предлагаемого стенда являются следующие:
- максимальная частота вращения ротора, об./мин.
- давление воздуха после компрессора, кПа
- давление газа перед турбиной, кПа
- давление газа после турбины, кПа
- давление в масляной системе, кПа
- давление топлива на форсунке в топливной системе, кПа
- температура газа перед турбиной, град.С
- температура газа после турбины, град.С
- температура масла перед турбокомпрессором, град.С
- виброускорение, g
- температура воздуха перед компрессором, град.С
- температура воздуха после компрессора, град.С
Для измерения параметров (давление, температура, влажность) технологических сред выбраны датчики с нормирующим преобразователем 4-20 мА, обладающие сильным сигналом, свободным от влияния электрических помех промышленной частоты в условиях промышленной зоны, для измерения параметров температуры газа ТКР использованы термопары КТХА с классом допуска 1 и сигналом термо ЭДС;
Предлагаемый стенд успешно прошел испытания и рекомендован к внедрению в производство.
Предлагаемое техническое решение является новым и промышленно применимым.
Использование предлагаемого стенда для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания позволит повысить точность и эффективность проводимых испытаний на любых нагрузочных режимах путем имитации реальных режимов нагружения испытываемых турбокомпрессоров, а также позволит расширить диапазон мощностей и номенклатуру испытываемых турбокомпрессоров с увеличенными диаметрами рабочих колес компрессора и с охлаждением среднего корпуса.
1. Стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания, содержащий корпус и установленные на нем и сообщенные с атмосферой патрубки подвода воздуха к испытываемому ТКР и отвода уходящих газов, обводной U-образный воздухоподающий патрубок, сообщающий напорный патрубок компрессора с входным патрубком турбины испытуемого ТКР, систему «горячего» запуска турбины испытываемого ТКР, выполненную с возможностью раскрутки турбины своим воздушным потоком и включающую камеру сгорания для сжигания углеводородного топлива, размещенную в ветви обводного патрубка перед входным патрубком турбины ТКР и снабженную по меньшей мере одной топливной форсункой, систему «холодного» запуска турбины испытуемого ТКР, и включающую сторонний компрессор, подключенный выходным напорным патрубком к обводному воздухоподающему патрубку перед входным патрубком турбины ТКР, топливную систему, выполненную в виде контура принудительной циркуляции, включающего топливный бак, насос, по меньшей мере, один топливный фильтр и систему зажигания со свечой зажигания, и снабженную, по меньшей мере, одним регулятором расхода топлива и соединенную через последний с соответствующей топливной форсункой, масляную систему, выполненную в виде контура принудительной циркуляции, включающего масляную емкость с теплообменником, насос, по меньшей мере, один масляный фильтр, снабженную, по меньшей мере, одним регулятором расхода масла и подключенную к подшипниковому узлу ТКР, средства для контроля параметров испытываемого ТКР, включающие датчик скорости вращения ротора ТКР, выполненный совмещенным с датчиком вибрации ТКР, датчики температуры и давления среды газо-воздушного тракта на входе и выходе компрессора и турбины ТКР, датчики температуры, давления и расхода топлива и масла, устройство управления стендом, связанное с выходами средств для контроля параметров испытываемого ТКР, отличающийся тем, что сторонний компрессор выполнен в виде компрессорной станции, и ее выходной напорный патрубок снабжен виброкомпенсатором и двумя управляемыми перепускными клапанами с регулируемыми поворотными заслонками, один из которых, ближайший к компрессорной станции, установлен с возможностью выполнения функции аварийного клапана, обводной воздухоподающий патрубок в зоне между обеими его ветвями снабжен сообщенным с ним спускным ответвлением, с противоположного торца сообщенным с атмосферой и снабженным управляемым перепускным клапаном с регулируемой поворотной заслонкой, при этом в каждой ветви обводного патрубка установлен термокомпенсатор, ветвь обводного патрубка, сообщенная с компрессором ТКР, дополнительно снабжена управляемым перепускным клапаном с регулируемой поворотной заслонкой, размещенным между термокомпенсатором этой ветви и местом подключения спускного ответвления к обводному патрубку, а ветвь обводного патрубка, содержащая камеру сгорания, дополнительно снабжена байпасным трубопроводом и тремя управляемыми перепускными клапанами с регулируемыми поворотными заслонками, из которых один клапан размещен в зоне между спускным ответвлением и выходным напорным патрубком компрессорной станции, второй клапан размещен в ветви обводного патрубка между термокомпенсатором этой ветви обводного патрубка и камерой сгорания ее содержащей, считая по направлению движения воздушного потока от компрессорной станции, и третий клапан размещен в байпасном трубопроводе, сообщенном с ветвью обводного патрубка до и после третьего клапана, средства для контроля параметров испытываемого ТКР дополнительно содержат датчики расхода воздуха, размещенные в ветви обводного патрубка, содержащей камеру сгорания, и перед воздушным фильтром компрессора испытываемого ТКР, а также датчики температуры и давления воздуха в выходном напорном патрубке компрессорной станции, камера сгорания дополнительно снабжена индикатором и детектором пламени, стенд дополнительно оборудован автономным технологическим компрессором, а привод регулируемых поворотных заслонок управляемых перепускных клапанов сообщен с технологическим компрессором и снабжен позиционерами, установленными с возможностью электрического регулирования положения каждой из заслонок и с возможностью осуществления перевода каждого клапана в закрытое или открытое положение.
2. Стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что масляная система дополнительно содержит дополнительный датчик давления масла, расположенный перед фильтром по направлению циркуляции масла в контуре.
3. Стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит систему подачи охлаждающей жидкости в полости охлаждения среднего корпуса ТКР и/или корпуса турбины, выполненную в виде контура принудительной циркуляции охлаждающей жидкости, включающего емкость с охлаждающей жидкостью, радиатор, принудительно охлаждаемый воздухом, байпасный трубопровод контура циркуляции с перепускным клапаном, датчик расхода охлаждающей жидкости, датчик давления охлаждающей жидкости и два датчика температуры охлаждающей жидкости, один из которых размещен в трубопроводе подачи охлаждающей жидкости в полости охлаждения ТКР, а другой в трубопроводе отвода охлаждающей жидкости из полости охлаждения ТКР.
4. Стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что между камерой сгорания и входным патрубком турбины испытываемого ТКР дополнительно установлен ресивер.
