4

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

КАМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ИНЖЕНЕРНО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

(ИНЭКА)

В.В.Румянцев, С.В.Тиунов, Р.Х.Хафизов, К.В.Чернов

ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ТУРБОКОМПРЕССОРОВ

ТИПА ТКР АВТОТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ НА БЕЗМОТОРНОМ СТЕНДЕ

Методические указания к лабораторной работе по курсу

"Агрегаты наддува двигателей"

для студентов специальности 14050165 – "Двигатели внутреннего сгорания"

Набережные Челны

2007

УДК 621.43.001

Газодинамические испытания турбокомпрессоров типа ТКР автотракторных двигателей внутреннего сгорания на безмоторном стенде./ Составители В.В.Румянцев, С.В.Тиунов, Р.Х.Хафизов, К.В.Чернов. – Набережные Челны, ИНЭКА, 2007, 21 с.

В настоящих методических указаниях приведены:

- описание стенда для проведения безмоторных испытаний автотракторных турбокомпрессоров;

• методика испытаний;

• методика обработки и представления результатов испытаний.

Предназначены для студентов специальности 14050165 – "Двигатели внутреннего сгорания".

Табл. 5, рис. 3.

Печатается по решению НМС Камской государственной инженерно-экономической академии от "______"__________________200 г.

Рецензент: зав.кафедрой НГиИГ д.т.н., профессор С.В.Дмитриев.

 Камская государственная

инженерно-экономическая академия,

2007 г.

Введение.

Курс "Агрегаты наддува двигателей" соответствует государственному образовательному стандарту высшего профессионального образования по специальности 14050165 – "Двигатели внутреннего сгорания" по направлению подготовки дипломированного специалиста 651200 – "Энергомашиностроение".

В соответствии с учебным планом ИНЭКА по данной специальности предусмотрено выполнение лабораторных работ, в том числе - испытания малоразмерных турбокомпрессоров типа ТКР автотракторных комбинированных двигателей внутреннего сгорания.

Объем работы с написанием отчета составляет 4 академических часа. Место проведения – филиал кафедры ДВС ИНЭКА при ДР и ВНР ОАО КАМАЗ. Работы проводятся с половиной академической группы при непосредственном участии специалистов службы главного конструктора по двигателям ОАО КАМАЗ.

1. Цель работы.

Практическое ознакомление студентов с устройством и принципом работы безмоторного стенда для испытания малоразмерных турбокомпрессоров типа ТКР автотракторных ДВС, методикой проведения испытаний компрессорной и турбинной ступеней, методикой обработки и представления результатов испытаний.

2. Основные меры безопасности для студентов при проведении испытаний.

Лабораторная работа проводится под руководством преподавателя при участии инженера и механика, имеющих опыт работы на испытательном стенде.

Перед проведением лабораторной работы студенты проходят инструктаж по технике безопасности.

Вредные и опасные для человека факторы при работе стенда:

• шум;

• электрический ток;

• вредные пары и газы в помещении испытательного бокса;

• поверхности трубопроводов и турбокомпрессора высокой температуры;

• подвижные (вращающиеся с частотой до 100000 мин^1 и более) части турбокомпрессора.

Для обеспечения работы стенда используются пожароопасные материалы (дизельное топливо, масло).

В связи с этими факторами студенты во время проведения лабораторной работы должны находиться в пультовом помещении испытательного бокса.

Студентам запрещается:

• самостоятельно включать и выключать стенд;

• заниматься посторонними работами в процессе испытаний;

• курить в не отведенных для этого местах.

3. Стенд для безмоторных испытаний турбокомпрессоров.

3.1. Назначение стенда.

Стенд предназначен для испытания турбокомпрессоров типа ТКР для получения газодинамических характеристик компрессорной и турбинной ступеней, а также для других специальных (научно-исследовательских) видов испытаний.

3.2. Состав стенда.

Принципиальная схема стенда представлена на рис.1.

Испытательный стенд состоит из следующих основных систем и агрегатов:

• объекта исследования – турбокомпрессор типа ТКР (на схеме обозначено «К» и «Т» - компрессор и турбина, соответственно);

• газогенератора (камеры сгорания, на схеме – «КС»);

• пусковой системы;

• топливной станции;

• масляной станции;

• трубопроводов воздушной и газовой магистралей;

• трубопроводов системы питания газогенератора топливом и системы смазки ТКР;

• исполнительных механизмов, заслонок и клапанов;

• системы контроля и измерений;

• пульта управления.

Принципиальная схема стенда представлена также в учебной аудитории филиала кафедры, в таблице 1 представлен перечень наименований узлов и агрегатов.

3.2.1. Газогенератор служит для образования газов необходимой температуры с целью имитации работы ТКР в составе двигателя по температурному режиму. В качестве газогенератора используется камера сгорания авиационного ГТД, где сжигается дизельное топливо.

3.2.2. Пусковая система обеспечивает запуск газогенератора. Состоит из пускового насоса топлива с приводом от электродвигателя, пусковой форсунки и высоковольтной катушки со свечами зажигания.

3.2.3. Топливная станция служит для питания газогенератора топливом с целью обеспечения образования газовой смеси необходимой температуры. Состоит из топливного насоса высокого давления с приводом от электродвигателя, клапанов подачи и отсечки топлива и рабочей форсунки.

3.2.4. Масляная станция предназначена для обеспечения смазкой подшипникового узла ТКР в процессе испытаний. Состоит из насоса с приводом от электродвигателя и укомплектована системой регулирования подачей масла, а также системой автоматического поддержания его температуры.

3.2.5. Трубопроводы воздушной и газовой магистралей обеспечивают подачу и отвод воздуха и газа от компрессорной и турбинной ступеней ТКР. В трубопроводах размещены органы регулирования (заслонки, клапаны) режимом работы ТКР.

3.2.6. Трубопроводы системы питания топливом газогенератора и системы смазки подшипникового узла ТКР предназначены для подачи топлива под высоким давлением к форсункам, слива дренажного топлива, а также для подачи и слива смазки из подшипникового узла ТКР. В этих трубопроводах размещены органы регулирования (краны, клапаны) систем питания и смазки.

Рис.1. Схема стенда

3.2.7. Исполнительные механизмы обеспечивают дистанционное управление органами регулирования (заслонками, кранами) газодинамического режима работы ТКР, системами питания и смазки.

Таблица 1.

Перечень узлов, деталей и агрегатов стенда (обозначения соответствуют схеме стенда, имеющейся в учебной аудитории).

№ поз.	Наименование
1.	Турбокомпрессор
2.	Отсечной клапан воздуха
3.	Механизм регулирования расхода воздуха (холодный тракт)
4.	Механизм регулирования расхода воздуха (горячий тракт)
5.	Фланцы переключения расходомерных сопел
6.	Расходомерные сопла
7.	Успокоительный ресивер газов
8.	Ресивер за компрессором
9.	Коллектор входа (лемниската)
10.	Механизм регулирования расхода воздуха через компрессор
11.	Противопомпажное устройство
12.	Реле давления
13.	Механизм регулирования подачи масла
14.	Масляный фильтр
15.	Масляный бак
16.	Нагреватель масла
17.	Масляный насос
18.	Электродвигатель
19.	Теплообменник
20.	Электромагнитный клапан подачи воды к теплообменнику
21.	Кран подвода воды
22.	Камера сгорания (газогенератор)
23.	Пусковая форсунка

3.2.8. Системы контроля и измерений служат для визуального контроля за режимом работы всех систем стенда и ТКР, для измерения и регистрации параметров работы ТКР. Включают в себя контрольные и измерительные приборы и их магистрали.

3.2.9. Пульт управления служит для дистанционного управления стендом и режимом работы ТКР. На нем размещены органы управления и контрольно-измерительные приборы.

3.3. Средства измерения.

3.3.1. Расход воздуха через компрессорную ступень.

На стенде для газодинамических испытаний ТКР используется стандартное (нормальное) сужающее устройство – мерный коллектор входа, выполненное в соответствии с требованиями РД 50-213-80 «Правила измерения расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами».

Значение расхода воздуха определяется расчетным путем по измеренным величинам перепада давления и температуры воздуха по уравнению:

,

где:  - коэффициент расхода мерного устройства;

F₀ – площадь отверстия сужающего устройства, (мерного коллектора входа), м²;

 - плотность измеряемой среды, кг/м³;

 - коэффициент расширения, учитывающий сжимаемость измеряемой среды;

Р_му – перепад давления воздуха на мерном устройстве, Па.

В зависимости от типоразмера (производительности) компрессора стенд комплектуется различными мерными коллекторами входа.

Например, для испытаний компрессорной ступени турбокомпрессоров типоразмера ТКР 7 используется коллектор с диаметром мерного участка D_му = 60 мм.

3.3.2. Расход газов через турбинную ступень.

Расход газов определяется как сумма расходов воздуха и топлива. Для измерения расхода воздуха используется также сужающее устройство – мерное сопло, изготовленное в соответствии с требованиями РД 50-213-80.

Значение расхода воздуха определяется расчетом по измеренным значениям абсолютного давления воздуха перед соплом, перепада давления на мерном сопле и температуры воздуха перед мерным соплом (необходима для определения плотности) по приведенной в п.3.3.1. формуле.

В зависимости от размерности ТКР стенд также комплектуется мерными соплами на различные диапазоны расхода воздуха.

Для измерения расхода топлива применяется расходомер весового типа фирмы "AVL" (Австрия).

Из опыта испытаний различных ТКР известно, что для получения газов с температурой перед турбиной 600С при сжигании дизельного топлива его расход составляет 2…4% от расхода воздуха. Поэтому, с целью сокращения времени испытаний, расход топлива может определяться косвенным способом – по тарировочному графику зависимости расхода топлива от давления перед рабочей форсункой. Это, практически, не приводит к искажению результатов определения расхода газов.

3.3.3. При испытаниях ТКР измеряются давления воздуха и газа в различных сечениях. Расчет параметров ТКР, в основном, ведется по полному (заторможенному) значению давлений, т.е. с учетом динамики потока.

На стенде при испытаниях ТКР типоразмеров до ТКР 9 обычно измеряют статическое давление. Это связано с тем, что введение в измерительные сечения трубок отбора полного давления или зонда вызывает дополнительные возмущения потока, они быстро засоряются продуктами сгорания дизельного топлива. Поэтому при определении характеристик ТКР измеряют статическое давление и при помощи газодинамических функций определяют значения заторможенного потока.

Для измерения статического давления на трубопроводах делаются отборные отверстия диаметром 0,8 – 1 мм. Эти отверстия выполняются с острыми кромками без заусенцев и фасок. Отбор давления проводится на прямых участках трубопроводов, в одном сечении равномерно по периметру располагаются не менее 3-х отверстий (точек измерения), которые объединяются в один кольцевой коллектор, присоединенный к одному регистрирующему прибору. В качестве регистрирующих приборов значений давлений (перепада давления) используются манометры класса точности не ниже 0,4 и водяные U-образные пьезометры (мановакуумметры). На стенде применяются электрические преобразователи с подключением их к ПЭВМ.

3.3.4. Для измерения температур воздуха и газа на испытательном стенде используются термопары градуировки "ХК" – хромель¹-копелевые² и "ХА" – хромель-алюмелевые³.

Параметры ТКР, в основном, представляются в параметрах заторможенного потока. В связи с тем, что скорости воздушного и газового потоков при работе ТКР не превышают 100 м/с, на стенде применяются термопары закрытого типа. При этом считается, что измеренное значение температуры соответствует по величине температуре заторможенного потока. Вносимая при этом ошибка не превышает допустимого предела. В зависимости от вторичного прибора значение температур измеряется в mv термоЭДС⁴ или в градусах С или К. При измерении температуры в mv для определения их значений в градусах С или К используются стандартные градуировочные таблицы.

Стенд оснащен многоканальным измерительным преобразователем 711, который позволяет определить значения температуры в градусах С или К, а также в mv.

С целью повышения точности определения температур воздушного и газового потоков в каждом сечении устанавливаются три датчика. Для расчета параметров ТКР пользуются среднеарифметическими значениями показаний всех датчиков в данном сечении. Датчики измерения температуры устанавливаются за отверстиями отбора давления по потоку измеряемой среды.

3.3.5. Для измерения частоты вращения ротора используется бесконтактный метод, что обеспечивается применением радиоволнового тахометра (РВТ). В настоящее время стенд оснащаён системой автоматического измерения и обработки информации на базе ЭВМ.