2120

микроманометра (hдин = К lcп = 0,2 lcп) при крайнем нижнем положении трубки Пито и через каждые 10 мм (через одну риску на трубке Пито) при подъёме её вверх по всему диаметру трубы доупора(девять точек);

б) статического напора hст, мм;

в) температуры воздуха в трубе t,°С.

4.Открывая заслонку 3, установить стрелку КСД-3 последовательно на делениях 2, 3, 4, 5, 6. При каждом фиксированном положении стрелки произвести измерения, указанные в пункте 3, а также атмосферного давления ра (мм рт. ст.) по барометру 8.

5.При обработке результатов измерений вычислить:

а) давление воздуха p (Па) в трубе как сумму атмосферного и избыточного давлений:

где 133,322 и 9,81 – коэффициенты перевода мм рт. ст. и мм вод. ст. в паскали;

в) скорость воздуха сi в каждой мерной точке по формуле (1.5). Построить эпюру скоростей в координатах х–с (х изменяется от

нуля до d). Для этого диаметр трубы d = 8 см делится на восемь частей (через 1 см) и в точках деления (9 мерных точек плюс две на стенках) откладываются значения соответствующих скоростей. На стенках (точки 0 и 8) скорости принимаются равными нулю (рис. 1.4). Поскольку трубка Пито имеет диаметр 3 мм, то точки 0' и 8' будут располагаться на расстоянии 1,5 мм от стенок трубы.

График скоростей c'(x) в виде ломаной кривой и опытные значения скоростей (обозначены кружочками) показаны на рис. 1.4.

По эпюре скоростей на радиусах центров равновеликих колец ri выбрать соответствующие значения скоростей сi и по формуле (1.8) определить среднюю скорость в трубе при полном открытии заслонки.

Вычислить объемный и массовый расходы воздуха по формулам (1.10) и (1.11) и часовой объемный расход (кг/ч) при нормальных условиях по формуле VН 3600 mt / Н .

11

Лабораторная работа № 2

СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ И ДИАГНОСТИРОВАНИЯ АГРЕГАТОВ НАДДУВА

2.1. Цель и задача работы

Цель работы: приобрести навыки при испытании и диагностировании агрегатов наддува на испытательном стенде.

Задача работы: изучить конструкцию стенда по испытанию и диагностированию агрегатов наддува и методику испытания и регулировки устройства для перепуска газа мимо турбины.

Оборудование: турбокомпрессор ТКР-5 с системой перепуска газа мимо турбины, насос, компрессор, индикатор, манометр.

2.2. Общие положения

Для повышения мощности двигателей, снижения удельного расхода топлива и токсичности отработавших газов применяют систему наддува. Наибольшее применение получил газотурбинный наддув, в котором центробежный компрессор и турбина имеют газовую связь.

Для согласования протекания рабочего процесса в камере сгорания двигателя и количества подаваемого компрессором воздуха применяют следующие способы регулирования:

−перепуск воздуха на вход в турбину;

−перепуск части отработавших газов мимо турбины;

−поворот соплового лопаточного аппарата в компрессоре или турбине;

−изменение проходного сечения на входе в турбину. Исполнительные механизмы указанных способов регулирования

могут быть механические (мембранные с пружиной) или электронные. Для привода в движение заслонки или соплового аппарата механизм поворота имеет шток, по анализу движения которого можно выполнить диагностику и определить неисправности. Движение штока (ход) определяется при помощи индикатора или измерительной аппаратуры с индуктивным датчиком.

Наибольшее применение в практике получила система автоматического регулирования с перепуском газа мимо турбины. Она позволяет обеспечить двигатель требуемым количеством воздуха на всех

13

режимах работы и ограничить максимальную частоту вращения вала турбокомпрессора. Мощность турбины согласуется с нагрузкой двигателя.

2.3.Устройство и работа стенда для испытания

идиагностики агрегатов наддува

Для диагностики и получения экспериментальных характеристик компрессора и турбины была предложена схема стенда. За основу принят стенд для продувки турбин турбокомпрессоров типа ТКР-14, созданный на кафедре «Двигатели внутреннего сгорания» Тихоокеанского государственного университета г. Хабаровска.

Стенд включает в себя две воздуходувки ТВ-42, соединенных последовательно для получения необходимого давления перед турбиной, имеет систему смазки подшипников, трубопроводы с регулировочными задвижками, позволяющими установить необходимый режим работы турбокомпрессора, приборы для измерения давления, температуры и частоты вращения ротора. Полное давление фиксируется манометрами, перепады между полным и статическим давлением

– жидкостными пьезометрами. В качестве тормоза для турбины используется центробежный компрессор. Нагрузка регулируется изменением расхода воздуха через компрессор при помощи заслонки, установленной на его выходе.

На рис. 2.1 приведена схема рекомендуемого стенда, позволяющая проводить диагностику и испытание турбокомпрессоров с ради- ально-осевой турбиной бензиновых и дизельных быстроходных двигателей мощностью до 360 кВт.

Данный стенд позволяет проводить следующие работы:

–диагностику и настройку турбокомпрессоров бензиновых и дизельных быстроходных двигателей;

–холодную и горячую обкатку ТКР после ремонта;

–моделирование режимов работы турбокомпрессора для условий эксплуатации.

Установка имеет систему смазки подшипников турбокомпрессора, включающую емкость для масла 14, насос 12 с перепускным клапаном 13, фильтрующий элемент 11 терморегулятор и холодильник 10. Марка масла должна соответствовать моторному маслу, применяемому на двигателе, на котором установлен испытуемый турбоком-

прессор. Температура масла должна быть не менее 100 оС и соответ-

14

ствовать условиям эксплуатации. При использовании моторного масла SAE 5W-30, API-CD (М3З-10Д2) для высокофорсированных двигателей с наддувом его кинематическая вязкость при 100 оС лежит в пределах 9,5 – 11,5 сСт.

Рис. 2.1. Стенд для диагностики и испытания турбокомпрессоров: 1 воздуходувка; 2 предохранительный клапан (Blow - off); 3 заслонки

(клапаны) поворотные с электромеханическим приводом; 4 баллон с газом (пропан-бутан); 5 редуктор газовый; 6 камера сгорания с искровым розжигом; 7 камера управления перепускного устройства; 8 клапан (заслонка) перепускного устройства; 9 турбокомпрессор; 10 терморегулятор (охладитель масла); 11 фильтрующий элемент; 12 насос; 13 перепускной клапан;

14 емкость для масла; 15 охладитель; 16 насос центробежный; 17 емкость для охлаждающей жидкости

При износе подшипников скольжения увеличивается зазор между валом и подшипником, при этом расход масла также возрастает. По изменению расхода масла рекомендуется определение зазора в подшипниковом узле и определение его предельного значения.

При нарушении уплотнения между подшипниковым узлом и колесом компрессора или турбины возможно просачивание масла, что также является дефектом в работе турбокомпрессора.

Для охлаждения турбокомпрессора, когда рабочим телом является газ с температурой до 900 К, используется система охлаждения, со-

15

стоящая из ёмкости для охлаждающей жидкости 17, насоса центробежного типа 16 и охладителя 15. Установка может работать в одном из двух режимов:

В первом режиме в качестве рабочего тела используется сжатый атмосферный воздух (холодный режим). С пульта управления приводятся в действие поворотные заслонки 3. При включении воздуходувки 1 и открытом клапане 3 перед ней (верхний клапан закрыт) воздух поступает на вход в турбину турбокомпрессора 9. Расход воздуха через турбину регулируется дросселем.

Перед тем как запустить воздуходувку 1 нужно включить систему смазки и убедится, что давление на входе в узел смазки подшипников составляет не менее 0,2 МПа. Так как турбина приводится в движение от воздуха, который имеет температуру не более 30 оС, то систему охлаждения можно не включать.

Частоту вращения вала ротора турбокомпрессора определяют в процессе исследования при помощи тахометра АТТ6002. Для измерения температуры воздуха на входе и выходе из компрессора используют термометры, для изменения давления – манометры, для измерения расхода − расходомеры. В качестве тормоза для турбины используется компрессор К турбокомпрессора 9. Закрывая заслонку 3В на выходе из компрессора, устанавливают необходимое давление перед турбиной, расход воздуха и проводят испытания.

Во втором режиме используются продукты сгорания, поступающие из камеры сгорания 6 (горячий режим). С пульта управления приводятся в действие поворотные заслонки 3. При подаче топлива из баллона 4 (пропан-бутановая смесь) и воздуха из воздуходувки 1 в камеру 6, поток продуктов сгорания поступает в турбину, вращая ее колесо. После воспламенения топлива в камере сгорания, воздух поступает из компрессора. При этом верхняя заслонка 3в открыта, а две нижние (3А и 3С) закрываются, воздуходувка 1 выключается. Количество газа на входе в турбину регулируется изменением подачи топлива, поступающее в камеру сгорания. При использовании камеры сгорания кроме системы смазки дополнительно включается система охлаждения. Кроме газа для организации процесса горения в камере 6, возможно применение распыленного дизельного топлива.

Как для первого, так и для второго режимов работы стенда (см. рис. 2.1), используются тахометр S, расходомер F, манометры давления P и термометры T. Для определения скорости потока газов в различных сечениях используются пьезометры и трубки Пито

16

(см. лабораторную работу № 1). Для установки на стенд турбокомпрессоров с различными размерами предусмотрены переходные фланцы.

2.4. Испытание и настройка устройства перепуска газа мимо турбина

На рис. 2.2 показан агрегат наддува с компрессором, турбиной и устройством для перепуска газа мимо турбины (расходное воздействие). Пневматическая камера 1 герметично сообщена (при помощи шланга) с выходом компрессора. Перепускной канал, закрываемый заслонкой 3, соединен с выходом из турбины. Давление наддува передается на мембрану, поджатую пружиной. При величине давлении больше оптимального, мембрана камеры 1, преодолевая усилие пружины, перемещает рычаг, который открывает заслонку 3. При этом изменяется количество газа (расход газа), который направляется на лопатки колеса турбины и изменяется частота вращения ротора турбокомпрессора.

Рис. 2.2. Турбокомпрессор с перепускным устройством: 1 – рычаги управления заслонкой; 2 – пневматическая камера

управления; 3 – заслонка

На рис. 2.3 приведена схема устройства для перепуска газа мимо турбины (в атмосферу) с установкой индикатора 7 для диагностики.

Система перепуска работает следующим образом [3]. Воздух под определенным давлением PК из компрессора 1 поступает в камере управления 2, действуя на мембрану 3 площадью SМ , создаёт силу (Н)

17

со стороны мембраны (диаметр мембраны 40 мм)

Рис. 2.3. Установка для диагностики системы перепуска газа мимо турбины:

1 – компрессор центробежный; 2 – камера управления; 3 – мембрана; 4 – пружина; 5 – стойка крепления индикатора; 6 – упорная планка привода индикатора 7; 8 – винты зажимные; 9 – муфта регулирования длины штока 10; 11 – рычаг штока;

12 – рычаг клапана; 13 – клапан-заслонка; 14 – перепускное отверстие; 15 – турбина

Пружина 4 имеет определенную жесткость С (30 Н/мм) и предварительно сжата на величину Х. Сила со стороны пружины определяется выражением

При закрытой заслонке 13 площадью SЗ на нее действует сила от давления газов перед турбиной РТ = РК равная

18

При равенстве длины рычагов 11 и 12 баланс сил на штоке 10 определяется выражением

Определив силы, действующие на шток 10, для заданного оптимального давления начала открытия клапана (например, абсолютное давление 1,5·105 МПа) определяют величину FП, при необходимости ее корректируют муфтой 9, изменяя длину штока 10. Площадь мембраны и перепускного отверстия диаметром D определяют по форму-

ле π· D2/4.

2.5. Последовательность диагностирования и регулировки перепускного устройства

Работа выполняется в следующей последовательности:

1.Проверяют целостность мембраны 3 (см. рис. 2.3), пружины 4

игерметичность перепускного клапана 13. Устанавливают упорную планку 6 на шток 10 и закрепляют ее. Планка 6 должен касаться штока индикатора часового типа 7, шкала которого устанавливается на 0.

2.Плавно повышая давление в камере 2 при помощи компрессора или насоса, наблюдают за началом движения штока 10 и открытием клапана 13.

3.Записывают давление, при котором происходит начало движения штока, и сравнивают его с данными завода-изготовителя. При необходимости корректируют длину штока 10 при помощи муфты 9.

4.Далее, повышая давление в камере 2, определяют зависимость перемещения штока и величину открытия клапана от давления.

Площадь сечения при открытии клапана на величину K (ход штока) определяют из выражения

где DО – диаметр перепускного отверстия, 20 мм.

Определив SК, для различных выдвижений штока, можно определить количество перепускаемого газа. При равенстве длин рычагов 11 и 12 ход штока 10 и величина открытия клапана K будут равны друг другу.

Результаты испытание и настройка устройства перепуска газа мимо турбина представлены в табл. 2.1

19

Для проведения регулировочных работ необходимы данные о величине давления начала и полного открытия клапана. Требуется указать марку двигателя, его мощность, частоту вращения коленчатого вала, давление наддува.

Содержание отчета:

1.Название работы.

2.Цель и задачи работы.

3.Основные формулы для расчета устройства перепуска газа мимо турбины.

4.Схема установки для диагностирования системы перепуска газа мимо турбины.

5.Результаты испытания устройства перепуска газа внесите в табл. 2.1.

6.Выводы по работе.

Контрольные вопросы и задания

1.В чем заключается методика работы на стенде по диагностированию и испытанию турбокомпрессоров?

2.Как осуществляются смазка и охлаждение турбокомпрессора при испытании и диагностированию на стенде?

3.С какой целью устанавливается на шток индикатор в процессе диагностирования устройства для перепуска газа?

4.Как отрегулировать начало движения штока при заданном полном давлении (например, 0,15 МПа)?

5.С какой целью перепускают часть газа мимо турбины?

20