RU2348910C1 - Method of turbocharger trial - Google Patents

Abstract

FIELD: physics, trials.

SUBSTANCE: invention concerns trials of impeller machines, in particular, turbochargers for pressurisation of internal combustion engines, and can find wide application at trials. The turbocharger trial method consists that gas is injected on an inlet in the turbine, on an inlet in the compressor given in gyration by the turbine, - surrounding or pressure air, determine their rate of flux and pressure. In addition measure a curl rotation frequency of the turbocharger, the gas rate of flux on an inlet in the turbine or the heavy air rate of flux on an inlet in the compressor change under the sinusoidal law, then spot time of retardation of the peak pressure for an exit from the compressor and a rotation frequency of the turbocharger concerning the peak pressure on an inlet in the turbine or spot time of retardation of the peak pressure for an exit from the turbine and a rotation frequency of the turbocharger concerning the peak pressure of a heavy air on an inlet in the turbine, or determine time of retardation of the peak rate of flux of a heavy air for an inlet in the compressor and rotation frequencies turbochanger concerning the peak pressure on an inlet in the turbine, or spot time of retardation of the peak rate of flux of gas for an inlet in the turbine and curl rotation frequencies of the turbocharger concerning the peak pressure of a heavy air on an inlet in the compressor and on their time of retardation judge turbocharger state.

EFFECT: increase of reliability of diagnostics of their technical state and to lower number of not planned repairs on 20-30 %, and also to raise an overall turbocharger performance on 5-10 %, having dilated surging operation stability.

1 dwg

Description

Изобретение относится к испытаниям лопаточных машин, в частности турбокомпрессоров для наддува двигателей внутреннего сгорания, и может найти широкое применение при испытаниях.The invention relates to tests of blade machines, in particular turbochargers for boosting internal combustion engines, and can be widely used in testing.

Известен способ испытания турбокомпрессора, реализованный в стенде, заключающийся в том, что на вход в турбину подают газ, на вход в компрессор, приводимый во вращение турбиной, подают окружающий воздух, который сжимают в компрессоре, пульсация газового потока осуществляется вращающейся заслонкой. При этом условия испытания приближают к натурным с помощью применения дополнительной линии подачи воды с регулятором и форсункой, присоединенной к выходной магистрали, а систему подачи топлива снабжают дополнительной линией подачи с вращающейся заслонкой (авторское свидетельство СССР № 1032342 МПК: G01M 15/00 «Стенд для испытания турбокомпрессора»).A known method of testing a turbocompressor, implemented in the stand, which consists in the fact that gas is supplied to the turbine inlet, ambient air is supplied to the compressor inlet, driven by rotation of the turbine, which is compressed in the compressor, the gas flow is pulsed by a rotary damper. At the same time, the test conditions are brought closer to full-scale conditions by using an additional water supply line with a regulator and a nozzle connected to the output line, and the fuel supply system is equipped with an additional supply line with a rotating shutter (USSR author's certificate No. 1032342 IPC: G01M 15/00 “Stand for turbocharger tests ”).

Недостатком данного стенда является низкая достоверность диагностики турбокомпрессоров. Это объясняется невозможностью реализации широкого диапазона нагрузок.The disadvantage of this stand is the low reliability of the diagnosis of turbochargers. This is due to the inability to implement a wide range of loads.

Известен способ испытания турбокомпрессора, который заключается 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, причем по меньшей мере на части режимов прекращают подачу на вход в компрессор окружающего воздуха и вместо него подают сжатый воздух (патент РФ № 2030726 МПК: G01M 15/00 «Способ испытания турбокомпрессора», опуб. 10.03.2003 г.).A known method of testing a turbocompressor, which consists in the fact that gas is supplied to the turbine inlet, ambient air is fed into the compressor driven by the turbine, the gas and air parameters are measured, and the turbocompressor performance is determined, at least in part of the modes they stop supplying ambient air to the compressor inlet and instead supply compressed air (RF patent No. 2030726 IPC: G01M 15/00 “Method for testing a turbocompressor”, published March 10, 2003).

Недостатком данного изобретения является низкая достоверность диагностики состояния турбокомпрессора из-за отсутствия критериев оценки его состояния.The disadvantage of this invention is the low reliability of the diagnosis of the state of the turbocharger due to the lack of criteria for assessing its condition.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.This technical solution is selected as a prototype.

Техническим результатом является повышение достоверности диагностики состояния турбокомпрессоров.The technical result is to increase the reliability of diagnosis of the state of turbochargers.

Технический результат достигается тем, что в способ испытания турбокомпрессора, заключающийся в том, что на вход в турбину подают газ, на вход в компрессор, приводимый во вращение турбиной, - окружающий или сжатый воздух, определяют их расход и давление, дополнительно измеряют частоту вращения ротора турбокомпрессора, расход газа на входе в турбину или расход сжатого воздуха на входе в компрессор, изменяют по синусоидальному закону, затем определяют время запаздывания максимального давления на выходе из компрессора и частоты вращения турбокомпрессора относительно максимального давления на входе в турбину, или определяют время запаздывания максимального давления на выходе из турбины и частоты вращения турбокомпрессора относительно максимального давления сжатого воздуха на входе в турбину, или определяют время запаздывания максимального расхода сжатого воздуха на входе в компрессор и частоты вращения турбокомпрессора относительно максимального давления на входе в турбину, или определяют время запаздывания максимального расхода газа на входе в турбину и частоты вращения ротора турбокомпрессора относительно максимального давления сжатого воздуха на входе в компрессор и по их времени запаздывания судят о состоянии турбокомпрессора.The technical result is achieved by the fact that in the test method of the turbocompressor, which consists in the fact that gas is supplied to the turbine inlet, ambient or compressed air is supplied to the compressor driven by the turbine, their flow rate and pressure are determined, and the rotor speed is additionally measured of a turbocompressor, the gas flow rate at the turbine inlet, or the compressed air flow rate at the compressor inlet, is changed according to a sinusoidal law, then the delay time of the maximum pressure at the compressor outlet and the speed of the tour is determined bocompressor relative to the maximum pressure at the entrance to the turbine, or determine the delay time of the maximum pressure at the exit of the turbine and the speed of the turbocompressor relative to the maximum pressure of compressed air at the entrance to the turbine, or determine the delay time of the maximum flow rate of compressed air at the entrance to the compressor and the speed of the turbocompressor relative the maximum pressure at the entrance to the turbine, or determine the delay time of the maximum gas flow at the entrance to the turbine and the frequency of rotation When the rotor of the turbocompressor is rotated relative to the maximum pressure of the compressed air at the inlet to the compressor and their lag time is used to judge the condition of the turbocompressor.

Способ определения состояния турбокомпрессора по времени запаздывания максимального давления компрессора и частоты вращения турбокомпрессора относительно максимального давления на входе в турбину либо по времени запаздывания максимального давления на выходе из турбины и частоты вращения турбокомпрессора относительно максимального давления сжатого воздуха или по времени запаздывания максимального расхода сжатого воздуха на входе в компрессор и частоты вращения турбокомпрессора относительно максимального давления на входе в турбину либо по времени запаздывания максимального расхода газа на входе в турбину и частоты вращения ротора турбокомпрессора относительно максимального давления сжатого воздуха на входе в компрессор позволяет повысить достоверность диагностики турбокомпрессора.A method for determining the state of a turbocompressor by the time delay of the maximum pressure of the compressor and the speed of the turbocompressor relative to the maximum pressure at the inlet of the turbine or by the time of the delay of the maximum pressure at the exit of the turbine and the speed of the turbocompressor relative to the maximum pressure of compressed air or the time of delay of the maximum flow rate of compressed air at the inlet to the compressor and turbocharger speed relative to the maximum pressure at the entrance to the tour to a bin or according to the delay time of the maximum gas flow rate at the inlet of the turbine and the rotational speed of the turbocompressor rotor relative to the maximum pressure of compressed air at the inlet to the compressor, the reliability of the turbocompressor diagnostics can be increased.

На чертеже изображена схема реализации предложенного способа.The drawing shows a diagram of the implementation of the proposed method.

Схема реализации данного способа содержит входной трубопровод 1 с заслонкой 2, камеру сгорания 3 с посторонним источником воздуха (на схеме не показан). Камера сгорания 3 соединена посредством трубопровода 4 с турбиной 5 испытуемого турбокомпрессора. Турбина 5 турбокомпрессора сообщена с атмосферой через выходной трубопровод 6. Трубопроводы 4 и 6 снабжены устройствами для замера давления, температуры, расхода газа. Компрессор 7 турбокомпрессора, его выходной трубопровод 8, соединяющий с атмосферой, также сообщен с атмосферой через входной трубопровод 9 компрессора 7 с регулируемой заслонкой 10, трубопровод 11 для подачи сжатого воздуха к компрессору, регулируемая задвижка 12 на трубопроводе подачи сжатого воздуха. Трубопроводы 9 и 11 снабжены устройствами для замера давление, температуры, расхода воздуха. Ротор турбокомпрессора оснащен датчиком частоты вращения.The implementation scheme of this method comprises an inlet pipe 1 with a damper 2, a combustion chamber 3 with an external air source (not shown in the diagram). The combustion chamber 3 is connected via a pipe 4 to the turbine 5 of the turbocharger under test. The turbine of the turbocharger 5 is in communication with the atmosphere through the outlet pipe 6. Pipelines 4 and 6 are equipped with devices for measuring pressure, temperature, gas flow. The compressor 7 of the turbocompressor, its outlet pipe 8, connecting with the atmosphere, is also connected to the atmosphere through the inlet pipe 9 of the compressor 7 with an adjustable damper 10, a pipe 11 for supplying compressed air to the compressor, an adjustable valve 12 on the compressed air supply pipe. Pipelines 9 and 11 are equipped with devices for measuring pressure, temperature, air flow. The turbocharger rotor is equipped with a speed sensor.

Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.

От постороннего источника сжатого воздуха (не показан) по трубопроводу 1 сжатый воздух подают в камеру сгорания 3. В камере сгорания 3 сжигают топливо и образовавшиеся газы по трубопроводу 4 подают на вход в турбину 5 турбокомпрессора. Отработавшие газы отводят от турбины 5 по трубопроводу 6. Контроль и регистрация параметров газа с помощью специальных устройств (давления Р, температуры t, расхода Gг), расположенных на трубопроводах 4 и 6. Расход газа регулируют заслонкой 2. Газ раскручивает турбину 5 и закрепленное на одном валу с ней колесо компрессора 7. Окружающий воздух по трубопроводу 9 поступает в компрессор 7, сжимается в нем и отводится по трубопроводу 8, подача окружающего воздуха регулируется заслонкой 10. Контроль параметров воздуха осуществляется специальными устройствами (давления Р, температуры t, расхода Gв), расположенными на трубопроводах 8 и 9. Задается периодический закон изменения подачи газа на вход в турбину с помощью заслонки 2, подачи окружающего воздуха - заслонка 10 или сжатого воздуха - заслонка 12. Измеряют расход газа и воздуха, давления на входе и выходе турбины и входе и выходе компрессора, а также частоту вращения ротора турбокомпрессора, расход газа на входе в турбину или расход сжатого воздуха на входе в компрессор изменяют по синусоидальному закону. Затем определяют время запаздывания максимального давления компрессора и частоты вращения турбокомпрессора относительно максимального давления на входе в турбину, или определяют время запаздывания максимального давления на выходе из турбины и частоты вращения турбокомпрессора относительно максимального давления сжатого воздуха на входе в компрессор, или определяют время запаздывания максимального расхода сжатого воздуха на входе в компрессор и частоты вращения турбокомпрессора относительно максимального давления на входе в турбину, или определяют время запаздывания максимального расхода газа на входе в турбину, и частоты вращения ротора турбокомпрессора относительно максимального давления сжатого воздуха на входе в компрессор. И по их времени запаздывания судят о состоянии турбокомпрессора.From an external source of compressed air (not shown) through the pipe 1, compressed air is supplied to the combustion chamber 3. In the combustion chamber 3, fuel is burned and the gases formed through the pipe 4 are supplied to the turbine compressor turbine 5 inlet. The exhaust gases are discharged from the turbine 5 via pipeline 6. Monitoring and recording of gas parameters using special devices (pressure P, temperature t, flow rate Gg) located on pipelines 4 and 6. The gas flow rate is regulated by a shutter 2. The gas spins the turbine 5 and is fixed to the compressor wheel 7 is connected to one shaft with it. Ambient air through a pipe 9 enters the compressor 7, is compressed in it and discharged through a pipe 8, the air supply is regulated by a damper 10. Air parameters are monitored by special devices properties (pressure Р, temperature t, flow rate Gв) located on pipelines 8 and 9. A periodic law is set for changing the gas supply to the turbine inlet using the damper 2, the ambient air supply - the damper 10 or the compressed air - the damper 12. Measure the gas flow and air, pressure at the turbine inlet and outlet, and compressor inlet and outlet, as well as the rotor speed of the turbocompressor rotor, gas flow rate at the turbine inlet, or compressed air flow rate at the compressor inlet, are changed according to a sinusoidal law. Then, the delay time of the maximum pressure of the compressor and the speed of the turbocompressor relative to the maximum pressure at the inlet to the turbine is determined, or the delay time of the maximum pressure at the outlet of the turbine and the speed of the turbocompressor relative to the maximum pressure of compressed air at the inlet of the compressor is determined, or the delay time of the maximum flow rate of the compressed air at the inlet to the compressor and the speed of the turbocharger relative to the maximum pressure at the entrance to the tour Inu or determine the time delay of the maximum gas flow rate at the inlet of the turbine and the turbocharger rotor speed relative to the maximum air pressure at the compressor inlet. And by their delay time they judge the state of the turbocharger.

Предлагаемый способ реализуется на испытательных стендах с применением аппаратно-программных средств и персонального компьютера.The proposed method is implemented on test benches using hardware and software and a personal computer.

Применение данного способа испытания турбокомпрессоров позволяет повысить достоверность диагностики их технического состояния и снизить число неплановых ремонтов на 20-30%, а также повысить эффективность работы турбокомпрессора на 5-10%, расширив запас устойчивости работы по помпажу.The use of this method of testing turbochargers can improve the reliability of diagnostics of their technical condition and reduce the number of unplanned repairs by 20-30%, as well as increase the efficiency of a turbocharger by 5-10%, expanding the margin of stability of surge work.

Claims (1)

Способ испытания турбокомпрессора, заключающийся в том, что на вход в турбину подают газ, на вход в компрессор, приводимый во вращение турбиной, - окружающий или сжатый воздух, определяют их расход и давление, отличающийся тем, что дополнительно измеряют частоту вращения ротора турбокомпрессора, расход газа на входе в турбину или расход сжатого воздуха на входе в компрессор изменяют по синусоидальному закону, затем определяют время запаздывания максимального давления на выходе из компрессора и частоты вращения турбокомпрессора относительно максимального давления на входе в турбину, или определяют время запаздывания максимального давления на выходе из турбины и частоты вращения турбокомпрессора относительно максимального давления сжатого воздуха на входе в турбину, или определяют время запаздывания максимального расхода сжатого воздуха на входе в компрессор и частоты вращения турбокомпрессора относительно максимального давления на входе в турбину, или определяют время запаздывания максимального расхода газа на входе в турбину и частоты вращения ротора турбокомпрессора относительно максимального давления сжатого воздуха на входе в компрессор и по их времени запаздывания судят о состоянии турбокомпрессора. The method of testing a turbocharger, which consists in the fact that gas is supplied to the turbine inlet, the surrounding or compressed air is supplied to the compressor driven by the turbine, and their flow rate and pressure are determined, characterized in that they additionally measure the rotor speed of the turbocompressor, flow rate the gas at the inlet to the turbine or the flow rate of compressed air at the inlet to the compressor is changed according to a sinusoidal law, then the delay time of the maximum pressure at the outlet of the compressor and the speed of the turbocompressor are determined either the maximum pressure at the turbine inlet, or determine the delay time of the maximum pressure at the turbine outlet and the turbocharger speed relative to the maximum pressure of the compressed air at the turbine inlet, or determine the delay time of the maximum compressed air flow at the compressor inlet and the turbocharger speed relative to the maximum pressure at the entrance to the turbine, or determine the delay time of the maximum gas flow at the entrance to the turbine and the rotor speed of the turbocomp The spring relative to the maximum pressure of the compressed air at the compressor inlet and their lag time judge the state of the turbocharger.