[发明专利]带有辅助制动系统的涡轮增压器性能测试试验台

说明书

技术领域

本发明涉及动力机械性能测试领域，是针对增压器生产厂或增压器研究单位开发的一种同时具有涡轮增压器压气机性能测试、涡轮性能测试和自循环性能测试的试验台。

背景技术

涡轮增压器的使用使发动机的性能得到了极大的改善。在增压器的研制开发过程中，必须经过试验准确的测量出增压器压气机和涡轮的性能数据，以便对增压器进行改进，满足与发动机匹配的要求。传统的涡轮增压器性能测试试验台分为压气机性能测试试验台和涡轮性能测试试验台，压气机性能测试试验台采用外气源压缩空气，经过燃烧室喷油点火燃烧后驱动涡轮增压器旋转，调节燃油喷入量、气源进气压力控制涡轮增压器的转速，通过调节压气机进气流量或出气量，测量同一转速下若干个点的压气机进出口温度、压力、流量等参数，通过计算获得该转速下的压气机效率与流量、压比与流量之间的等转速曲线，将这两个性能曲线图组合在一起形成标准的压气机的性能曲线图；此外，在压气机的性能测试试验中，用压气机产生的压缩空气替代外气源的压缩空气来维持涡轮增压器运转的状态，称为涡轮增压器的自循环状态，通常在压气机性能测试试验台上实现；涡轮性能测试试验台则是采用外气源压缩空气冷吹或用电加热器加热后的空气热吹的方式驱动涡轮旋转，通过调节气源进气压力和加在涡轮上的负荷，测量同一相似转速不同负荷下涡轮的进出口压力、流量等参数，经过计算、分析、处理后，便可获得涡轮的流量特性曲线。

目前，在涡轮增压器研究领域，对压气机性能测试的研究比较充分，测试技术也相对成熟。对于涡轮性能测试来说，为了得到涡轮的效率，在试验过程中需要测量涡轮发出的功。在直接测功装置中，采用涡轮增压器自身的压气机作为涡轮的吸功装置的方案造价最低，且试验过程简单，在涡轮测功领域最先得到应用；但由于实际运行时，压气机喘振和阻塞边界的存在，使涡轮测功的范围受到限制，无法得到完整的涡轮特性。为了加大涡轮的测功范围，当前，最常用的是通过增大压气机进口空气的压力来增加空气密度从而增大压气机的流量的方法来增大压气机的耗功。由于压缩空气需要耗费大量的电力，通常压气机所用的压缩空气来自于压气机自身产生的压缩气体，即将压气机出口与压气机进口连接，让压缩空气在一个封闭管路中循环，这样，在加载时只需外气源补充少量的压缩空气既可。采用此种方案，由于气体经压气机压缩后，温度会有大幅度升高，需要在压气机出口与压气机进口之间加装冷却器对气体进行冷却并且为了增强冷却效果，通常使用水冷方式，事实上是利用水带走被测涡轮所作的功。

应用实践表明，在涡轮增压器性能测试试验台使用过程中存在如下问题：

1.涡轮增压器压气机性能测试试验台和涡轮性能测试试验台分别采用不同的试验台架进行测试，增加了前期的设备投资和后期使用过程中的试验台的维护费用；

2.在涡轮性能测试试验过程中，作为耗功装置的压气机由于其进出口压差很小，压气机消耗的功主要用来使压缩气体升温，对冷却器要求较高，增加了水消耗量或者增加了用于冷却水循环的能耗，同时压缩空气温度的升高使得循环系统内压力升高，造成外气源补气加载困难；

3.经过一段时间的使用后，水冷器会生锈，发生漏水现象，影响试验的正常进行。

发明内容

为解决上述存在的问题，开发了一种集增压器压气机性能测试、涡轮性能测试及自循环测试于一体的带有辅助制动系统的涡轮增压器性能测试试验台。经国内外文献检索，未找到具有同类功能和同样吸功原理的带有辅助制动系统的涡轮增压器性能测试试验台。

压气机的本质是通过耗功来压缩气体的叶轮机械，但当前采用涡轮增压器自带压气机吸功的涡轮增压器涡轮性能测试试验台由于在涡轮性能测试中将压气机出口与进口连接到一起，中间仅存在由中冷器和管道产生的压损，这样在压气机进出口之间形成的压差很小，压气的耗功主要是通过“搅拌作用”将气体的温度升高，然后再通过冷却器将热量散发到外界来实现，因此其吸功效果较差。虽然利用外气源的压缩空气为压气机供气可避免上述问题，但在涡轮增压器涡轮性能测试试验中采用空压机压缩气体需要浪费大量的电能。基于压气机耗功的本质是通过压缩气体来实现的思想，开发的带有辅助制动系统的涡轮增压器性能测试试验台将涡轮性能测试试验中使用的中冷器用一台相应的辅助涡轮增压器来替代，以降低吸功用压气机的进口压力，使得涡轮性能试验中用来吸功的压气机通过压缩气体来耗功，弥补了以前用来吸功的压气机是通过对压缩气体的“搅拌作用”提高压缩气体的温度来耗功的不足，并避免了使用中冷器带来的设备维护和水资源与电力浪费的问题。辅助涡轮增压器压气机耗功后将高焓气体直接排入大气或用于在涡轮性能测试试验中加载补气。