Методика проведения газодинамических испытаний ТКР.

 

4.1. Методика испытаний компрессорной ступени.

Газодинамические испытания компрессорной ступени малоразмерных ТКР проводятся в составе турбокомпрессора, т.е. привод компрессора осуществляется при помощи турбинной ступени, работающей на «холодном» воздухе или на «горячем» газе, в зависимости от цели испытаний.

Испытания ТКР для получения характеристик компрессорной ступени проводятся на 4…6 режимах по частоте вращения ротора. На каждом скоростном режиме снимаются 7…15 точек от максимального расхода воздуха до границы помпажа или наоборот.

Геометрические размеры колеса компрессора и элементов стенда, которые необходимы для дальнейшего расчета, определяются с рабочих чертежей испытуемого турбокомпрессора и самого стенда:

- диаметр колеса компрессора на входе – d_к1, мм;

- диаметр колеса компрессора на выходе (наружный диаметр колеса) – d_к2, мм;

- диаметр втулки колеса – d_квт, мм;

- диаметр трубопровода в сечении измерения статического давления воздуха за компрессором – d_тр, мм.

С целью проведения показателей различных ТКР, а также исключения влияния атмосферных условий испытаний, характеристики компрессорной ступени представляются в приведенных к стандартным (нормальным) атмосферным условиям параметрах согласно ГОСТ 10033-68 «Турбокомпрессоры для наддува дизелей и газовых двигателей. Методы испытаний» устанавливает как нормальные условия: давление 760 мм рт.ст., температуру - 20°С.

В процессе испытаний ТКР температура в испытательном стенде изменяется. Поэтому для обеспечения постоянства приведенной частоты вращения ротора ТКР пользуются формулой приведения для установки действительного значения частоты вращения ротора:

,

где: – действительная частота вращения ротора (колеса компрессора);

n_пр – приведенная частота вращения ротора.

Во время проведения испытаний для каждого скоростного режима частоту вращения ротора ТКР не удается обеспечить постоянной. Диапазон изменения не должен превышать допустимой предельной погрешности (см. табл.2).

Измеряемые газодинамические параметры, диапазон изменений и их предельные относительные погрешности приведены в таблице 2.

 

Таблица 2.

Измеряемые параметры	Единицы измерения	Наименование параметра	Диапазон изменения параметров	Предельные абсолютные погрешности измерения	Предельные относительные погрешности
	кПа мм. Вод. Ст.	Перепад статического давления воздуха на коллекторе входа	0…2,75 0…275	0,075 7,5	0,5
	кПа мм. Вод. Ст.	Статическое давление воздуха перед компрессором	0…3,40 0…340	0,075 7,5	0,5
	кПа кг/см2	Статическое избыточное давление за компрессором	0…53 0…0,53	1,5 0,015	0,5
		Температура воздуха перед коллектором входа	286…305 13…32	0,5	1,0
		Температура воздуха перед компрессором	285…304 12…31	0,5	1,0
		Температура воздуха за компрессором	300…415 27…142	1,25	0,5
		Частота вращения ротора	40000…100000		0,5
	кПа мм. рт. ст.	Давление окружающей среды (атмосферное давление)	94…104 700…780	0,015 0,12	0,15

 

Приведенные в таблице 2 диапазоны измеряемых параметров охватывают показатели компрессорных ступеней турбокомпрессоров ТКР5…ТКР11.

Измеряемые газодинамические параметры компрессорной ступени ТКР фиксируются в журнале испытаний, а также могут автоматически регистрироваться при помощи ЭВМ.

 

4.2. Методика испытаний турбинной ступени.

Газодинамические испытания турбинной ступени ТКР, в связи с ее функциональными особенностями, отличаются от методики испытаний компрессорной ступени. Курс лабораторных работ не включает изучение различных методик испытаний турбинной ступени. Поэтому данное методическое пособие ограничивается только кратким изложением методики испытаний турбинной ступени в составе ТКР.

Для снятия характеристик турбины ТКР пользуются двумя способами:

- мощностным методом, как предусмотрено ГОСТ 10033-68;

- методом баланса мощностей.

Мощностной метод снятия характеристик турбины ТКР проводится с помощью специальной тормозной установки. Известно, что ТКРы размерности ТКР5…ТКР11 работают при частотах вращения до 100000 мин^-1 и выше и температуре газов до 700°С. Создание тормозной установки, работающей при таких условиях работы, сложная задача, требующая дорогостоящих технических решений. Поэтому, при доводочных испытаниях на практике пользуются вторым способом.

Метод баланса мощностей предусматривает снятие газодинамических характеристик турбинной ступени в составе ТКР, т.е. при использовании в качестве тормоза компрессорной ступени. Данный метод позволяет определить эффективные показатели турбинной ступени с учетом потерь в подшипниковом узле и дает возможность оценить совершенство ТКР в целом.

Недостатками метода баланса мощностей является то, что этот метод не дает возможности оценивать газодинамическое совершенство турбинной ступени ТКР только как лопаточной машины, т.е. не позволяет определить внутренний КПД ступени. Однако данный метод снятия характеристик широко применяется для оценки газодинамических показателей, подбора и согласования параметров турбинной ступени ТКР с характеристиками двигателя.

При испытании ТКР для снятия характеристик турбинной ступени в качестве рабочего тела используется горячий газ с температурой перед турбиной, равной среднему значению температуры газов перед турбиной ТКР при работе двигателя по внешней скоростной характеристике.

В качестве координат характеристик могут использоваться абсолютные и безразмерные параметры. Последние получили большее распространение в силу их универсальности, т.е. возможности сравнения, например, результатов испытаний турбин различной размерности. Кроме того, безразмерные характеристики дают возможность охарактеризовать режимы работы турбины меньшим числом параметров. Обычно, исходными параметрами для построения характеристик турбин являются давление и температура перед турбиной ( и ), расход газа () и частота вращения ротора ТКР ().

Условия подобия режимов работы турбин при наличии кинематического подобия сводятся к постоянству параметров подобия – чисел M и Re. Влияние числа Рейнольдса, как показывает опыт, заметно при значении Re < 3,5×10⁴. В качестве параметров подобия широко применяются газодинамические функции и, в первую очередь, приведенная скорость, связанная с числом М:

,

где: – безразмерная скорость (число Маха), – показатель адиабаты.

Параметром подобия расхода выступает функция . Часто параметры подобия заменяются размерными параметрами. В частности, параметр заменяют параметром , или , а параметр заменяют . Параметром подобия мощности может служить величина

Достаточно распространенной характеристикой турбин является зависимость КПД и степени реактивности от при (, - адиабатический теплоперепад на турбине, - окружная скорость на диаметре ), но турбина автотракторных ТКР работает в широком диапазоне , и, кроме того, снятие данной характеристики турбины методом баланса мощностей при затруднительно.

Рис. 2. Пример характеристика турбины

По этой причине наибольшее распространение в качестве характеристик для автотракторных МРОТ получили зависимости и от при . Пример такой характеристики приведен на рис. 2. Пример характеристики компрессора приведен на рис. 3.

Рис.3. Пример характеристики компрессорной ступени —x— - ; —о— - ; —◊— - ; - окружная скорость на диаметре

 

При испытаниях турбинной ступени дополнительно к параметрам компрессорной ступени измеряются параметры, приведенные в таблице 3.

 

Таблица 3.

Измеряемые параметры	Единицы измерения	Наименование параметра	Диапазон изменения параметров	Предельные абсолютные погрешности измерения	Предельные относительные погрешности
1.	2.	3.	4.	5.	6.
	кПа кг/см2	Статическое (избыточное) давление газов перед турбиной	12…143 0,12…1,43	1,5 0,015	0,5
	кПа мм. вод. ст.	Статическое давление газов за турбиной	0,55…12,15 55…1215	0,075 7,5	0,5
	кПа кг/см2	Статическое давление воздуха перед мерным соплом	10…115 0,10…1,15	1,5 0,015	0,5
	кПа мм. вод. ст.	Перепад статического давления на мерном сопле	0,4…11 40…1100	0,075 7,5	0,5
		Температура газов перед турбиной	273…883 0…610	3,5	0,5
		Температура газов за турбиной	250…835 -23…562	3,5	0,5
		Температура воздуха перед мерным соплом	277…296 (4…23)	0,5	1,0
	кПа кг/см2	Давление топлива перед рабочей форсункой	0…10000 (0…100)	2,0	2,0
	с	Время расходования навески	0…60	0,6	1,0