專利名稱：氣波轉子開發(fā)研究的測試裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及氣波轉子開發(fā)研究的測試裝置，該試驗裝置針對氣波轉子的工作特點，可模擬氣波轉子實際工作環(huán)境，主要用于氣波轉子設計試制后的性能測試，屬于流體機械領域，具體為增壓研究領域。
背景技術：
氣波轉子是通過氣波(壓縮波和膨脹波)來傳遞能量的一種流體機械裝置。通過結構的合理設計，它巧妙利用兩種不同能量的流體間的直接接觸產生的氣波原理實現能量在兩種流體間傳遞。在實際工程應用中，氣波轉子主要用于增壓，可利用能量較高的流體 (通常是燃燒的廢氣)的高焓值提高能量較低的流體(通常是新鮮空氣)的焓值。相對于其它壓力轉換器，氣波轉子的結構簡單，無需活塞或葉片這些機械零件；其最顯著的優(yōu)點是由于在轉子槽道中空氣和排氣直接接觸并傳遞能量，兩種氣體間的能量交換能迅速完成， 瞬態(tài)響應快。正是由于其突出的優(yōu)點，成功應用于內燃機及燃氣輪機的增壓。氣波轉子的結構型式一般有四個開口、三個開口氣波轉子，應用較廣的四口氣波轉子，并成功應用于車用發(fā)動機，用于車用增壓的氣波轉子一般稱為氣波增壓器。早期，北京工業(yè)大學研發(fā)了一種用于氣波增壓器的性能測試系統(tǒng)，可針對氣波增壓器進行性能測試；該測試系統(tǒng)中采用了電加熱器模擬燃燒，這存在所需的氣體的溫度和壓力不夠高的缺陷。為了更好地研究氣波轉子的結構對其性能的影響，更好地模擬其實際的工作狀況，提出了本開發(fā)平臺。為了解決氣體高溫高壓的問題，與實際運用工況存在一定的差距。本開發(fā)平臺主要是針對多開口氣波轉子測試其在不同試驗工況下的性能，針對高溫高壓氣體產生的問題，本實用新型提出了采用燃燒器的方案，即采用一預混燃燒器，通過預混燃燒器的內部燃料的燃燒，產生高溫高壓氣體，這與氣波轉子在實際運用中十分接近。 此外，本測試平臺具有較好的靈活性，可以用于多開口氣波轉子設計試制后的性能測試，不僅便于研究不同結構型式(不同開口)的氣波轉子的性能；同時，也可以對不同氣體燃料的燃燒特性進行測試和研究。
實用新型內容本實用新型裝置的目的是最大程度地模擬多開口氣波轉子實際運用工況，進一步實現不同結構的氣波轉子的性能測試，深入研究多開口氣波轉子的性能。氣波轉子開發(fā)研究的測試裝置，包括氣波轉子12，氣波轉子12由電機13驅動，氣波轉子12設有新鮮空氣進口 10、增壓空氣出口 9 ；其特征在于還包括燃燒系統(tǒng)，燃燒系統(tǒng)包括燃燒器7、混合器14及燃料瓶1、空氣壓縮機2 ；燃料瓶1、空氣壓縮機2分別通過管路連接到混合器14，混合器14連接燃燒器7， 燃燒器7連接氣波轉子12 ；混合器14設有燃料入口 17和壓縮空氣入口 16 ；燃燒器7中安裝點火器6 ；在氣波轉子12的新鮮空氣進口 10、增壓空氣出口 9處均安裝了控制閥15。[0008]氣波轉子是一種壓力轉換裝置，主要包括轉子和定子，如圖1所示。氣波轉子12 由電機13驅動，電機13和轉子12間通過皮帶來傳動，電機可以調節(jié)氣波轉子轉速。定子靜止不動，分布于氣波轉子兩端，定子中有中空的通道，通過這些定子通道，氣體可以流入或流出轉子進行能量傳遞。定子共有四個出入口，其中兩個高壓端，即燃氣入口 8、增壓空氣出口 9 ；兩個低壓端，即燃氣出口 11及新鮮空氣入口 10。當氣波轉子轉動時，來自發(fā)動機氣缸的燃燒后的燃氣和新鮮進氣在氣波轉子12內部直接接觸；由于轉子旋轉，這樣轉子周期性地與定子開口聯(lián)通、斷開，產生一系列氣波(壓縮波和膨脹波)，來自燃氣的能量就通過這一系列氣波來實現能量傳遞，最終使得進氣壓力升高。為了模擬氣波轉子在發(fā)動機中的應用情況，本實用新型中采用了燃燒系統(tǒng)。燃燒系統(tǒng)主要包括燃燒器7、混合器14及燃料瓶1、空氣壓縮機2。燃料瓶1及空氣壓縮機2提供燃料和空氣，燃料、空氣在混合器中混合形成可燃混合氣，可燃混合氣進入燃燒器7中由點火器6點燃并燃燒，產生高溫高壓燃氣，最后進入氣波轉子中完成能量傳遞。為了模擬增壓空氣進入發(fā)動機的狀態(tài)，在新鮮空氣進口 10、增壓空氣出口 9處均安裝了控制閥15。調節(jié)控制閥開啟的幅度，可以調節(jié)控制閥后的背壓。在氣波轉子、燃燒器的各個管路中均安裝有壓力傳感器、溫度傳感器及流量計，以測量各個入口、出口的熱力參數。在整個測試系統(tǒng)中，氣波轉子、燃燒器、混合器均獨立設計、裝配，便于以后的各個關鍵零件的結構改進；同時所有的零部件、傳感器均安裝在支持架上，該支持架安裝有腳輪，這樣便于整個測試平臺的移動、運輸和搬運。該測試平臺的工作過程主要是首先啟動空氣壓縮機2，啟動電機13驅動氣波轉子12轉動，待溫度、壓力達到實驗預定值并保持穩(wěn)定后，打開燃料瓶氣閥3，調節(jié)所需的燃料空氣混合比，空氣、燃料在混合器14中混合好，進入燃燒器7，由點火器6點燃，燃氣進入氣波轉子12，氣波轉子正常運作，此時測量在不同的工況下各個參數。本測試系統(tǒng)的優(yōu)點有 可以獨立地對氣波轉子進行性能測試； 通過調節(jié)燃燒器的空氣燃料的混合比從而調節(jié)氣波轉子入口端的參數，考察入口端參數的變化對氣波轉子性能的影響； 氣波轉子的轉速可調；眷測試平臺具有移動性、靈活性； 測試平臺易于改造。
圖1氣波轉子測試平臺簡圖 圖2混合器與燃燒器聯(lián)接示意圖圖中1-燃料瓶，2-空氣壓縮機，3-氣閥，4-流量計，5-單向閥，6_點火器，7_燃燒器， 8-燃氣入口，9-增壓空氣出口，10-新鮮空氣入口，11-燃氣出口，12-氣波轉子，13-電機， 14-混合器，15-控制閥，16-壓縮空氣入口，17-燃料入口，18-連接法蘭具體實施方式
下面結合圖1 2詳細說明本實用新型。本實施例主要由氣波轉子12、電機13、燃燒器7、混合器14、空氣壓縮機2、燃料瓶 1組成。氣波轉子在發(fā)動機上實際應用時是由發(fā)動機的曲軸來驅動的。在本測試平臺上，采用一臺變頻電機13驅動氣波轉子12，電機和轉子間通過皮帶來傳動。調節(jié)變頻電機頻率可以改變氣波轉子的轉速。為了實現最大程度地模擬氣波轉子實際運用工況，本測試平臺采用了燃燒器7的設計。燃燒系統(tǒng)主要包括燃燒器7、混合器14、燃料瓶1、空氣壓縮機2。燃料瓶1可為燃燒器提供燃料，本實用新型中采用氣體燃料，可以燃燒甲烷、天然氣、氫氣等氣體燃料?？諝鈮嚎s機2為燃燒提供所需的空氣，空氣壓縮機可預先壓縮大氣，空氣的壓力可以調節(jié)，壓縮空氣的壓力調節(jié)范圍為0. 1 0. 6MPa。這樣，通過氣閥3可調節(jié)進入混合器14的壓縮空氣和氣體燃料的壓力，可以調節(jié)不同空氣與燃料的混合比?；旌掀?4的結構示意圖如圖2所示，主要有燃料入口 17和壓縮空氣入口 16。通過燃料入口 17的入射角度的設計，可以保證燃料進入混合器時具有一定的速度和流量，這樣可以保證燃料與空氣在進入燃燒器前有混合的時間和空間，以形成較為均勻的可燃混合氣?；旌掀?4與燃燒器7通過連接法蘭18聯(lián)接起來。點火器6安裝在混合器與燃燒器連接處附近，點火器6可以發(fā)出電火花以迅速點燃燃料空氣混合氣。為了安全起見，在燃燒系統(tǒng)中，燃料管路和空氣管路均設有單向閥5，這樣可以防止燃燒器燃燒的氣體倒流而引起不必要的爆炸。在新鮮空氣進口 10、增壓空氣出口 9管路中均安裝了控制閥15，控制閥是蝶閥，通過調節(jié)蝶閥的開啟的幅度，可以改變控制閥15后管路的背壓，從而模擬氣波轉子實際應用時安裝環(huán)境的不同背壓工況。本測試不同可以進行不同試驗工況的測試，如 不同燃料、空氣混合比 不同氣波轉子轉速 不同初始壓力 不同燃燒溫度 不同背壓 不同結構氣波轉子本實用新型主要是針對氣波轉子設計的測試平臺，可以進行氣波轉子多種工況下的性能測試，也可用于氣波轉子結構設計與研究的性能測試。同時，由于采用了燃燒器的方案，也可進行不同氣體燃料的燃燒特性的試驗研究。
權利要求1.氣波轉子開發(fā)研究的測試裝置，包括氣波轉子(12)，氣波轉子(12)由電機(13)驅動，氣波轉子(12)設有新鮮空氣進口(10)、增壓空氣出口(9)；其特征在于還包括燃燒系統(tǒng)，燃燒系統(tǒng)包括燃燒器(7)、混合器(14)及燃料瓶(1)、空氣壓縮機(2)；燃料瓶(1)、空氣壓縮機(2)分別通過管路連接到混合器(14)，混合器(14) 連接燃燒器(7)，燃燒器(7)連接氣波轉子(12)；混合器(14)設有燃料入口(17)和壓縮空氣入口(16)；燃燒器(7)中安裝點火器(6)；在氣波轉子(12)的新鮮空氣進口(10)、增壓空氣出口(9)處均安裝了控制閥(15)。
專利摘要氣波轉子開發(fā)研究的測試裝置屬于增壓研究領域。該裝置包括氣波轉子(12)，氣波轉子(12)由電機(13)驅動，；其特征在于還包括燃燒系統(tǒng)，燃燒系統(tǒng)包括燃燒器(7)、混合器(14)及燃料瓶(1)、空氣壓縮機(2)；燃料瓶(1)、空氣壓縮機(2)分別通過管路連接到混合器(14)，混合器(14)連接燃燒器(7)，燃燒器(7)連接氣波轉子(12)；混合器(14)設有燃料入口(17)和壓縮空氣入口(16)；燃燒器(7)中安裝點火器(6)；在氣波轉子(12)的新鮮空氣進口(10)、增壓空氣出口(9)處均安裝了控制閥(15)。該裝置可進行氣波轉子多種工況下的性能測試，也可進行不同氣體燃料燃燒特性的試驗研究。
文檔編號G01N25/22GK202066694SQ201120069460
公開日2011年12月7日 申請日期2011年3月16日 優(yōu)先權日2011年3月16日
發(fā)明者丁緯漢, 吉佳星, 張紅光, 王曉梅, 穆正凱, 董珊珊, 雷艷, 馬一帆 申請人:北京工業(yè)大學