涡轮活塞组合循环（TPCC）发动机性能试验研究

发布时间：2021-07-30 00:03

　　为同时发挥涡轴燃气轮机和往复活塞式内燃机的优点,提出一种热力循环可变的新概念热机——涡轮活塞组合循环（TPCC）发动机。选型设计原理样机,搭建试验台架,对原理样机的循环切换过程及循环耦合前后基型活塞机和基型涡轮机的性能变化进行试验研究。结果表明:在气路完全隔离条件下,TPCC发动机可在涡轮机循环、活塞机循环及涡轮—活塞联合循环3种基本热力循环间自由切换;在联合循环中,由于基型活塞机高温排气的掺混作用,基型涡轮机的性能将得到明显提升;切换阀门的节流损失显著影响原理样机联合循环中活塞机乃至整个联合循环的性能。 

【文章来源】：军事交通学院学报. 2020,22(08)

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

TPCC发动机原理样机台架

第1类循环切换中4个测试内容均顺利完成,图3所示为第1类循环切换中第①组的切换过程。第2类循环切换则实现困难,仅成功两组:①涡轮机模式→联合循环模式→活塞机模式(过程如图4所示);②涡轮机模式→联合循环模式→涡轮机模式。其他失败的两组原因可归为活塞机的脉冲排气在联合循环的气路条件下会破坏了涡轮机的点火启动过程,导致涡轮机在联合循环条件下强行启动失败。由图3可知,切入联合循环之前,涡轮机输出功率已达到50 kW(图中数值偏低是因为数据采集系统的误差所致),而活塞机为怠速状态;切入过程中涡轮机的功率和油耗量均经历了显著的波动过程,而活塞机由于处于怠速状态,其功率和油耗则基本不变;在联合循环时,涡轮机的功率比切入前有所增加,活塞机则从怠速状态加载至50 kW;从联合循环切出的过程,活塞机的功率经历了剧烈下降和回升过程,且在油门不变情况下,切出联合循环后活塞机的功率高于联合循环中50 kW的数值;切出联合循环时,F1、F4阀与F2、F3阀分别同时向相反方向进行动作,存在阀门重叠打开的过程,因此,活塞机模式时的进气流量和联合循环中活塞机的进气流量大小之间出现了此消彼长的变化过程。图4 第2类切换中“涡轮机循环→联合循环→活塞机循环”切换过程

图3 第1类切换中“涡轮机循环→联合循环→活塞机循环”切换过程由图4可知,首先启动涡轮机并达到30 kW的输出功率(此值是为保证活塞机在联合循环的气路下能够启动而试得的,是将涡轮机的功率由50 kW逐渐降低而得到的),然后控制阀门动作使气路变为联合循环状态,接着在联合循环状态下启动活塞机,并立即加载涡轮机功率至60 kW,随后活塞机启动并怠速运行几十秒后逐渐加载至60 kW;之后在联合模式下关闭涡轮机,根据系统设定,涡轮机突然熄火时相应的切换阀门会自动动作切出联合循环状态。在切出过程,由于涡轮机已经熄火,而这时F1和F4还没有完全关闭,而F2和F3也没有完全打开,活塞机的进气量虽然突然减少,但还没有中断进气和排气,因此,活塞机的功率虽然会迅速降低至怠速的状态,但随着F1和F4阀的完全关闭及F2和F3阀的完全打开,活塞机最终切换为完全依靠自身增压器工作的状态,功率迅速自动恢复并超过60 kW。


本文编号：3310307