Utökning av mätområdet för turbinverkningsgraden på avgasturbo

• Main Author: Örtengren, Martin
• Format: Others
• Language: Swedish
• Published: KTH, Maskinkonstruktion (Inst.) 2007
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-100858

The Goal with this Master of Science thesis is to expand the possible turbine efficiency measurements on an exhaust turbocharger. It was done as a part of the CICERO competence centre. To feed the turbine with air a special flow rig has been used. Instead of loading the turbine by just restricting the compressor flow a docking system for an electrical dynamometer is designed to use the dynamometer as an additional loading source. By using an electrical dynamometer as loading device for the turbine, measurements are not depending on compressor performance. A large part of the work consists in designing accessories for the dynamometer. In order to load the turbine, the turbine shaft is slightly modified in one end. Another separate shaft then connects the turbine shaft with the dynamometer. Along this shaft there are 4 bearings to avoid critical speeds of the shaft. The dynamometer consists in an electrical motor mounted in a pendulum suspension in order to measure the induced torque. The Torque is measured by strain gages applied to a thin steel plate which is attached to the pendulum suspension. The load on the turbine shaft is controlled by altering an applied resistance to the electrical motor. Different tests are made to validate the test-setup and to compare measurements when loading with the compressor to those when loading by dynamometer. The focus in this report lies on lower rotational speeds of the turbine and the dynamometer is designed to run at a maximum design speed of 50000 rpm’s. The efficiency is illustrated at different blade speed ratios for different turbine speeds. There are also results describing pressure ratio as a function of reduced mass flow at different turbine speeds. Several calibrations of the measuring equipment are made and above all the dynamometer proved hard to calibrate with good accuracy. === Målet med detta examensarbete är att utöka mätområdet för verkningsgrads mätningar på turbinen i en avgasturbo. Det gjordes som en del av kompetenscentrat CICERO. För att mata turbinen med luft har en speciell flödesrigg använts. Istället för att belasta turbinen enbart genom att strypa kompressorflödet konstrueras ett anslutningssystem för en elektrisk dynamometer för att använda dynamometern som en tilläggsbelastning. Genom att använda en elektrisk dynamometer för att belasta turbinen är mätningarna oberoende av kompressorns prestanda. En stor del av arbetet har bestått i att konstruera kringutrustning till dynamometern. För att kunna belasta turbinen modifieras turbinaxeln något i ena änden. En annan separat axel kopplar i sin tur ihop turbinaxeln med dynamometern. Längs denna axel sitter det fyra lager för att undvika kritiska varvtal för axeln. Dynamometern består av en elmotor upphängd i en pendelupphängning för att mäta det uppkomna momentet. Momentet mäts med trådtöjningsgivare som sitter på en tunn stålplatta infäst i pendelupphängningen. Belastningen på turbinaxeln kontrolleras genom att ändra en pålagd resistans på elmotorn. Olika test genomförs för att validera testanordningen och för att jämföra mätningar då belastningen sker från kompressorn mot den då belastningen sker från dynamometern. Fokus i rapporten ligger på lägre turbinhastigheter och dynamometern är konstruerad för att köras i en maximal hastighet av 50000 varv/min. Verkningsgraden är illustrerad i grafer vid olika blade speed ratio för olika turbinvarvtal. Det finns också grafer som visar tryckförhållandet som funktion av reducerat massflöde vid olika turbinvarvtal. Flera kalibreringar av mätutrustningen har genomförts och framförallt dynamometern visade sig svår att kalibrera med ett bra resultat.