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.