Гидротормоз для испытаний двигателей: Стенд испытаний двигателя с гидротормозом

Содержание

Стенд испытаний двигателя с гидротормозом

Что такое гидравлический динамометр и какова история его создания.




   Динамометр Грэхама-Дезагюльера был изобретен Джорджем Грэхамом и упоминается в трудах Джона Дезагюльера в 1719 году. Дезагюльеры модифицировали первые динамометры, и инструмент стал известен как динамометр Грэхама-Дезагюльера.


Многие сейчас подумали про гидротормоз для испытания двигателей. Нет, Грэхам-Дезагюльер изобрел вовсе не гидротормоз для измерения мощности двигателя. Первый динамометр выглядел как стрелочный прибор для измерения силы человеческой руки.


Динамометр Грэхама-Дезагюльера служил для определения силы сжатия человеческой руки.


В последствии динамометр был заменен тензометрическим датчиком силы и тензостанцией для пересчета силы в крутящий момент двигателя.


Но вернемся к истории гидротормоза.


Производитель динамометров для двигателей и транспортных средств Froude Hofmann из Вустера (Великобритания) приписывают Уильяму Фруду изобретение гидравлического динамометра в 1877 году и утверждают, что первые динамометры были изготовлены в 1881 году их предшественницей Heenan & Froude.

Фруд родился в Дартингтоне, Девон, Англия, в семье Роберта Фруда.




В 1877 году Фруду было поручено изготовить машину, способную поглощать и измерять мощность больших морских двигателей. Он изобрел и построил первый в мире гидротормоз, называемый также гидравлический динамометр, который в последствии привел к созданию компании Heenan & Froude Ltd в Бирмингеме.


Фруд решил использовать тот же принцип, который приводит в движение морские суда. Судовой двигатель вращает вал грибного винта. В результате часть воды, попавшей в зону гребного винта отбрасывается назад, создавая тягу и приводя судно в движение. Также большая часть энергии уходит на преодоление гидродинамического сопротивления воды и ее нагрев.


Гидротормоз — это устройство для поглощения механической энергии, передаваемой через вал от двигателя и обычно состоит из статора и ротора, установленного в корпусе с воздушным зазором, который заполняется водой.


Для стенда испытаний двигателя гидротормоз является управляемым имитатором  реальной нагрузки двигателя.


Когда ротор  вращается, механическая энергия передается воде из-за турбулентности и трения. Перемещение воды из камер статора в камеры вращающегося ротора, требует большого количества энергии. Эта энергия нагревает воду за счет трения, когда вода проходит через гидротормоз. Почти вся поглощаемая системой мощность  двигателя преобразуется в нагрев воды. Очень небольшое количество энергии забирается подшипниками и уходит на трение внутри уплотнений.


Вода должна постоянно проходить через устройство в количестве, пропорциональному поглощаемой мощности. Температура воды на выходе из устройства должна быть ниже 120-160F (50-70°C) для предотвращения образования накипи и кавитации. Вода поступает в центр устройства и после прохождения через камеры в статоре и роторе вытекает из корпуса через сливное отверстие.


Стенды для испытания двигателей в России


Решения для измерения мощности двигателей в России несколько отличались от типовых стендов на основе гидротормозов. Из-за индустриальной гонки в СССР ставились задачи максимально быстро выпускать продукцию, по этой причине на создание испытательного оборудования не выделялось достаточно средств. Стенды собирались из того что можно было найти на предприятии.


Самым популярным и дешевым решением было нагружение двигателей с помощью мощных асинхронных двигателей, работающих в режиме генератора или генераторов переменного тока.


Стенд для испытания двигателей на основе асинхронного двигателя, который использовался для силовых установок знаменитых ЗИЛов


У таких стендов есть несколько существенных недостатков:


  • Узкий диапазон оборотов поддержания нагрузки в районе 3000-3500 об/мин


  • Как правило для измерения мощности и крутящего момента использовались методы расчета из токовых характеристик двигателя или генератора с учетом его КПД, которые имеют большую погрешность

  • Невозможность измерения нагрузки с помощью тензометрического датчика силы из-за сильного электромагнитного поля. Наведенное напряжение даст большие отклонения от реальных величин
  • С прогревом электродвигателя или генератора не сильно, но все же меняется его характеристики


Основное преимущество таких стендов — низкая стоимость и высокая скорость изготовления.


Такие решения существуют и по сей день и как правило основная причина их покупки- возможность холодной обкатки.

Вернемся из прошлого в настоящее:




  Современные динамометрические гидравлические (и не только) системы, обычно используют тензодатчик, установленный на моментом рычаге, который прикреплен к корпусу гидротормоза. Корпус / статор установлен на  подшипниках, а ротор установлен на роликовых подшипниках внутри корпуса, так что он может вращаться независимо от ротора  и рамы. Тензодатчик соединяет  рычаг с рамой гидротормоза и предотвращает вращение корпуса, когда корпус пытается вращаться в том же направлении,  что и ротор. (Третий закон Ньютона).


Так что гидротормоз в стенде для испытания двигателей является по сути лишь средством регулирования нагрузки на двигатель, а измерение крутящего момента происходит по старинке, измерением момента силы реакции, передаваемой корпусу гидротормоза от приводимой в движение воды. 


Сила реакции  гидротормоза измеряется обычно тензорезисторным датчиком/тензостанцией.  


Так выглядит современный гидротормоз, который производится компанией PowerTest по сей день.

Определение размеров проточной части динамометров-гидротормозов для обкатки и испытания двигателей внутреннего сгорания

УДК 621.22

Аксенов Алексей Зиновьевич1, Горбунов Василий Павлович2, Сергеев Николай Николаевич3
1Рязанское отделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ, руководитель отделения
2Рязанское отделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ, ведущий конструктор
3Рязанское отделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник

Аннотация
В представленной статье приведена методика расчета размеров проточной части динамометров-гидротормозов для обкатки и испытания двигателей внутреннего сгорания.

Ключевые слова: двигатель внутреннего сгорания, динамометр-гидротормоз, испытания


Aksenov Alexey Zinovjevich1, Gorbunov Vasiliy Pavlovich2, Sergeev Nikolay Nikolaevich3
1Ryazan branch of Federal state budgetary scientific institution Federal Research Centre VIM Agroengineering, head of the Department
2Ryazan branch of Federal state budgetary scientific institution Federal Research Centre VIM Agroengineering, leading designer
3Ryazan branch of Federal state budgetary scientific institution Federal Research Centre VIM Agroengineering, candidate of technical Sciences, leading researcher

Abstract
The article presents the method of calculating the sizes of the flowing part of dynamometers-hydrocortisol for running and testing of internal combustion engines.

Keywords: dynamometer-hydro-brakes, internal combustion engine testing


Библиографическая ссылка на статью:
Аксенов А. З., Горбунов В.П., Сергеев Н.Н. Определение размеров проточной части динамометров-гидротормозов для обкатки и испытания двигателей внутреннего сгорания // Современная техника и технологии. 2016. № 12. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: https://technology.snauka.ru/2016/12/10916 (дата обращения: 13.09.2022).

Среди прочих видов тормозных устройств гидравлические тормоза в настоящее время получили большое распространение. 
По сравнению с электрическими тормозами они характеризуются меньшими габаритами и стоимостью и большим диапазоном поглощаемой мощности. Поглощение мощности в гидротормозе происходит либо вследствие гидродинамической работы, затрачиваемой на перемещение жидкости, либо вследствие трения ротора о жидкость.
Действие большинства гидротормозов основано на сопротивлении жидкости перемещению вращающегося в ней ротора. При вращении ротора движущаяся вместе с ним жидкость передает полученную от ротора энергию на неподвижную стенку балансирно подвешенного статора и стремится, как бы увлечь его за собой, создавая на корпусе статора момент, измеряемый тем или иным силоизмерительным устройством. Изменение нагрузки достигается большим или меньшим заполнением статора водой либо изменением величины активной поверхности ротора.
В качестве рабочей жидкости применяют воду, обладающую большой теплоемкостью и дешевизной. Иногда применяется масло с повышенной вязкостью, благодаря чему удается получение большей тормозной мощности.
Все разнообразные конструкции гидротормозов можно свести к следующим: лопастные, штифтовые и дисковые.
Основные параметры, характеризующие гидротормоз
Тормозная мощность в кВт; 
Тормозной момент М в Нм;
Скорость вращения п в об/мин;

Величина предела регулирования тормоза по скорости  ;
Величина предела регулирования тормоза по моменту  ;
Температура рабочей жидкости, чаще всего воды, t°C.
Величины а и β характеризуют возможные пределы использования гидротормоза по скорости и по моменту.
Для определения размеров проточной части динамометров-гидротормозов пользуются расчетами по формулам подобия, основывающиеся на испытании геометрически подобной модели [1].
Теория размерностей позволяет получить выражение для определения размеров гидротормоза по формулам подобия:

 QUOTE   (1)

где M –момент поглощаемый динамометром-гидротормозом;
λ – коэффициент пропорциональности (момента), который принимается постоянным для геометрически подобных машин, работающих в режимах закритических Re;
ρ – плотность рабочей жидкости;
D – характерный размер гидротормоза (наибольший размер колеса гидротормоза – активный диаметр;
n – число оборотов гидротормоза.
Поскольку мощность N = Mn, то

 (2)

где А коэффициент мощности постоянный для геометрически подобных машин).
Расчет по формуле (1), а также по формуле (2) требует, чтобы для модели были известны величины, определяющие ее работу, т. е. М; ρ; п; D или λ и ρ.
Задавая значения перечисленным величинам, можно рассчитать гидротормоз.
Для штыревого гидротормоза величина  может быть заменена произведением , где S—статический момент проекции штыря на плоскость, проходящую через ось гидротормоза и штыря относительно оси гидротормоза.
Величина S может быть определена из:

 ,

где L — длина погружаемой части штыря;
— его ширина;
— радиус, на котором расположен центр тяжести штыря.
Подставляя это выражение в формулу (1), получим

 , (3)

где k — постоянная величина, зависящая от рода жидкости.
Из формулы (3) следует, что тормозной момент на валу гидротормоза зависит от длины штыря L, его ширины b и среднего радиуса  .
На рис. 1 представлена зависимость величины от  для различных конструкций гидротормозов.

Рисунок 1 – Зависимость величин L и b от  .

Так как штырь выполняется постоянной ширины, то определение его предельной ширины следует производить на среднем радиусе rцт, т. е.

Расчет динамометра-гидротормоза штыревой конструкции выполняется в два этапа – расчет первого приближения и расчет второго приближения [2].

Расчет первого приближения

Предварительно задают значения величин L и b в долях от rцт и подставляют в формулу (3), после чего получают

. (4)

Здесь 0,87 — опытный коэффициент при L = 0,2rцт и b = 0,05 rцт.
Показатели степени при r и п также скорректированы на основании опытов.
Решая это выражение относительно rцт, получим

 . (5)

В формуле (4) Ni — расчетная мощность, приходящаяся на один штыревой венец на роторе.  
После определения величины rцт проводится проверка скорости, допустимой на радиусе rцт:

uцт< 40÷50 [м/сек],

где uцт — скорость на радиусе rцт;
где rцт — [м]; п — [об/мин].

Расчет второго приближения

Зная rцт, по графикам, представленным на рис.1, определяют длину и ширину штыря L , b
Вычисляют размер барабана гидротормоза:

D6aр, = 2rцт – L.

Определяют приемлемость длины штыря на отсутствие резонанса:

 ,

где  момент инерции штыря ;
 — частота возмущающей силы;
; 
zc — число штырей в одном ряду на статоре. 
При необходимости длина L штыря корректируется. Проверяется прочность штыря на разрыв центробежными силами.
Расчет второго приближения сводится к определению размеров, обеспечивающих прочности и жесткость элементов проточной части гидротормоза.
При необходимости размеры элементов изменяются и расчет повторяется вновь. Мощность вычисляется по формуле

 (6)

k=1 ÷ 0,75 — коэффициент пропорциональности между шагом штырей t и их длиной Lt = kL.

Рисунок 2 – Вид характеристики динамометра-гидротормоза штыревой конструкции

Для воспроизведения условий обкатки и испытания ДВС выбрана штыревая конструкция гидродинамического тормоза, как наиболее технологичная.

Библиографический список

  1. Кац С.М. Балансирные динамометры для измерения вращающего момента. – М. – Л: Госэнергоиздат, 1962, – 142с
  2. Гавриленко Б.А., Минин В.А., Оловников Л.С. Гидравлические тормоза – Москва: Государственное научно-техническое изд-во машиностроительной литературы, 1961. – 244 c.


Все статьи автора «Сергеев Николай Николаевич»

© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

68876-17: Канал измерительный крутящего момента силы стенда испытаний газотурбинных двигателей

Назначение

Канал измерительный крутящего момента силы стенда испытаний газотурбинных двигателей (далее — измерительный канал) предназначен для измерений крутящего момента силы при испытаниях газотурбинных двигателей.

Описание

Принцип действия измерительного канала основан на измерении реактивного крутящего момента силы, возникающего в балансирном гидравлическом тормозе (далее — гидротормоз), входящем в состав измерительного канала.

Измерительный канал состоит из гидротормоза, основными частями которого являются ротор и статор, рабочего рычага, состоящего из части статора и смонтированного на статоре дополнительного кронштейна, рабочего динамометра, измерительной схемы и программного обеспечения.

Часть статора гидротормоза со стороны, противоположной рабочему рычагу, с присоединенным дополнительным кронштейном, образует калибровочный рычаг.

Измерение крутящего момента силы осуществляется следующим образом. При вращении вала, испытываемого на стенде двигателя, который соединен с ротором гидротормоза, между вращающимся ротором и балансирным статором возникает реактивный крутящий момент. Усилие, возникающее на статоре от реактивного момента, с помощью рабочего рычага, передается на динамометр, который одним концом прикреплен к концу рабочего рычага. Другой конец динамометра присоединен к основанию стенда. Передаваемое рабочим рычагом усилие вызывает деформацию упругого тела динамометра с наклеенным на нем тензорезисторным мостом. Возникающий при этом измерительный сигнал, пропорциональный приложенному усилию, с тензорезисторного моста динамометра передается в измерительную схему канала. В измерительной схеме полученный сигнал преобразуется в значение измеренного реактивного крутящего момента силы. Измерительная схема канала и программное обеспечение входят в состав системы управления гидравлическим динамометром серии 545.

Общий вид измерительного канала представлен на рисунке 1.

Пломбирование измерительного канала не предусмотрено.

Программное обеспечение

Программное обеспечение (ПО) измерительного канала входит в систему управления динамометром, содержащую компьютерный контроллер с предустановленным программным обеспечением, предназначенным для обеспечения быстрой обратной связи управления динамометром в замкнутом цикле в режиме реального времени.

ПО внесено в контроллер канала предприятием-изготовителем и не может быть изменено пользователем.

Идентификационные данные ПО отсутствуют.

Конструкция измерительного канала исключает возможность несанкционированного влияния на ПО и измерительную информацию.

Влияние ПО на метрологические характеристики измерительного канала учтено при нормировании метрологических характеристик.

Уровень защиты встроенного ПО от непреднамеренных и преднамеренных изменений соответствует уровню «высокий» по Р 50. 2.077-2014.

Технические характеристики

Таблица 1 — Метрологические характеристики

Наименование характеристики

Значение

Диапазон измерений крутящего момента силы, кН • м

от 1 до 20

Пределы допускаемой, приведенной к верхнему пределу измерений, статической погрешности измерений крутящего момента силы, %

±1,0

Таблица 2 — Основные технические характеристики

Наименование характеристики

Значение

Диапазон рабочих температур, °С

от +15 до +35

Напряжение питания постоянного тока, В

24

Потребляемый ток при напряжении питания 24 В, А, не более

5,0

Знак утверждения типа

наносится на титульный лист руководства по эксплуатации типографским способом. Комплектность средства измерений

Таблица 3 — Комплектность измерительного канала

Наименование

Обозначение

Количество

балансирный гидравлический тормоз с рабочим и калибровочным рычагами

модель 406-100-005 № 2039

1 комплект

система управления гидравлическим динамометром

модель 545-100-022 № 2039

1 комплект

рабочий динамометр

1220AF-20K-B № 406683A

1 шт.

руководство по эксплуатации

1 экз.

методика поверки

МП 38-231-2017

1 экз.

копия описания типа

1 экз.

Поверка

осуществляется по документу МП 38 — 231 — 2017 «ГСИ. Канал измерительный крутящего момента силы стенда испытаний газотурбинных двигателей. Методика поверки», утвержденному ФГУП «УНИИМ» 07.07.2017 г.

Основные средства поверки:

—    рабочий эталон 1-го разряда по ГОСТ 8.640-2014;

—    машина координатная измерительная портативная CimCore 75 (рег. № 48067-11). Допускается применение аналогичных средств поверки, обеспечивающих определение

метрологических характеристик поверяемых СИ с требуемой точностью.

Знак поверки наносится в свидетельство о поверке.

Сведения о методах измерений

приведены в эксплуатационном документе.

Нормативные документы

ГОСТ Р 8.752-2011 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений крутящего момента силы

Техническая документация фирмы-изготовителя.

Стенд, для высотно-климатических испытаний различных типов турбовинтовых и турбовальных двигателей. :: ПВ.РФ Международный промышленный портал

Стенд для выcoтнo-климатичеcких иcпытаний турбoвинтoвых и турбoвальных двигателей

Автoры: Егoрoв Игoрь Валерьевич, Жигунoв Михаил Михайлoвич

Изoбретение oтнocитcя к oблаcти иcпытаний турбoвинтoвых и турбoвальных двигателей на cтенде в уcлoвиях, близких к пoлетным. Стенд для выcотно-климатичеcких иcпытаний двигателей cодержит термобарокамеру, оcнование, на котором раcположен иcпытываемый двигатель, гидротормоз, ротор которого cоединен c валом иcпытываемого двигателя, измерительную cистему, дополнительно содержит силовую систему в виде тележки с выжимными винтами, на которой расположен гидротормоз, закрытый термогермокожухом, которые помещены вовнутрь термобарокамеры, при этом валы соединены друг с другом посредством полумуфты с рессорой, обеспечивающих соединение с двигателями для обеспечения испытаний с левым и правым вращением вала двигателей, внутри термогермокожуха установлены датчики температуры и давления, конструкция кожуха выполнена гидротермоизолированной с возможностью продува воздуха вовнутрь кожуха и устанвлены трубопроводы подвода, отвода и дренажа воды, а также установлены датчики крутящего момента и числа оборотов, при этом гидротормоз соединен с контроллером, установленным вне термобарокамеры и соединенным через входной и выходной силовые модули с гидротормозом, снабжен управляемый автоматикой электрическими кранами подачи и слива воды. За счет снижения уровня помех при нахождении гидротормоза внутри термобарокамеры повышается измерение точности крутящего момента и числа оборотов испытываемых турбовальных и турбовинтовых двигателей на стационарных и переходных режимах в различных имитируемых условиях. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Известны наземные стенды для испытаний турбовальных и турбовинтовых двигателей, содержащих динамометрическую платформу с установленными на ней двигателем и гидротормозом, а также измерительную аппаратуру, которая фиксирует крутящий момент и число оборотов испытываемого двигателя. Однако данный стенд предназначен для испытания в наземных условиях и не позволяет обеспечить работу двигателя на стационарных и переходных режимах во всех диапазонах имитирующих условий, а именно в высотно-климатических условиях /сайт фирмы Khn Industries INC, www Kahn.com., Канада/.

Известен стенд для испытаний реактивных двигателей, содержащий термобарокамеру, выполненную в виде большого цилиндрического сосуда со сферическим днищем, установленным на железобетонном фундаменте. Основание подвешено на упругих лентах, при этом гидродатчики, выполняющие функцию гидравлической системы, измеряемое усилие трансформируют в потенциальную энергию давления жидкости и установлены вне термобарокамеры. Тяга, развиваемая двигателем, передается через основание и далее на гидродатчик. Так как капельные жидкости крайне сжимаемы, то давление в гидродатчике мгновенно повышается и уравновешивает измеряемую силу. Каждая цепь механизмов вносит определенные погрешности измерений. При этом данный стенд не может обеспечить одновременное измерение тяговой силы и крутящего момента /А.С.Акобджанян. «Гидравлические системы измерений усилий», г.Москва, 1972 г., с.46-52).

Наиболее близким является стенд для испытаний турбовальных и турбовинтовых двигателей (прототип), содержащий термобарокамеру, основание, на котором расположен испытываемый двигатель, измеритель крутящего момента в виде гидравлического балансирного тормоза (гидротормоз), работающего в нормальных атмосферных условиях, ротор которого соединен с валом испытываемого двигателя через удлиненный вал с промежуточными опорами, который выведен через стенку барокамеры, и измерительную систему. При вращении ротора трение между лопастями балансирного тормоза и периферийным слоем жидкости создает тормозящий момент, равный и противоположный крутящему моменту, при этом реактивный момент стремится повернуть статор в обратную сторону /А.С.Акобджанян. «Гидравлические системы измерений усилий», г.Москва, 1972 г., с.8, 9). Однако при этом возникает ряд специфических задач, в частности, необходима надежная герметизация ввода вала с целью недопущения ухудшения теплового состояния двигателя внутри термобарокамеры в процессе термостатирования, компенсация теплового расширения вала с учетом условий эксплуатации, учет частоты собственных колебаний и резонансных частот вала при его вращении, а также требования к балансировке валов и изготовлению фундамента под гидротормоз. Каждая цепь механизмов вносит определенные погрешности, которые суммарно приводят к значительным погрешностям измерений.

При испытаниях турбовинтовых и турбовальных двигателей необходимо обеспечивать их работу на стационарных и переходных режимах во всем диапазоне имитируемых условий при крайне низких (-60°С) и крайне высоких (+80°С) температурах, что представляет достаточно жесткие условия к размещаемому внутри барокамеры гидротормозу и его системам.

Целью изобретения является повышение точности измерения крутящего момента и числа оборотов двигателя на стационарных и переходных режимах в различных имитируемых условиях.

Поставленная цель достигается тем, что стенд для высотно-климатических испытаний турбовинтовых и турбовальных двигателей, содержащий термобарокамеру, основание, на котором расположен испытываемый двигатель, гидротормоз, ротор которого соединен с валом двигателя, и измерительную систему, дополнительно содержит тележку с выжимными винтами и силовым каркасом, на которой установлен гидротормоз и которая расположена в термобарокамере на неподвижной платформе с двигателем, а силовой каркас тележки неподвижно соединен по фланцу с секциями термогермокожуха, которые снабжены ребрами жесткости и покрыты снаружи и изнутри термозащитным материалом, причем нижняя секция снабжена опорными втулками с проставками, на которых установлен корпус гидротормоза, при этом на выходной вал гидротормоза установлено графитовое уплотнение, а внутри термогермокожуха установлены датчики температуры и давления, а также трубопровод подачи вовнутрь его воздуха через зазор между основанием гидротормоза и стенкой корпуса термогермокожуха с последующим отводом через штуцер в верхней секции термогермокожуха, переходными трубопроводами подвода, отвода и дренажа воды к гидротормозу, датчики крутящего момента и числа оборотов, при этом гидротормоз соединен с контроллером, установленным вне термобарокамеры и соединенным через входной и выходной силовые модули с гидротормозом.

Кроме того, фланец нижней секции гидротормоза уплотнен резиновым уплотнением в соединении с тележкой, выходной вал гидротормоза снабжен переходной полумуфтой, позволяющей заменять рессору под различный тип испытываемого двигателя, гидротормоз дополнительно снабжен управляемыми автоматикой электрическими кранами подачи и слива воды, стенд дополнительно снабжен модулем контроля параметров двигателя, а переходная полумуфта, верхняя секция и переходник термогермокожуха выполнены с возможностью их демонтажа для обеспечения испытаний двигателей с левым и правым вращением вала.


На фиг.1 приведена принципиальная схема заявленного стенда; на фиг.2 представлен боковой разрез термогермокожуха с установленным в нем гидротормозом; на фиг.3 — тот же узел со снятой верхней крышкой и трубопроводами подвода, отвода и дренажа воды.


В термобарокамере 1 на неподвижной платформе 2 установлена подмоторная рама 3, на которой неподвижно установлен испытываемый двигатель 4. На платформе 2 также установлен гидротормоз 5, который размещен в термогермокожухе 6. Вал гидротормоза и вал свободной турбины двигателя соединены через рессору 8 и зубчатую муфту 9. Управляющий контроллер 10, находящийся вне термобарокамеры, подключен к размещенным на гидротормозе датчику крутящего момента Мкр, дросселям подачи и слива воды (через силовые модули 7 и 18 управления дросселями), датчику n1 частоты вращения свободной турбины испытываемого двигателя.

Кроме того, к контроллеру подключен датчик частоты вращения газогенератора двигателя n2.

При проведении испытаний оборотная вода подводится через дроссель подачи воды 19 в рабочие камеры гидротормоза, образованные пакетами ротора и статора, и затем сливается в оборотную систему водоснабжения через дроссель слива 20. При этом обеспечивается непрерывная циркуляция воды через гидротормоз с расходом, определяемым положением дросселей подачи и слива воды. После запуска двигателя механическая энергия, получаемая от вала свободной турбины двигателя, трансформируется в тепловую энергию и выводится водой, протекающей через гидротормоз. Крутящий момент Мкр, являющийся результатом этого процесса, воздействует на ротор и статор гидротормоза, смонтированные на балансирной подвеске. Непрерывно измеряемые величины Мкр, n2, и n1 передаются в контроллер, который управляет положением дросселей подвода и слива воды (загрузкой-разгрузкой гидротормоза), уменьшая (увеличивая) тем самым потребную загрузку гидротормоза, а значит потребную величину n1 в соответствии с программой управления гидротормозом.

Таким образом, стенд обеспечивает в автоматическом режиме поддержание заданной частоты вращения валов двигателя на статических режимах и загрузку (разгрузку) гидротормоза на переходных режимах работы двигателя (приемистость, сброс газа, встречная приемистость).

Основными преимуществами данной компоновки стенда являются применение короткой рессоры и термогермокожуха для гидротормоза.

Применение короткой рессоры существенно упрощает решение дополнительных технологических задач по обеспечению потребного теплового состояния двигателя внутри термобарокамеры в процессе термостатирования, компенсации теплового расширения рессоры с учетом условий эксплуатации, учету частоты собственных колебаний и резонансных частот вращения, регулировке величин несоосности и биений валов свободной турбины двигателя и гидротормоза, балансировке валов, изготовлению фундамента под гидротормоз и пр.

Термогермокожух обеспечивает работу гидротормоза в нормальных атмосферных условиях (по давлению, температуре, влажности внутри термогермокожуха). При этом внутри термобарокамеры имитируются потребные климатические условия в диапазоне крайне низких (-60°С) и крайне высоких (+80°С) температур, а также имитируются потребные высотные условия в диапазоне высот от Н=0 до Н=12 км.

Термогермокожух 6 (Фиг.2, 3) выполнен разборным и состоит из нижней 11, средней 12 и верхней 13 секций. Соединение секций — фланцевое, герметизированное уплотнением в виде асбестового шнура. Все секции покрыты снаружи и изнутри термозащитным материалом. Нижняя секция термогермокожуха выполнена в виде тележки с выжимными винтами 17, которые позволяют регулировать положение тележки по высоте в пределах 10 мм. Эта секция снабжена опорными втулками 25 (4 шт.), на которых устанавливается гидротормоз. К нижней секции приварены переходные трубопроводы подвода 14, отвода 15 и дренажа 16 воды.

Для герметизации вала гидротормоза установлен графитовый уплотнитель 18, который размещен в опорной втулке 19. При соединении вала гидротормоза с рессорой использована переходная полумуфта 9, которая позволяет заменять рессору под различные двигатели.

Для контроля давления и температуры воздуха внутри термогермокожуха размещены датчики давления 21 и температуры 20. На верхней секции установлен штуцер 23 для подвода атмосферного воздуха внутрь термогермокожуха и штуцер 22 отвода воздуха в объем термобарокамеры. Во время работы стенда в имитируемых условиях за счет разницы давлений реализуется непрерывная циркуляция воздуха через термогермокожух, обеспечивающая нормальные атмосферные условия внутри его объема. При этом воздух из атмосферы через штуцер 23, далее через коллектор 24, присоединенный к штуцеру 23 трубопроводом 26, подводится в зазор между основанием гидротормоза и стенкой нижней секции термогермокожуха, а далее сбрасывается через штуцер 22 в объем термобарокамеры.

Конструкция термогермокожуха обеспечивает возможность испытания турбовинтовых и турбовальных двигателей «правого» и «левого» вращения вала свободной турбины. Для этого гидротормоз разворачивается внутри термогермокожуха на 180° на опорных втулках 25 с перестановкой полумуфты и вала на противоположный шпиндель гидротормоза. Поверка гидротормоза калибровочными грузами производится после установки и закрепления гидротормоза внутри термогермокожуха на динамометрической платформе в термобарокамере.

«Испытания ДВС, испытательное оборудование и методики испытаний»

Jbiplane
Стремлюсь к совершенству