ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ СТЕНД
TEST STAND

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к стендам для испытания теплообменников, турбин и компрессоров газотурбинных и поршневых двигателей.
Известен испытательный стенд, а.с. СССР №1816984, МПК 5 G01M 15/00, опубл. 23.05.93, бюл. №19, содержащий замкнутый циркуляционный контур, в котором последовательно установлены технологический компрессор, испытываемый охладитель и теплообменник. Испытываемый охладитель выполнен в виде регулируемой плоской щели, загерметизированной по периметру прокладкой из натуральной кожи. Стенд содержит патрубок сброса давления и емкость, подключенные через соответствующие регулируемые вентили к циркуляционному контуру между выходом объекта испытаний и входом технологического компрессора.
Недостатком указанного стенда является отсутствие возможности проведения испытаний объектов в расширенном диапазоне режимных параметров (например, при повышенных температурах).
Наиболее близким к заявляемому стенду по совокупности признаков является установка для испытаний компрессоров и турбин по замкнутой схеме (см. «Исследование транспортных газотурбинных двигателей и агрегатов наддува дизелей». /Под редакцией Толстова А.И. Научно-исследовательская лаборатория двигателей, Труды №3, Министерство транспортного машиностроения СССР, Москва, 1957 г. стр.90, фиг.2), содержащая замкнутый циркуляционный контур, в котором последовательно установлены соединенные трубопроводами технологический компрессор с приводом, теплообменник (нагреватель), объект испытания в виде турбины с гидротормозом, холодильник (охладитель), дроссельная заслонка на выходе из технологического компрессора, дроссельная заслонка на линии перепуска. Данная установка выбрана в качестве прототипа.
Недостатком указанной установки является то, что на испытание турбины затрачивается значительное количество энергии.
Изобретение направлено на снижение финансовых и энергетических затрат на испытание теплообменников, турбин и двигателей компрессоров высокого давления, например авиационных двигателей, а также на расширение диапазона исследуемых режимных параметров.
Технический результат от использования изобретения заключается в снижении финансовых и энергетических затрат на испытания, обеспечении динамической устойчивости работы стенда, расширении диапазона исследуемых режимных параметров.
Технический результат достигается следующим образом. Заявляемый испытательный стенд содержит замкнутый циркуляционный контур, в котором последовательно установлены соединенные трубопроводами технологический компрессор с регулируемым приводом, нагреватель, объект испытания и охладитель. В отличие от прототипа стенд дополнительно содержит патрубок сброса давления воздуха с размещенным в нем первым дросселем, подключенный к циркуляционному контуру между выходом технологического компрессора и нагревателем, линию накачки воздуха, включающую подключенный через второй дроссель к циркуляционному контуру между входом технологического компрессора и охладителем ресивер, соединенный с выходом дополнительного компрессора, вход которого соединен с атмосферой.
Снабжение испытательного стенда линией накачки воздуха, включающей подключенный через второй дроссель к циркуляционному контуру между входом технологического компрессора и охладителем ресивер, соединенный с выходом дополнительного технологического компрессора, вход которого соединен с атмосферой, обеспечивает динамическую устойчивость работы стенда в заданном режиме при температуре воздуха на входе объекта испытаний, превышающей температуру воздуха на выходе технологического компрессора, и позволяет воспроизводить расширенные по давлению в исследуемом объекте диапазоны режимов испытаний, а также снизить затраты на испытание объекта.
Снабжение испытательного стенда патрубком сброса давления, подключенным к циркуляционному контуру между выходом технологического компрессора и нагревателем, первым дросселем, установленным в патрубке сброса давления воздуха, позволяет снизить давление в циркуляционном контуре в случае необходимости, а также позволяет поддерживать в процессе испытаний заданные параметры, в случае их отклонения от требуемых.
Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена схема заявляемого испытательного стенда.
Стенд содержит замкнутый циркуляционный контур 9, в котором последовательно установлены соединенные трубопроводами технологический компрессор 1 с регулируемым приводом (не показан), нагреватель 2, объект испытания 3 (теплообменник или компрессор высокого давления) и охладитель 4; патрубок 10 сброса давления, подключенный к циркуляционному контуру 9 между выходом технологического компрессора 1 и нагревателем 2, линию накачки воздуха, включающую дополнительный технологический компрессор 5, вход которого соединен с атмосферой, ресивер 6, соединенный трубопроводом 12 с выходом дополнительного компрессора 5, первый дроссель 8, установленный в патрубке 10 сброса давления, второй дроссель 7, размещенный в трубопроводе 11, который одним концом подключен к циркуляционному контуру 9 между входом технологического компрессора 1 и охладителем 4, а другим концом соединен с ресивером 6.
1
1
2
2
3
3
3
3
3
3
4
4
1
1
Стенд работает следующим образом. При запуске стенда включают регулируемый привод (не показан) и приводят во вращение технологический компрессор 1. Воздух с давлением Р и температурой Т поступает на вход технологического компрессора 1, сжимается до давления Р, при этом температура воздуха на выходе технологического компрессора 1 повышается до значения Т. Далее воздух поступает в нагреватель 2, где нагревается до температуры Т, при этом давление за счет гидравлического сопротивления нагревателя 2 падает и становится равным Р. После нагревателя 2 воздух с температурой Т и давлением Р поступает на вход объекта испытаний 3. Значения Т и Р задают по условиям испытания объекта 3. После объекта испытаний 3 воздух с измененными значениями давления и температуры (Р, Т) проходит через охладитель 4, после которого его параметры вновь приводят до первоначальных значений P и Т, и вновь поступает на вход в технологический компрессор 1.
ox
к
ox
к
3
2
Во всем поле режимов испытаний мощность теплосъема Q охладителя 4 должна быть больше или равна тепловой мощности Q, сообщаемой воздуху при сжатии в технологическом компрессоре 1, т.е. Q≥Q, что приводит к тому, что температура на выходе из технологического компрессора 1 всегда будет ниже или равна заданной. Разницу температур Т-Т компенсируют нагревателем 2 воздуха.
Перед испытаниями ресивер 6 наполняют воздухом от дополнительного технологического компрессора 5 с приводом (не показан) до давления, большего, чем в циркуляционном контуре 9. Если давление на входе в объект испытаний 3 уменьшается по отношению к заданному по заданной программе испытаний (например, из-за утечек в циркуляционном контуре 9 или из-за изменения в нем температуры), то открывают второй дроссель 7, и воздух из ресивера 6 поступает в замкнутый циркуляционный контур 9. В противном случае через первый дроссель 8 воздух сбрасывается в атмосферу.
Таким образом, обеспечивается динамическая устойчивость работы стенда и воспроизводятся расширенные эксплуатационные режимы при минимальных энергозатратах, необходимых для работы стенда.