СТЕНД ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ НАСОСОВ

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к устройствам для испытания гидравлических машин, и может найти применение при производстве и ремонте объемных гидравлических и центробежных лопастных насосов, масляных и водяных насосов двигателей внутреннего сгорания.
Известен стенд для испытания насосов (см. ГОСТ 14658-86. Насосы объемные гидроприводов. Правила приемки и методы испытаний. М., 1999, стр.12), содержащий приводной двигатель в виде мотор-весов, нагрузочное устройство насоса в виде дросселя, бак, фильтровальную установку, предохранительный клапан, преобразователь частоты вращения, счетчик импульсов, манометр, расходомер, термометр, теплообменник, вакуумметр.
Недостатком указанного стенда является то, что процесс квазистатических испытаний насоса энергоемок, требует продолжительного времени и характеризуется высокой стоимостью.
Наиболее близким аналогом по технической сущности является стенд для испытания гидромоторов (см. патент на полезную модель №46312, МПК F04B 51/00), содержащий насос, соединенный валом с приводным двигателем (в патенте на полезную модель №46312, МПК F04B 51/00 приводной двигатель насоса условно не показан), бак, соединенный с насосом через всасывающую линию, фильтр, предохранительный клапан, соединенный с напорной линией насоса, маховик и измерительную систему, содержащую датчик частоты вращения маховика и датчики давления и расхода рабочей жидкости, установленные в напорной линии насоса, соединенные через модуль ввода сигналов с вычислительным устройством, сливную линию с предохранительным клапаном и управляющим модулем вывода команд, соединенным своим входом с вычислительным устройством, а выходом с предохранительными клапанами, при этом измерительная система содержит датчик давления и расхода рабочей жидкости, установленные в сливной линии.
Недостатком указанного стенда является то, что стенд имеет ограниченное применение, т.к. последовательно испытывать необратимый насос сначала в режиме гидромотора, а затем в режиме насоса не может, и в связи с этим не позволяет выполнять динамические испытания необратимых насосов.
Технической задачей, поставленной в настоящей полезной модели, является расширение технологических возможностей стенда путем увеличения номенклатуры испытываемых гидромашин, а именно в обеспечении возможности испытания обратимых и необратимых насосов.
Эта задача достигается тем, что стенд для динамических испытаний насосов, содержащий насос, бак, соединенный с насосом через всасывающую линию, фильтр, предохранительный клапан, соединенный входом с напорной, а выходом - со сливной линией насоса, маховик и измерительную систему, содержащую датчики давления и расхода рабочей жидкости, установленные в напорной линии насоса, соединенные через модуль ввода сигналов с вычислительным устройством и соединенный с входом последнего управляющий модуль вывода команд, снабжен регулируемым дросселем, установленным в напорной линии насоса и соединенным с выходом управляющего модуля вывода команд, управляемой муфтой, соединяющей приводной двигатель с насосом и датчиком давления рабочей жидкости, размещенным во всасывающей линии насоса, соединенным через модуль ввода сигналов с вычислительным устройством.
Расширение возможностей использования стенда обеспечивается благодаря использованию управляемой муфты, обеспечивающей отключение вала насоса от приводного двигателя после разгона маховика для привода насоса от маховика, регулируемого дросселя, выполняющего роль нагрузочного устройства насоса при торможении маховика, датчика давления рабочей жидкости, позволяющего определять давление во всасывающей линии насоса, а также возможность измерительной системы, определять время торможения и величину КПД испытываемого необратимого насоса.
На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого стенда для динамических испытаний насосов.
Стенд содержит насос 1, всасывающую 2, напорную 3 и сливную 4 линии, бак с рабочей жидкостью 5, фильтр 6, установленный во всасывающей линии 2, предохранительный клапан 7, соединенный входом с напорной линией 3, а выходом - со сливной линией 4, обратный клапан 8, установленный между всасывающей и напорной линиями 2 и 3, маховик 9, измерительную систему 10, состоящую из датчиков: частоты вращения маховика 11, давления 12 и расхода 13 рабочей жидкости, установленных в напорной линии 3 насоса 1, датчика давления рабочей жидкости 14, установленного во всасывающей линии 2 и подсоединенных через модуль ввода сигналов 15 (аналого-цифровой преобразователь) к вычислительному устройству 16, и управляющий модуль вывода команд 17 (цифро-аналоговый преобразователь), соединенный своим входом с вычислительным устройством 16, а выходом - через управляемую муфту 18 с регулируемым дросселем 19, установленным в напорной линии насоса 1, приводной двигатель 20, соединенный через управляемую муфту 18 с маховиком 9 и насосом 1.
Стенд работает следующим образом.
Перед началом испытаний вал насоса 1 соединяют с маховиком 9, его подводящую линию со всасывающее линией 2, а выход - с напорной линией 3. Регулируемый дроссель 19 через вычислительное устройство 16 и управляющий модуль вывода команд 17 переводится в открытое для пропуска рабочей жидкости положение, а управляемая муфта 18 переводится в замкнутое положение, при котором вал приводного двигателя 20 соединен с валом маховика 9 и насоса 1.
Испытания насоса 1 производят следующим образом.
При включении насоса 1 возрастающий поток рабочей жидкости из бака 5, проходит через фильтр 6, датчик давления жидкости 14, испытываемый насос 1, обратный клапан 8, регулируемый дроссель 19, датчики расхода 13 и давления жидкости 12, убывающий - через предохранительный клапан 7 в сливную линию 4 и бак 5, а маховик 9, приводимый во вращение приводным двигателем 20 через замкнутую управляемую муфту 18, разгоняется.
Испытание насоса 1 начинается при размыкании управляемой муфты 18 и закрывании регулируемого дросселя 19 через вычислительное устройство 16 и управляющий модуль вывода команд 17, при этом сначала возрастающий поток от насоса 1 идет через предохранительный клапан 7 в сливную линию 4, а убывающий - через регулируемый дроссель 19, затем, когда регулируемый дроссель 19 полностью закрыт, поток насоса 1 через предохранительный клапан 7 - убывает. Маховик 9, приводящий во вращение вал испытываемого насоса 1, затормаживается.
H
H
H
Сигналы с датчиков частоты вращения маховика 9, давления 12 и 14, расхода 13 поступают через модуль ввода сигналов 15 на вычислительное устройство 16, где с малым шагом Δt регистрируются текущие значения давления жидкости во всасывающей линии, расхода и давления жидкости в напорной линии насоса и частоты вращения валов насоса 1 и маховика 9. По приращению угловой скорости Δω за промежуток времени Δt вычислительное устройство 16 определяет текущие значения углового замедления торможения ε вала насоса и маховика, а затем и среднее за время Δt значение вращающего момента T на валу насоса.
Текущие значения КПД насоса в режиме насоса вычислительное устройство 16 определяет по совокупности вышеперечисленных параметров:
H
H
H
где  и  - мощности на выходе (в напорной линии) и входе (на валу) насоса;  и  - давления масла в напорной и всасывающей линиях;  - расход масла в напорной линии;  - модуль замедления при торможении; n, ω - частота вращения и угловая скорость вала насоса; Δp - перепад давления на насосе.
H
H
Величина вращающего момента T вычисляется по угловому замедлению торможения ε и моменту инерции маховика I:
Угловое замедление вала насоса при постоянном давлении в напорной линии:
H
где t - время; Δn и Δt - приращение частоты вращения вала насоса и соответствующее ему приращение времени.
H
H
По формулам (1), (2), (3) вычислительное устройство 16 строит графики изменения главного диагностического параметра - полного КПД насоса в функции времени η=f(t) и частоты вращения вала насоса η=f(n) при заданной нагрузке, задаваемой давлением настройки предохранительного клапана 7.
В качестве дополнительного диагностического параметра насоса используется гидромеханический КПД:
H
где q - рабочий объем насоса.
НГМ
НГМ
H
По результатам расчетов по формулам (1), (2), (3), (4) вычислительное устройство 16 строит графики изменения дополнительного диагностического параметра - гидромеханического КПД в функции времени η=f(t) и частоты вращения вала гидромашины η=f(n) при заданной нагрузке.
В качестве дополнительного диагностического параметра насоса используется объемный КПД:
H
где q - рабочий объем насоса.
НO
НO
H
По результатам расчетов по формулам (1), (2), (3), (4) вычислительное устройство 16 строит графики изменения дополнительного диагностического параметра - объемного КПД в функции времени η=f(t) и частоты вращения вала гидромашины η=f(n) при заданной нагрузке.
T
Вычислительное устройство 16 также регистрирует установившуюся частоту вращения после разгона маховика 9 приводным двигателем 19 до начала торможения маховика 9 и насоса 1 и определяет продолжительность t торможения маховика 9 и насоса 1.
H
H
H
НГМ
НГМ
H
HO
HO
H
T
По полученным графикам η=f(t), η=f(n), η=f(t), η=(n), η=f(t), η=f(n), а также по продолжительности торможения t судят о качестве ремонта или изготовления насоса.
Использование регулируемого дросселя, установленного в напорной линии, управляемой муфты, соединяющей валы приводного двигателя и насоса, и управляющего модуля вывода команд, соединенного своим входом с вычислительным устройством, а выходом - с управляемой муфтой и регулируемым дросселем, и измерительной системы дополнительно содержащей датчик давления рабочей жидкости, установленный во всасывающей линии насоса обеспечивает:
1. Расширение технологических возможностей стенда путем увеличения номенклатуры испытываемых гидромашин, а именно в обеспечении возможности динамических испытаний обратимых и необратимых насосов за счет того, что насос на стенде испытывается не последовательно в двух режимах - сначала в режиме гидромотора, а затем в режиме насоса, а только в режиме насоса. Этот режим характерен для необратимых насосов, которые в режиме гидромотора не функционируют.
2. Высокую точность определения КПД испытываемого насоса без применения дорогостоящих измерителей крутящего момента.
3. Возможность оценки параметров функционирования насоса в широком диапазоне частот и получения диагностической информации, достаточной для сравнения с нормируемыми показателями назначения.
4. Снижение энергоемкости процесса испытания насоса за счет сокращения времени испытания насоса при динамических испытаниях по сравнению с временем, необходим при квазистатических испытаниях за счет применения измерительной системы и системы управления стендом, выполненных на основе аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей, модулей ввода сигналов и вывода управляющих команд, датчиков, управляемых дросселя и муфты, вместо измерительной системы и системы управления стендом, выполненных на основе приборов визуального контроля, устройств мускульного управления стендом и нагружения испытываемого насоса.