УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК АКТИВНОЙ ТУРБИНЫ

Полезная модель относится к средствам обучения и может быть использована в учебном процессе для экспериментального определения характеристик активной турбины.
Известно устройство для испытания на прочность канальных твердотопливных зарядов, включающее заряд, канал которого заполнен жидкостью, герметизирующую канал крышку с отверстиями, узел нагружения, включающий механизм ударного действия и поршень, при этом поршень установлен в отверстие крышки и размещен в жидкости, а механизм ударного действия установлен на одной оси с поршнем (Патент РФ №2211359, 2002 г.).
Известно устройство для испытания на прочность канальных твердотопливных зарядов, содержащее корпус, герметизирующую крышку, испытуемый заряд, размещенный в корпусе, узел нагружения, в него введены пять тензорезисторов, причем три из них установлены с внутренней стороны заряда, два из которых расположены параллельно продольной оси заряда, а третий - перпендикулярно к ней, остальные два - с наружной стороны корпуса, один - параллельно продольной оси корпуса, а - другой перпендикулярно к ней и все пять тензорезисторов подключены к регистрирующему устройству, испытуемый заряд прочно скреплен с корпусом, а в системе нагружения рабочим телом является воздух (RU №96614, 2010 г.).
Известно устройство для испытания на прочность канальных твердотопливных зарядов, содержащее корпус, герметизирующую крышку, испытуемый заряд, размещенный в корпусе, узел нагружения, в системе нагружения рабочим телом является воздух, узел нагружения выполнен в виде полости, образованной корпусом, герметизирующей крышкой, стаканом и резиновой мембраной, облегающей боковой торец испытуемого заряда, расположенного на оптической оси между полярископом-поляриметром и анализатором и светофильтром, кроме того, полость соединена воздушной магистралью через вентиль, редуктор и манометр с баллоном (RU №170353, 2017 г.).
Наиболее близким по технической сущности решением является устройство для испытания турбомашин, например микротурбин, содержащее тормоз в виде воздушного нагнетателя и измеритель момента, нагнетатель размещен в подключенном к измерителю момента корпусе с патрубками подвода и отвода воздуха в осевом направлении, вал тормоза установлен в подшипниках с газовой смазкой (SU №334502, G01M 15/00, 30.03.1972 г.).
Недостатком прототипа является невозможность экспериментального определения характеристик активной турбины.
Задачей полезной модели является расширение наглядных возможностей при изучении процессов, протекающих внутри турбонасосных агрегатов за счет определения мощности турбины по замеренным крутящему моменту и числу оборотов.
Техническим результатом является возможность экспериментального исследования характеристик активной турбины при изменении режима работы турбины.
Сущность полезной модели заключается в том, что в устройстве для исследования характеристик активной турбины, содержащем основание, активную турбину, размещенную в корпусе и соединенную через редуктор с воздушной магистралью, тормоз, поглощающий мощность, развиваемую турбиной, тормоз выполнен в виде авиационного генератора, соединенного с турбиной через эластичную муфту, к корпусу прикреплен рычаг, взаимодействующий с датчиком силы, укрепленном на основании, обмотка ротора генератора соединена с постоянным электрическим сопротивлением, в обмотку возбуждения генератора включены последовательно источник питания и регулирующий реостат, на другом торце вала активной турбины установлен датчик числа оборотов.
Новизна заключаются в том, что тормоз выполнен в виде авиационного генератора, соединенного с турбиной через эластичную муфту, к корпусу прикреплен рычаг, взаимодействующий с датчиком силы, укрепленном на основании, обмотка ротора генератора соединена с постоянным электрическим сопротивлением, в обмотку возбуждения генератора включены последовательно источник питания и регулирующий реостат, на другом торце вала активной турбины установлен датчик числа оборотов.
Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области и смежных областях позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявленном устройстве.
На фиг. 1 изображен общий вид устройства.
Турбина 1 размещена в корпусе 2 на стапеле 3 с помощью кронштейнов на основании 4. В качестве тормоза, поглощающего мощность, развиваемую турбиной 1, используется авиационный генератор 5. Вал генератора 5 соединен с валом турбины 1 через эластичную муфту 6. К корпусу генератора 5 прикреплен рычаг 7, взаимодействующий с датчиком силы 8, укрепленным на основании 4 для измерения крутящего момента, воспринимаемого статором генератора 5. Обмотка ротора генератора 5 соединена с постоянным электрическим сопротивлением 9, в обмотку возбуждения генератора 5 включены последовательно источник питания 10 и регулирующий реостат 11. На другом торце вала газовой активной турбины 1 установлен датчик числа оборотов 12. Питание турбины 1 осуществляется «холодным» воздухом, поступающим из воздушного баллона 13 высокого давления через вентиль 14, редуктор 15 и манометр 16. Необходимый расход воздуха устанавливается с помощью редуктора 15. Пройдя через турбину 1, воздух выбрасывается в атмосферу по выхлопной трубе.
Устройство работает следующим образом.
Установить режим нагрузки электротормоза в положение, соответствующее максимальному числу оборотов турбины 1. С помощью редуктора 15 установить заданное давление на входе в турбину 1, контролируя его величину по манометру 16. Открыть вентиль 14. После выхода турбины 1 на режим снять показания с датчика силы 8 и датчика числа оборотов 12.
Крутящий момент, развиваемый на валу турбины 1, передается на ротор генератора 5 и затем через поле магнитных сил - к статору. При повороте корпуса генератора 5 изменяется положение рычага 7, который при этом оказывает давление на датчик силы 8. Зная силу давления рычага 7 и длину рычага 7, можно определить значение момента, развиваемого турбиной 1. По крутящему моменту и замеренному числу оборотов определяется мощность турбины 1.
Электрической нагрузкой генератора 5 служит постоянное сопротивление 9, соединенное с обмоткой ротора. Механическая энергия турбины 1 преобразуется в генераторе 5 в электрическую энергию, а затем на нагрузочном сопротивлении 9 превращается в тепло.
Снизить обороты турбины 1 и после выхода турбины 1 на режим снять показания с датчика силы 8 и датчика числа оборотов 12.
Для изменения числа оборотов рабочего колеса турбины 1 изменяется интенсивность магнитного поля статора генератора 5. Для этой цели в обмотку возбуждения генератора 5 включены последовательно источник питания 10 и регулирующий реостат 11. При изменении сопротивления реостата 11 меняется сила тока в обмотке статора, что приводит к изменению магнитного поля статора, а, следовательно, и момента, нагружающего рабочее колесо турбины 1. Если сопротивление реостата 11 уменьшается, то момент, действующий на ротор генератора, возрастает, а число оборотов турбины 1 уменьшается.
Характеристика турбины 1 строится по 5 - 6 точкам, которые отличаются друг от друга режимом работы турбины.
Предлагаемое устройство существенно расширяет наглядные возможности при изучении процессов, протекающих внутри турбонасосных агрегатов за счет определения мощности турбины по замеренным крутящему моменту и числу оборотов и возможность экспериментального исследования характеристик активной турбины при изменении режима работы турбины.