СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ СИГНАЛИЗАТОРА ПРЕДЕЛЬНЫХ ОБОРОТОВ СВОБОДНОЙ ТУРБИНЫ ДВИГАТЕЛЯ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩЕГО АГРЕГАТА

Полезная модель относится к устройствам для испытания узлов системы автоматического регулирования двигателей газотурбинных установок и может применяться для контроля работоспособности сигнализатора предельных оборотов двигателя газоперекачивающего агрегата.
Сигнализатор предельных оборотов (СПО-2Р) предназначен для формирования сигнала на автоматическое выключение двигателя газоперекачивающего агрегата при достижении валом свободной турбины предельно допустимой величины оборотов, составляющей 6000 об/мин. Для этого к входу прибора подключают датчик частоты вращения ДЧВ-2500, установленный на коробе привода ротора свободной турбины двигателя, вырабатывающий ЭДС, частота которой пропорциональна частоте вращения ротора двигателя. В случае достижения валом свободной турбины предельно допустимой скорости вращения сигнализатором предельных оборотов формируется дискретный сигнал на останов двигателя. В ряде случаев, например при установке сигнализатора на двигатель, возникает необходимость контроля его работоспособности до подключения к нему датчиков и включения газоперекачивающего агрегата. Для осуществления такого контроля необходим испытательный стенд, выполненный с возможностью имитации работы датчиков при различных скоростях вращения вала свободной турбины. Ниже приведены результаты поиска технических решений, позволяющих решить эту задачу.
Из уровня техники известен полунатурный стенд для испытаний систем автоматического управления и контроля газотурбинных двигателей (RU 2331054 C2, МПК G01M 15/14, опубл. 10.08.2008), который включает в себя электронную систему управления, первый интегратор, первый сумматор и имитатор датчиков, причем выход первого сумматора соединен с входом первого интегратора, а выход первого интегратора соединен со входом имитатора датчиков. Дополнительно стенд содержит источники напряжения, умножители, интеграторы, реле и тумблеры в наборном поле, позволяющие имитировать в реальном масштабе времени параметры двигателя, исполнительных механизмов и датчиков.
Недостатком известного технического решения является низкая технологичность стенда, связанная со сложностью его конструкции, при этом, учитывая, что стенд выполнен на дискретных элементах, реализующих фиксированную логику моделирующего конечного автомата, стенд сложно адаптировать для решения задачи контроля работоспособности сигнализатора предельных оборотов свободной турбины.
Наиболее близким техническим решением к заявленной полезной модели и выбранным в качестве прототипа признано устройство для осуществления способа испытания электронных регуляторов газотурбинных двигателей (RU 2098790 C1, МПК G01M 15/00, опубл. 10.12.1997). Устройство включает в себя испытуемый регулятор, выход которого соединен с входом имитатора исполнительного механизма ЭВМ, имитирующую гидромеханическую часть системы управления и двигатель как объект управления, имитатор датчика, выход которого соединен с входом регулятора.
Недостатком устройства является отсутствие в его конструкции широтно-импульсных модуляторов, позволяющих имитировать работу датчиков частоты вращения ДЧВ-2500.
Таким образом, готовых технических решений, позволяющих выполнять диагностику работоспособности сигнализатора предельных оборотов, обнаружить не удалось. В связи с этим возникает техническая задача, заключающаяся в разработке конструкции недорогого стенда, позволяющего проводить управляемые по параметрам испытания сигнализатора предельных оборотов свободной турбины двигателя газоперекачивающего агрегата.
Указанная задача решена тем, что стенд для испытания сигнализатора предельных оборотов свободной турбины двигателя газоперекачивающего агрегата содержит корпус с установленным в нем микропроцессорным блоком управления. При этом блок управления выполнен на основе микроконтроллера, содержащего микропроцессорное ядро, соединенное посредством общей шины с FLASH-памятью программ, SRAM-памятью данных, энергонезависимой электрически перепрограммируемой памятью EEPROM и восьмиразрядными универсальными двунаправленными портами ввода-вывода. Первый двунаправленный порт ввода-вывода представляет собой многоканальный аппаратный ШИМ-модулятор, первый канал которого подключен к верхнему входу формирователя сигналов управления ключевыми транзисторами, а второй канал - к нижнему входу упомянутого формирователя. Верхний выход формирователя сигналов управления подключен к затвору верхнего ключевого транзистора, а нижний выход к затвору нижнего ключевого транзистора. Истоки упомянутых транзисторов подключены к шине земли, а стоки подключены к первичной обмотке трансформатора, имеющей дополнительный отвод от средней точки, подключенный к положительному полюсу источника питания, при этом вторичная обмотка трансформатора выполнена с возможностью подключения к входам измерительных каналов сигнализатора предельных оборотов свободной турбины. Второй двунаправленный порт ввода-вывода выполнен с возможностью подключения к его первой линии входа схемы контроля и блокировки, а ко второй линии - выхода исполнительного реле контроля предельных оборотов свободной турбины. К третьему и четвертому портам ввода-вывода подключены, соответственно, блок ввода данных и блок индикации.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью признаков стенда, является возможность проводить управляемые по параметрам испытания сигнализатора предельных оборотов свободной турбины двигателя газоперекачивающего агрегата, имитируя с помощью микроконтроллера блока управления и полумостовой схемы преобразователя напряжения работу датчика частоты вращения ДЧВ-2500, и регистрируя момент срабатывания реле контроля предельных оборотов свободной турбины.
Конструкция стенда поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана упрощенная структурная схема блока управления, а на фиг. 2 - внешний вид корпуса сигнализатора предельных оборотов свободной турбины двигателя газоперекачивающего агрегата.
Стенд имеет следующую конструкцию.
Основой стенда является корпус (на фигурах условно не показан) с установленным в нем микропроцессорным блоком управления. При этом блок управления выполнен на основе микроконтроллера 1, содержащего микропроцессорное ядро 2, соединенное посредством общей шины с FLASH-памятью программ, SRAM-памятью данных, энергонезависимой электрически перепрограммируемой памятью EEPROM (на фигурах условно не показаны) и восьмиразрядными универсальными двунаправленными портами ввода-вывода. Первый двунаправленный порт ввода-вывода 3 представляет собой многоканальный аппаратный ШИМ-модулятор, первый канал которого подключен к верхнему входу формирователя сигналов управления 4 ключевыми транзисторами, а второй канал - к нижнему входу упомянутого формирователя. Верхний выход формирователя сигналов управления 4 подключен к затвору верхнего ключевого транзистора 5, а нижний выход к затвору нижнего ключевого транзистора 6. Истоки упомянутых транзисторов подключены к шине земли, а стоки подключены к первичной обмотке трансформатора 7, имеющей дополнительный отвод от средней точки, подключенный к положительному полюсу источника питания. Второй двунаправленный порт ввода-вывода 8 выполнен с возможностью подключения к его первой линии, снабженной токоограничителем, входа схемы контроля и блокировки, а ко второй линии, через силовой вход, выполненный на основе транзисторов, с возможностью подключения выхода исполнительного реле контроля предельных оборотов свободной турбины. К третьему и четвертому портам ввода-вывода 9 и 10 подключены, соответственно, блок ввода данных 11 и блок индикации 12.
В качестве микроконтроллера блока управления может применяться любой известный восьми- или тридцатидвухразрядный микроконтроллер в промышленном исполнении, например микросхема ATMegal28L. В последнем случае в качестве ШИМ-модулятора будет выступать порт В микроконтроллера, а первым и вторым каналами - линии РВ5 и РВ6 выходов А и В 16-ти разрядного таймера счетчика Т1.
В качестве формирователя сигналов управления ключевыми транзисторами может быть применена микросхема-драйвер IR2101, а в качестве ключевых транзисторов - MOSFET-транзисторы IRFZ44Z.
В качестве блока ввода данных может быть применена кнопочная клавиатура, содержащая шестнадцать клавиш, а в качестве блока индикации -линейка семисегментных индикаторов.
Стенд для испытания сигнализатора предельных оборотов свободной турбины двигателя газоперекачивающего агрегата работает следующим образом.
Первоначально стенд подключают к испытываемому сигнализатору СПО-2Р, соединяя вторичную обмотку трансформатора с входами измерительных каналов, подключая к первой линии второго порта ввода-вывода 8 вход схемы контроля и блокировки, а ко второму - выход исполнительного реле контроля предельных оборотов свободной турбины. Затем с помощью блока ввода данных 11 стенд приводят в действие.
Микропроцессорное ядро 2 микроконтроллера 1 на основе управляющей программы, записанной во FLASH-памяти программ и табличного представления синусоидального сигнала, хранящегося в памяти EEPROM, управляет первым и вторым каналами ШИМ-модулятора, обеспечивая генерацию ими сигналов прямоугольной формы заданной частоты и скважности и их подачу на входы формирователя сигналов управления 4 ключевыми транзисторами. Формирователь сигналов 4, в свою очередь, управляя мощностью ключевых MOSFET-транзисторов 5 и 6, обеспечивает появление на вторичной обмотке трансформатора 7 сигнала приближенного к синусоидальной форме, что позволяет имитировать работу датчика частоты вращения ДЧВ-2500.
Оператор стенда с помощью блока управления 11 подает команду на перевод СПО-2Р в режим «Контроль», при этом на первой линии второго порта ввода-вывода формируется сигнал высокого логического уровня, обеспечивающий коммутацию схемы контроля и блокировки СПО-2Р. Далее предварительно грубо задает частоту выходного сигнала, а затем плавно доводит ее до значения 6160 Гц, при котором должен срабатывать сигнализатор. Индикация текущего значения частоты осуществляется с помощью блока индикации 12. Во все время испытаний микроконтроллером 1 производится опрос второй линии второго порта ввода-вывода 8 для обнаружения момента срабатывания исполнительного реле контроля предельных оборотов свободной турбины. После получения сигнала «Авария» соответствующее сообщение выдается на блок индикации 12, после чего оператор стенда останавливает испытание, фиксируя исправность сигнализатора.
Таким образом, рассмотренный в настоящей заявке стенд является технологичным прибором, позволяющим имитировать работу датчика частоты вращения ДЧВ-2500 и проводить управляемые испытания сигнализаторов предельных оборотов свободной турбины двигателя газоперекачивающего агрегата СПО-2Р.