Стенд для испытания гидроприводов высокого давления прямолинейного возвратно-поступательного движения
TEST STAND FOR HIGH PRESSURE HYDRAULIC DRIVES OF RECTILINEAR RECIPROCATING MOTION

Предлагаемый стенд для испытания гидроприводов высокого давления прямолинейного возвратно-поступательного движения относится к специальному технологическому оборудованию для регулировки и испытания гидравлических устройств высокого давления, в области энергомашиностроения и судостроения. При этом испытуемое давление может достигать до 25÷30 МПа.
Изобретение может быть использовано как при строительстве, так и ремонте гидравлических устройств в энергомашиностроении и судостроении.
Ресурс и высокая надёжность гидравлических устройств зависят от качества изготовления и проверяются приборами, методами неразрушающего контроля и гидравлическими испытаниями на прочность, герметичность и регулировку. Все эти требования изложены в соответствующих нормативных и конструкторских документах, включая требования по чистоте внутренних полостей.
Указанные испытания являются трудоёмкими и опасными, так как подпадают под правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением (ПБ 03-576-03), а технологическое оборудование для их проведения должно обеспечивать гарантированную безопасность при выполнении вышеуказанных работ. Испытания и регулировку гидравлических устройств высокого давления предприятия судостроительной промышленности в настоящее время проводят на стапельных линиях или непосредственно на строящемся объекте, поэтому предлагаемая конструкция стенда должна быть мобильной и компактной.
Известен стенд по патенту РФ на полезную модель №127915 для испытания и настройки предохранительных клапанов, содержащий ёмкость, образующую вместе с присоединённой к ней гидравлической арматурой систему нагружения клапана рабочей средой с элементами изменения параметров последней, снабжённую средствами для установки испытываемого клапана и гидравлической арматуры, при этом, средства для установки испытываемого изделия выполнены в виде фланца, гидравлически соединённого с источником подачи рабочей среды, элементы изменения параметров рабочей среды выполнены в виде снабжённого винтовым механизмом гидравлического пресса с ручным приводом, на выходе которого установлен воздушный клапан, а ёмкость снабжена контрольным манометром и сливным вентилем.
Известен стенд мобильный для испытания и настройки предохранительных клапанов, поршневых и плунжерных насосов по патенту №186483, содержащий насос ручной гидравлический, ёмкость и образующую вместе с присоединённой системой к ней гидравлической арматурой систему контролируемого нагружения клапана рабочей средой, снабжённую присоединительной арматурой, а конструкция стенда выполнена в мобильном исполнении на передвижной раме с подключением линии нагнетания к блоку насоса с вмонтированным предохранительным клапаном, при этом, элементы измерения параметров рабочей среды в виде плунжерного гидравлического насоса с ручным приводом, на выходе которого установлен контрольный манометр и сливной вентиль.
Недостатки вышеуказанных аналогов:
- конструкция этих стендов позволяет производить настройку изделия только в пределах 0,1 МПа до 2,0 МПа;
- невозможно использование этих стендов для испытания судовых гидроприводов без принципиальных переделок конструкции, особенно в условиях стапельной линии.
Известен стенд для испытания гидродвигателей прямолинейного возвратно-поступательного движения по авторскому свидетельству №257827. Стенд снабжён настраиваемой пневмосистемой, которая через пневмогидроаккумулятор связана трубопроводами, регулирующими вентилями с гидравлической системой стенда. Это позволяет создать требуемый закон изменения давления, соответствующий условиям эксплуатации.
Для сглаживания пульсаций давления рабочей жидкости, вызванных работой насоса высокого давления, и для плавного срабатывания испытуемых агрегатов в гидросистеме установлены три мембранных шаровых пневмогидроаккумулятора.
Таким образом, указанный стенд включает кроме испытуемого цилиндра, рабочий гидроцилиндр, насосную станцию, бак, контрольно-измерительную и регулирующую аппаратуру, гидроаккумуляторы, фильтры, аппаратуру электроуправления. Кроме того, с целью создания требуемого закона изменения давления стенд имеет настраиваемую пневмосистему с пневмогидроаккумулятором, связанную с гидравлической системой стенда.
Недостатки изобретения:
- стенд не может быть использован для испытания и регулировки судовых гидроприводов на стапельных линиях без принципиальных переделок конструкции;
- конструкция стенда и его эксплуатация подпадают под положения «Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» (ПБ 03-576-03), что создаёт дополнительные сложности при проведении работ;
- в конструкции стенда отсутствует система очистки рабочей жидкости;
- в конструкции стенда отсутствует система изменения направления потока рабочей жидкости в испытуемом изделии.
Несмотря на указанные недостатки, изобретение по авторскому свидетельству №257827 является наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и поэтому принято за прототип.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка технологичного, простого в эксплуатации сравнительно недорогого стенда для испытания гидроприводов высокого давления прямолинейного возвратно-поступательного движения, работающего в зоне стапеля и обеспечивающие гидравлические испытания внутренним давлением и регулировкой судовых и других гидроприводов при значительном сокращении трудоёмкости испытаний, материальных ресурсов и улучшение качества, и соответственно, увеличение моторесурса выпускаемых изделий.
Основной технический результат, благодаря которому обеспечивается выполнение поставленной задачи, происходит за счёт распределения рабочего объёма воздухозаборника в трубопроводах.
Дополнительный технический результат по п. 2 формулы происходит за счёт введения системы изменения направления рабочего потока жидкости в испытуемом изделии.
Получение указанного технического результата обеспечивается в предлагаемом стенде для испытания гидроприводов высокого давления прямолинейного возвратно-поступательного движения, включающем бак, насосные станции, фильтры, настраиваемую систему с пневмогидроаккумулятором, связанную трубопроводами с гидравлической системой стенда, а также контрольно-измерительную и регулирующую аппаратуру. Кроме того, стенд оборудован системой наполнения воздухозаборника сжатым воздухом высокого давления, выполненной из труб с внутренним диаметром не менее 150 мм, которые последовательно соединены и смонтированы в виде блока, имеющего форму параллелепипеда. При этом внутренний объём воздухозаборника определяется в зависимости от суммы внутреннего испытуемого объёма изделия и объёмов пневматических камер пневмогидроаккумулятора, а система продувки испытуемого изделия сжатым воздухом подключена к напорному трубопроводу параллельно системе наполнения воздухозаборника, которая через пневматическую камеру пневмогидроаккумулятора соединена с гидравлической напорной линией стенда, между системой наполнения воздухосборника и пневматической камерой пневмогидроаккумулятора установлен электроконтактный манометр, а за гидравлической камерой пневмогидроаккумулятора на гидравлической напорной линии стенда также установлен электроконтактный манометр, а напорная и сливная гидравлические линии соединены трубопроводом-перемычкой, на котором установлен запорный кран.
В частном случае стенд оборудован системой для изменения направления рабочего (нагнетательного) потока, состоящей из трубопроводов, соединённых в замкнутый четырёхугольник, на каждой стороне которого установлено по одному запорному крану, а к трубопроводам четырёхугольника диагонально попарно подключены трубопроводы «нагнетание – слив» и «вход – выход» испытуемого изделия.
Система наполнения воздухозаборника сжатым воздухом высокого давления из систем ВВД предприятий, выполненная из труб с внутренним диаметром не более 150 мм, которые последовательно соединены и смонтированы в виде блока, имеющего форму параллелепипеда, и поэтому не подпадает под положение «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» (ПБ 03-576-03), а, следовательно, не подлежит регистрации и поверкам, как сосуд высокого давления в Ростехнадзоре. Предлагаемая конструкция воздухозаборника в виде блока оптимально вписывается в габариты стенда и гарантированно обеспечивает его безопасную работу.
Система продувки испытуемого изделия сжатым воздухом давлением 0,5÷1,0 МПа, подключённая параллельно системе наполнения воздухосборника к напорному трубопроводу, упрощает конструкцию стенда, а также обеспечивает его безопасную эксплуатацию.
Между системой наполнения воздухосборника и пневматической камерой пневмогидроаккумулятора установлен электроконтактный манометр. Такой же электроконтактный манометр установлен за гидравлической камерой пневмогидроаккумулятора на гидравлической напорной линии стенда. Такая взаимная установка электроконтактных манометров позволяет осуществить в автоматическом режиме более тонкую и безопасную регулировку требуемого закона изменения давления в испытуемом изделии за счёт соответствующих изменений уставок в каждом электроконтактном манометре.
Напорная и сливная гидравлические линии соединены трубопроводом–перемычкой, на котором установлен запорный кран. Это позволяет производить очистку рабочей жидкости фильтрами стенда до необходимой чистоты перед началом испытаний и регулировок испытуемого изделия, что обеспечит чистоту рабочей полости испытуемого изделия.
Система для изменения направления рабочего потока, состоящая из трубопроводов с запорными кранами, соединённая в замкнутый четырёхугольник, обеспечивает изменение направления потока рабочей жидкости в испытуемом изделии без перестановки напорного и сливного трубопроводов в испытуемом изделии.
Сущность и работа стенда поясняются фиг. 1 и 2.
Стенд для испытания гидроприводов высокого давления прямолинейного возвратно-поступательного движения для регулировки и испытания гидравлических устройств в области машиностроения и судостроения представляет собой комплекс пневмогидравлического, электрического оборудования, аппаратуры управления, контрольно-измерительных приборов (КИП) и трубопроводов, смонтированных в закрытом помещении. Рабочая жидкость для регулировки и испытания гидравлических устройств – жидкость ПГВ ГОСТ 25821-83. Помещение стенда собрано на стальном  сварном каркасе, который зашит съёмными панелями из листовой стали с тепло– и звуковой изоляцией. Для крепления оборудования, арматуры, КИП, трубопроводов внутри помещения расположены рамы, опоры, кронштейны, фундаменты. Для осуществления подъёмно-транспортных операций стенд оснащён грузовыми рымами.
Принципиальная пневмогидравлическая схема стенда фиг. 1 включает в себя следующее основное оборудование и системы:
- бак 1;
- гидравлическая система для заполнения бака 1 и слива рабочей жидкости с насосом 2;
- гидравлическая система для регулировки и испытания испытуемого изделия с насосом 3;
- система для изменения направления рабочего потока жидкости в испытуемом изделии с замкнутыми трубопроводами четырёхугольником 4 (фиг. 1);
- система наполнения рабочей жидкости с трубопроводом-перемычкой 5;
- система наполнения воздухосборника 6 (фиг. 1 и фиг. 2) сжатым воздухом от системы ВВД предприятия;
- система продувки испытуемого изделия сжатым воздухом 7 давлением 0,5÷1 МПа от системы подачи ВВД предприятия (фиг. 1);
- настраиваемая система с пневмогидроаккумуляторами 8, 9 (фиг. 1 и фиг. 2) и электроконтактными манометрами 10, 11.
Бак 1 выполняет функцию расходного бака. Изготавливается в герметичном исполнении из листовой стали, оснащён уровнемерами 12, 13 и контрольными стёклами 14, 15. На баке также установлены предохранительный клапан 16 и термодатчик 17.
Гидравлическая система заполнения бака 1 и слива рабочей жидкости включает в себя насос 2, запорные краны 18, сливные краны 19, обратный клапан 20, фильтр 21.
Гидравлическая система для регулировки и испытания испытуемого изделия имеет насос 3, запорный кран 22, фильтр 23, обратный клапан 24, предохранительный клапан 25, запорные краны 26, 27, трёхходовой кран 28, невозвратно-управляемые клапаны 29, 31, быстроразъёмные соединения (БРС) 30, трёхходовой кран 32, фильтры 33.
Система для изменения направления рабочей жидкости в испытуемом изделии представляет конструктивно замкнутый четырёхугольник 4, собранный из трубопроводов одинакового сечения, на каждом из которых установлен запорный кран 34. Система эта соединена со сливным и напорным трубопроводами через БРС 30 (фиг.1).
Система очистки рабочей жидкости с трубопроводом–перемычкой (фиг. 1) состоит из трубопровода 5, на котором установлен запорный кран 35. Трубопровод-перемычка соединён с напорным и сливным трубопроводами стенда.
Система наполнения воздухосборника 6 сжатым воздухом высокого давления систем воздуха высокого давления (ВВД) предприятия выполнена из труб 36 с внутренним диаметром «D» не более 150 мм, которые последовательно соединены и смонтированы в виде блока 37 в форме параллелепипеда. Система наполнения воздухосборника 6 (фиг. 1) состоит из запорного крана 38, обратного клапана 39, регулировочного вентиля 40, предохранительных клапанов 41, спускного крана 42, электроконтактного манометра 10, контрольного манометра 43. Внутренний объем воздухосборника 6 определяется в зависимости от суммы внутреннего испытуемого объёма изделия и объёмов пневматических камер пневмогидроаккумуляторов 8, 9. Количество предохранительных клапанов 41 для безопасной системы ВВД принимается не менее трёх.
Система продувки испытуемого изделия сжатым воздухом 7 давлением 0,5÷1,0МПа от систем подачи сжатого воздуха предприятия включает в себя запорный кран 44, обратный клапан 45, спускной кран 46, контрольные манометры 47, предохранительный клапан 48, запорный кран 49.
Настраиваемая система имеет пневмогидроаккумуляторы 8, 9 и электроконтактные манометры 10, 11. Эта система позволяет осуществить в автоматическом режиме любую конкретную регулировку требуемого закона изменения давления в испытуемом изделии за счёт соответствующих изменений уставок в электроконтактных манометрах 10, 11. Данная система через запорные краны 50, 51, 54, 55 и пневмогидроаккумуляторы 8, 9 соединяет воздухосборник сжатого воздуха высокого давления с напорной гидравлической линии стенда. Эта система оснащена также контрольными манометрами 52 и сливными устройствами 53.
Пневмогидравлическая схема фиг. 1 предлагаемого стенда обеспечивает его работу в следующих режимах:
- заполнение и слив рабочей жидкости расходного бака 1;
- внутреннюю промывку стенда и очистку рабочей жидкости на «себя»;
- заполнение воздухосборника сжатым ВВД;
- продувку испытуемого и регулируемого изделия сжатым воздухом давлением 0,5÷1,0 МПа;
- подготовку к работе пневматических и гидравлических камер пневмогидроаккумуляторов;
- порядок работы испытаний и регулировки испытуемых изделий.
Заполнение рабочей жидкостью расходного бака.
Исходное положение: Все запорные краны закрыты.
Заполнение рабочей жидкостью расходного бака 1 обеспечивается открытием запорных кранов 18 и включением насоса 2.
Наполнение рабочей жидкостью расходного бака 1 до нужного уровня контролируется уровнемерами 12, 13 и визуально – через контрольные стёкла 14, 15. Контроль температуры рабочей жидкости осуществляется термодатчиком 17.
Внутренняя промывка стенда и очистка рабочей жидкости на «себя».
Исходное положение: Все запорные краны закрыты.
Внутренняя промывка стенда и очистка рабочей жидкости на «себя» обеспечивается открытием запорных кранов 22, 26, 27, 35, трёхходовых кранов 28 и 32, и включением насоса 3. Эта операция контролируется путём отбора проб рабочей жидкости через сливное устройство 56, манометрами 57 и термометром 17.
Заполнение воздухосборника ВВД.
Исходное положение: Все запорные краны, регулировочные вентили, спускные краны, закрыты. Насосы отключены.
Заполнение воздухосборника ВВД осуществляется открытием запорного крана 38 от системы ВВД предприятия и регулировочного вентиля 40. Контроль заполнения воздухосборника осуществляют по манометру 43.
Продувка испытуемого и регулируемого изделия.
Исходное положение: Все запорные краны, регулировочные вентили, спускные краны, закрыты.
Продувка испытуемого и регулируемого изделия, в соответствии с технологическим процессом, производится сжатым воздухом давлением 0,5÷1,0 МПа путём открытия запорных кранов 44, 49 и разъединения БРС 30 на сливном трубопроводе, при этом, противоположно установленные запорные краны 34 должны быть попарно открыты и закрыты в зависимости от направления продувки регулируемого изделия. Контроль продувки изделия осуществляется манометрами 47, а слив конденсата из трубопровода – спускным краном 46.
Подготовка к работе пневматических и гидравлических камер, пневмогидроаккумуляторов.
Воздухосборник 6 заполнен ВВД, расходный бак заполнен рабочей жидкостью, все запорные краны, регулировочные вентили, спускные краны закрыты, насосы 2, 3 отключены. Производится подготовка к работе пневматических и гидравлических камер, пневмогидроаккумуляторов ПГА 8, 9. При заполнении ПГА 8 производят настройку уставки электроконтактного манометра 10 на давление срабатывания, указанное в руководстве по эксплуатации ПГА 8, при начальном наполнении пневматической камеры. Открывают запорный кран 50 и доводят давление в пневматической камере до величины срабатывания электронного контакта уставки электроконтактного манометра 10. Контроль давления осуществляют также манометрами 43, 52. Запорный кран 50 закрывают.
При заполнении гидравлической камеры ПГА 8 произвести настройку электроконтактного манометра 11 на давление срабатывания, указанное в руководстве по эксплуатации ПГА 8, при начальном заполнении гидравлической камеры рабочей жидкостью. Открыть запорные краны 22, 26, 54. Включить насос 3. При достижении давления рабочей жидкости, равного значению уставки электроконтактного манометра 11, насос 3 автоматически остановится. Выпустить из гидравлической камеры воздух штатным запорным краном ПГА 8. Кран 54 закрыть.
При заполнении ПГА 9 производят настройку уставки электроконтактного манометра 10 на давление срабатывания указанное в руководстве по эксплуатации ПГА 9 при начальном наполнении пневматической камеры. Открыть запорный кран 51 и довести давление ВВД в пневматической полости до величины срабатывания электронного контакта уставки электроконтактного манометра 10. Контроль давления осуществлять также по манометрам 43 и 52. Запорный кран 51 закрыть. Затем произвести настройку электроконтактного манометра 11 на давление срабатывания, указанное в руководстве по эксплуатации ПГА 9, при начальном заполнении рабочей жидкостью гидравлической камеры ПГА 9. Открыть краны 22, 26, 55. Включить насос 3. При достижении давления рабочей жидкости в гидродинамической камере, равного значения уставки электроконтактного манометра 11, насос 3 автоматически остановится. Выпустить воздух из гидравлической камеры штатным запорным краном ПГА 9. Кран запорный 55 закрыть.
Испытание и регулировка испытуемого изделия проводят при следующем исходном положении:
- все клапаны и запорные краны закрыты;
- насосы 2 и 3 отключены;
- воздухосборник 6 заполнен ВВД в объёме и давлении, соответствующим технологическому процессу;
- пневмогидроаккумуляторы 8 и 9 заполнены рабочей жидкостью и ВВД под давлением, соответствующим технологическому процессу;
- испытуемое изделие заполнено рабочей жидкостью.
Произвести настройку уставки электроконтактного манометра 11 в диапазоне давлений – наибольшее давление (на выключение насоса 3) и наименьшее давление (на включение насоса 3). Диапазон давлений определяется в соответствии с технологическим процессом на испытание и регулировку испытуемого изделия.
Открыть запорные краны 22, 26, 27, 28, клапаны 29 и 31 переключить в положение «невозврат».
Открыть запорные краны в следующей последовательности 50, 51, 54, 55 рабочая жидкость из ПГА 8 и ПГА 9 поступает в испытуемое изделие. Контроль давления рабочей жидкости осуществляется электроконтактным манометром 11 манометрами 57, уровень жидкости в баке 1 датчиками уровня 12, 13, контрольными стёклами 14, 15, температуры рабочей жидкости индикацией на дисплее от датчика температуры 17.
При падении давления в системе и испытываемом изделии до нижнего значения уставки, кратковременно срабатывает звуковая, и световая сигнализация, автоматически включается насос 3, а при достижении давления верхнего значения уставки, кратковременно срабатывает звуковая и световая сигнализация, насос 3 автоматически останавливается и переходит в режим ожидания. Потенциальная энергия рабочей жидкости от заряженных ПГА 8 и ПГА 9 передаётся на испытуемое изделие и производится следующий цикл испытаний. После окончания испытаний изделия отключить насос 3.
Таким образом, конструкция заявляемого стенда обеспечивает компактность и транспортабельность в условиях стапеля, безопасную и сравнительно простую эксплуатацию при использовании в работе сжатого ВВД, очистку, при необходимости, рабочей жидкости и изменение направления потока рабочей жидкости в испытуемом изделии без перестановки трубопроводов.
Система для изменения направления потока рабочей жидкости состоит из одинаковых трубопроводов, соединённых в замкнутый четырёхугольник 4, на каждой стороне которого установлено по запорному крану 34, а к трубопроводам четырёхугольника 4 диагонально попарно подключены трубопроводы «нагнетание – слив» и «вход – выход» испытуемого изделия.
В зависимости от направления промывки изделия запорные краны 34 противоположно расположенные друг другу должны быть попарно открыты, а другая пара – закрыты.