СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ТОПЛИВНЫХ ФОРСУНОК

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности к области испытания агрегатов топливных систем двигателей внутреннего сгорания (ДВС), а более конкретно к стендам для испытаний топливных форсунок авиационных газотурбинных двигателей (ГТД).
Известен стенд для испытания топливных систем ДВС, содержащий: измерительную емкость, установленную на весы, напорную и сливную магистрали, краны, регистратор (Леонтьев В.Н., «Испытание авиационных двигателей и их агрегатов», М., Машиностроение, 1976 г.).
Недостатками известных стендов являются: сложность конструкции - применение рычажных весов с измерительной емкостью и соединение ее с напорной и сливной магистралями, низкая технологическая точность измерения расхода, так как измерительная емкость установлена на весы, которые под воздействием факторов окружающей среды (вибрация, температура, давление), а также из-за погрешностей взвешивания (отсчет времени, емкости), не обеспечивают необходимой точности измерений. Стенд требует больших трудозатрат при испытаниях, и, как следствие, низкую производительность, ввиду сложности автоматизации обработки результатов.
Известен также стенд для испытаний топливных коллекторов (патент РФ №101738, 02.09.2010 г., МПК F02M 65/00), который отличается тем, что в магистрали слива топлива от одной из форсунок смонтирован измерительный канал с датчиком массового расхода, который подключен к входу системы управления, к другому входу которой подключен датчик давления топлива на входе в коллектор, причем к одному выходу системы управления подключен блок индикации и регистрации параметров измерения расхода испытываемой форсунки, а к другому выходу - электропривод сливного вентиля, который принят нами за прототип.
Недостатки прототипа: регулирование давления топлива перед форсункой, которое зависит от количества, подаваемого от насоса на вход форсунки топлива, производится за счет слива избыточного количества его в сливную магистраль, так как используется насосный агрегат постоянной производительности. Это приводит к излишним затратам электроэнергии и износу насоса, так как он постоянно работает на максимальной производительности. Стенд требует больших трудозатрат при испытаниях, и, как следствие, низкую производительность, так как требует ручного регулирования давления с помощью сливного вентиля.
Задачей полезной модели является повышение технологической точности регулирования давления топлива перед форсункой, упрощение конструкции стенда, автоматизация процесса испытаний, повышение производительности и удобства эксплуатации стенда, экономия электроэнергии, увеличение срока эксплуатации насосного агрегата.
Решение задачи достигается тем, что электродвигатель насосного агрегата оборудован частотным преобразователем, к входу которого подключено выходное устройство регулятора, а к входному устройству последнего подключен датчик давления топлива на входе в форсунку.
Кроме того, стенд может быть дополнительно снабжен программатором, к входу которого подключен задатчик номера испытываемой форсунки, а выход подключен к дополнительному входу регулятора.
На чертеже представлена схема устройства стенда для испытаний топливной форсунки.
Стенд содержит узел 1 для крепления проверяемой форсунки 2. Топливо подводится к форсунке гибким трубопроводом 3, а для слива из форсунки предусмотрен приемник топлива 4. В подводящей топливо измерительной магистрали 5 установлен датчик 6 измерения расхода топлива, который подключен к блоку 7 регистрации и отображения информации. Стенд оборудован системой подачи топлива, которая включает насосный агрегат 8, предохранительный клапан 9, вентиль напорный 10. Стенд снабжен также датчиком 12 измерения давления на входе в форсунку 2. Электродвигатель насосного агрегата 8 оборудован частотным преобразователем 14, к входу которого подключено выходное устройство 15 регулятора 16, а к входному устройству 17 последнего подключен датчик 12 давления топлива на входе в форсунку 2.
Целесообразно, чтобы в качестве регулятора был использован пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор (ПИД-регулятор).
Для того чтобы при испытаниях нескольких наименований разных форсунок повысить производительность работы на стенде, он может дополнительно быть снабжен программатором 18 к входу которого подключен задатчик 19 номера испытываемой форсунки 2, а выход подключен к дополнительному входу регулятора 16.
Стенд работает следующим образом.
Проверяемую форсунку 2 устанавливают на узел 1 и подключают гибкий трубопровод 3 подачи топлива. Включают насосный агрегат 8, который начинает подавать топливо в напорную магистраль 5, с плавным ростом оборотов и подачи топлива, обеспечиваемым частотным преобразователем 14. При открытом вентиле 10 топливо подается в форсунку 2 по гибкому трубопроводу 3. Из полости форсунки 2 топливо сливается вниз в приемник 4, а датчик давления 12 должен показывать давление топлива на входе в форсунку 2. Давление топлива перед форсункой 2 создается за счет гидравлического сопротивления в результате распыления и завихрения топлива в каналах форсунки 2, при условии подачи на вход форсунки 2 определенного количества топлива от насоса 8. Затем регулятором 16 устанавливают необходимое по технологическому процессу для данной форсунки давление. Так как датчик давления подключен к входному устройству регулятора 16, то автоматически корректируется подача топлива на вход форсунки 2. Таким образом, реализована схема управления подачей топлива с обратной связью по давлению. Расход топлива регулируется путем изменения оборотов электродвигателя насосного агрегата 8. В случае отклонения давления от заданного, регулятор 16, по заложенной в нем программе, с помощью частотного преобразователя 14, корректирует обороты электродвигателя насосного агрегата 8, тем самым уменьшая или увеличивая подачу топлива, таким образом, чтобы давление на входе в коллектор, по показаниям датчика 12, соответствовало техническим условиям на изделие и технологическому процессу испытаний топливной форсунки 2. Датчик 6 фиксирует массовый расход топлива в единицу времени через данную форсунку 2, и передает полученную информацию в блок индикации и регистрации 7. На этом испытания топливной форсунки заканчиваются.
В случае, если на стенде испытываются несколько наименований форсунок для разных изделий или узлов, то целесообразно использовать систему автоматической установки параметров давления, соответствующих испытываемой форсунке, и тем самым повысить производительность работы на стенде. При этом на задатчике 19 набирают номер испытываемой форсунки, и программное устройство 18 закладывает в регулятор соответствующие параметры давления топлива перед форсункой, а регулятор 16 с помощью частотного преобразователя 14, устанавливает обороты насосного агрегата 8, которые обеспечивают требуемую подачу топлива.
Таким образом, применение в стенде системы управлении подачей топлива с частотным преобразователем и регулятором, с обратной связью по давлению, позволяет автоматизировать процесс испытаний - снятия характеристик каждой форсунки, и обеспечивает значительную экономию электроэнергии, так как насосный агрегат работает в режиме необходимой подачи. Использование в качестве регулятора современного ПИД-регулятора, позволяет обеспечить высокую точность работы канала обратной связи по давлению. Применение системы автоматического программирования регулятора путем установки технологических параметров (давления) заданной форсунки, вместо ручной установки, значительно ускорит процесс испытаний.