Устройство для испытания деталей турбомашин

Устройство для испытаний деталей турбомашин
Полезная модель относится к испытательной технике, в частности, к устройствам испытаний деталей турбомашин (дисков, проставок ротора, уплотнений между статором и ротором) и проведения экспериментальных исследований этих деталей на прочность и износостойкость. Полезная модель может быть использована для разработки конструкций уплотнений и новых технологий создания конструкций деталей турбомашин из разных материалов в авиадвигателестроении, энергетике и других отраслях машиностроения.
Известно устройство для испытаний деталей турбомашин, описанное в №5 за 1990г. журнала «Проблемы прочности, стр. И 6-119. Описанное, устМ. кл. 7:G01 М 13/00
ройство содержит испытательную камеру с нагревателями, блоком датчиков температур и подшипникоюй опорой, систему нагрева, устройство ввода информации, систему управления частагой вращения, токосъемное устройство, вакуумный насос, привод, регулирующей дроссель, при этом выход устройства ввода информации соединен со входом системы нагрева, выходы которой соединены с нагревателями, вход устройства ввода информации соединен с датчиком частоты вращения, выход системы управления частотой вращения соединен со входом привода, выход которого соединен с подщишшкоюй опорой, причем вход токосъемного устройства соединен с блоком детчиков температур, вакуумный насос с испытательной камерой.
С помощью данного устройства проводятся испьпания деталей турбомащин на прочность и долговечность.
Недостатком данного устройства является то, что оно не обеспечивает испытания деталей турбомащин на износостойкость.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является устройство испытаний деталей турбомащин, описанное в свидетельстве на полезную модель Устройство для термоциклических и разгонных испытаний дисков турбомашин J4o27705, кл. G01M 13/00 от 2003г. Описанное устройство для испытаний деталей турбомашин, содержащее вакуумную бронекамеру с крыщкой, цапфой, аэродинамическими соплами, подшипниковой опорой, индукторами, датчиком температуры среды и блоком датчиков температур, локальные системы нагрева диска, локальные системы управления нагревом диска, устройство ввода информации,
систему управления частотой вращения, датчик частоты вращения, токосъемное устройство, локальные системы управления охлаждением диска, вакуумный насос, электропривод, при этом выходы устройства ввода информации соединены соответственно со входами локальных систем управления нагревом диска, выходы которых - соответственно со входами локальных систем нагрева диска, а выходы локальных систем нагрева диска соединены с индукторами, причём выходы устройства ввода информации соединены со входами локальных систем управления охлаждением диска и системы управления частотой вращения, вход устройства ввода информации - с датчиком частоты вращения, выход системы управления частотой вращения соединен со входом электропривода, выход которого соединен с подшипниковой опорой, а вход токосъемного устройства соединен с блоком датчиков температур, выходы локальных систем управления охлаждением диска соединены с аэродинамическими соплами, вакуумный насос - с вакуумной бронекамерой, дополнительно снабжено компрессором, ресивером, системой подогрева охлаждающего воздуха, регулирующими дросселями, системой управления подогревом охлаждающего воздуха, блоком допустимых перепадов температур, вакуумная бронекамера снабжена патрубком, последовательно установленными демпферной защитой, внешним экраном, внутренним экраном с сигнализатором разрушения, а в цапфе выполнены отверстия, при этом компрессор, первый регулирующий дроссель, ресивер, второй  we
-3гулирующий дроссель, система подогрева охлаждающего воздуха, третий
регулирующий дроссель, патрубок последовательно соединены, вход системы управления подогревом охлаждающего воздуха соединен с выходом устройства ввода информации, а выход - со входом третьего регулирующего дросселя, причем входы блока допустимых перепадов температур связаны со входом токосъемного устройства и с датчиком температуры среды, выход блока перепадов температур со входом устройства ввода информации, а выход токосъемного устройства соединен со входом блока допустимых перепадов температур.
С помощью данного устройства проводятся испьпвния деталей турбомащин на прочность и долговечность.
Недостатком данного устройства является то, что оно не обеспечивает испытаний деталей турбомащин на износостойкость.
В предложенной авторами полезной модели решается задача проведения испытаний деталей турбомашин на износостойкость.
Поставленная задача рещается тем, что устройство для испытаний деталей турбомашин, содержащее испытательную камеру с нагревателями, блоком датчиков температур и подшипниковой опорой, ресивер, систему нагрева, устройство ввода ршформации, систему управления частотой вращения, токосъемное усгройсгю, вакуумный насос, привод, регулирующий щххооль, при этом выход устройства ввода информации соединен со входом системы нагрева, выходы которой соединены с наШ51)В
-4гревателями, вход устройства ввода информации соединен с датчиком частоты вращения, выход системы управления частотой вращения соединен со входом прршода, выход которого соединен с подшинниковой опорой, причем вход токосъемного устройства соединен с блоком датчиков температур, вакуумный насос с испытапгельной камерой, а выход компрессора со входом ресивера, снабжено подвижным узлом перемещения и нафужения испьпуемой детали и пневмоклапаном, причем выходы устройства ввода информации соединены со входом пневмоклапана, входом системы управления частотой вращения, выходом токосьемного устройства, а также с входом датчика частоты вращения, причем выход ресивера соединен со входом пневмоклапана, выход копюрого - с пневмоцилиндром, а подвижный узел перемещения и нафужения испытуемой детали содержит жестко соединенный с испытательной камерой пневмоцилиндр, шток которого снабжен роликом, вьшолненным с возможностью перемещения подвижной направляющей, выполненной с эксцентриситетом.
Устройство может быть снабжено видеокамерой, вход и выход которой соответственно соединены с выходом и входом устройства ввода информации. Нагреватели могут быть расположены внутри полой детали турбомашины.
На фигуре показано устройство для испытаний деталей турбомашин.
Устройство для испытаний деталей роторов и их уплотнений, содержит испытательную камеру 1 с нагревателями 2, блоком 3 датчиков температур и подишпниковой опорой 4, систему нагрева 5, устройство 6 ввода информации, систему 7 управления частотой вращения, датчик 8 частоты щэащения, токосъемное устройство 9, вакуумный насос 10, привод 11, регулирующий дроссель 12, ресивер 13, компрессор 14, пневмоклапан 15, подвижный узел 16 перемещения и нагружения испытуемой детали, видеокамера 17, зфкала (на чертеже не показаны).
Подвижный узел 16 перемещения и нафужения испытуемой детали состоит из жестко соединенного с испытательной камерой 1 пневмоцилиндра 18, ппок 19 которого снабжен роликом 20, перемещаемым подвижную направляющую 21с профилированным кулачком и с испытуемой деталью (уплотнением), неподвижная направляющая 22, пружршы 23.
Выходы устройства 6 ввода информации соединены со входом пневмоклапана 15, входом системы 7 управления частотой вращения, входом видеокамеры и выходом токосьемного устройства 9, входом датчика 8 частоты вращения, причем выход ресивера 13 соединен со входом пневмоклапана 15, выход которого - с пневмоцилиндром 18, пружины 23 присоединены к подвижной направляющей 21 и к неподвижной направляющей 22. Ролик 20 имеет возможность перемещения по поверхности неподвижной направляющей 22.
Подвижная направляющая и уплотнение или проставка ротора могут быть выполнены с эксцентриситетом.
Устройство для испытаний деталей турбомашин работает следующим образом.
Перед испытаниями для обеспечения программы испытаний с заданными значениями осевой нагружающей силы F и перемещения L с помощью тарировочных экспериментов определяются требуемые значения давления воздуха в ресивере, времени контакта (деталей ротора и статора), силы натяiM)5l)%f -6жения F,i пружин и силы нагружения Fp со стороны ролика 20 с выполнением соотношения  - Fn.
Испытуемое уплотнение (на чертеже не обозначено) устанавливается на подвижную направляющую 21 устройства 16 перемещения и нагружения (статорного узла). Ротор с испытуемой проставкой (на чертеже не обозначены) и с блоком 3 датчиков температур устанавливается на подшипниковую опору 4. Внутри полого ротора на разных радиусах устанавливаются нагреватели 2 и подключаются к системе 5 нагрева.
В устройство 6 ввода информации вводится профамма испытания испытуемых деталей: максимальные значения частоты вращения и температуры ротора и другие параметры.
Перед проведением испытаний: включается компрессор 14, открывается регулирующий дроссель 12 и подается воздух в ресивер 13 через регулирующий дроссель 12 и достигается заданное давление в ресивере 13.
Привод 11 и систему 5 нагрева подключают к соответствующим источникам питания ( на чертеже не показаны). Включают вакуумный насос 10 и с его помощью откачивается воздух из испытательной камеры 1.
Сигнал с выхода устройства 6 ввода информации подается на систему 7 управления частотой вращения, с выхода системы 7 управления частотой вращения - на вход привода 11. Привод 11 через подшипниковую опору 4 начинает вращать ротор. С датчика 8 частоты вращения в устройство 6 ввода информации поступает сигнал. С блока 3 датчиков температуры сигналы через токосьемное устройство 9 поступают на входы устройства 6 ввода информации.
С помощью привода 11 устанавливается минимальная частота вращения и с помощью нагревателей 2 нагревается вращающийся ротор до заданной максимальной температуры. Увеличивается частота вращения до заданного максимального значения.
Из устройства ввода информации подается сигнал в видеокамеру 17 на ее включение. Затем подается сигнал из устройства 6 ввода информации в пневмоклапан 15. Пневмоклапан 15 срабатывает и сжатый воздух с заданным давлением поступает из ресивера 13 в пневмоцилиндр 18. Поршень (на чертеже не обозначен) в пневмоцилиндре 18 начинает перемещаться и перемещает шток 19. Ролик 20, соединенный со штоком 19, также начинает перемещаться по поверхности неподвижной составляющей 22 и перемещает через профилированный кулачок подвижную направляющую 21 в осевом направлении. При перемещении подвижной направляющей 21 преодолевается сила РП натяжения пружин. Испытуемое уплотнение перемещается и прижимается к вращающейся  ротора с силой F. Перемещение уплотнения зависит от деформации уплотнения и проставки ротора, величины их истирания или разрушения и не превышает заданного значения L. Контактное взаимодействие продолжается заданное время (заданное количество оборотов истирания) и прекращается после того, когда ролик 20 переместится за профилированный кулачок подвижной составляющей 21. Шток 19 с
роликом 20 остановится, когда поршень дойдет до упора (на чертеже не обозначен). После испытания записанная видеоинформация передается в устройство 6 ввода информации. По результатам испытаний и регистрации процесса истирания с помощью видеокамеры 17 исследуется прочность и истирание уплотнения и проставки ротора и разрабатываются оптимальные конструкции уплотнений и проставок.
iw3w
Видеокамера 17 может быть установлена на безопасное расстояние (например, снаружи испытательной камеры 1) для защиты ее от осколков, образованных при соприкосновении деталей ротора и уплотнения и изображение состояния испытуемых деталей может передаваться через зеркала, расположенные вблизи указанных деталей.
В предлагаемом устройстве в качестве системы нагрева может использоваться система индукционного нагрева, в качестве нагревателей - индукторы или устройства подачи нагретого воздуха, датчиков температур - термопары, устройства ввода информации - автоматизированная компьютерная система, в качестве привода - электропривод, токосьемного устройства ртутный токосьемник, видеокамеры- высокоскоростная видеокамера.
Предлагаемое устройство позволяет проводить поузловые испытания деталей турбомашин на износостойкость. Это приводит к сокращению сроков испытаний, снижению стоимости испытаний, сокращению времени разработки оптимальной конструкции уплотнений и других деталей турбомашин по сравнению с их испытаниями в составе полноразмерного двигателя.
змып
-10Форл ла