Стенд для испытаний гидравлических моторов и насосов с рекуперацией энергии

Полезная модель относится к области гидропривода, а именно к ресурсным испытаниям гидравлических моторов и насосов с рекуперацией энергии и может быть использовано на заводах изготовителях данных гидромашин.
Существует множество   схем для испытания гидравлических моторов и насосов рассмотрим не которые из них.
Известен метод инерционного нагружения испытываемого гидромотора, а также стенд для их проведения. [Патент RU № 41812, МПК F04B 51/00, опубл. 2004.11.10].
Схема стенда состоит из следующих элементов: насос; всасывающая, напорная и сливная линии; бак; фильтр; предохранительный и обратный клапаны; маховик; тормоз; измерительная система; датчик частоты вращения маховика; модуль ввода; вычислительное устройство; гидромотор;  манометры.
Стенд работает следующим образом: при включении питания электродвигателя, энергия его вращающегося вала передается на вал насоса, которая передается рабочей жидкости. Рабочая жидкость возрастающим расходом идет через гидромотор, убывающим - через предохранительный клапан. Энергия рабочей жидкости, преобразованная гидромотором в энергию вращения его вала, передается на маховик, который под действием передаваемого крутящего момента разгоняется. Момент сопротивления разгона маховой массы создает нагрузку на испытуемой гидравлической машине до тех пор, пока частота вращения ее вала не достигнет номинального значения (который соответствует номинальной частоте вращения основного привода стенда (допустим, асинхронного двигателя)). Во время разгона маховой массы сигналы с датчика частоты вращения маховика поступают через модуль ввода  на вычислительное устройство, которое регистрирует частоту вращения и определяет продолжительность разгона. На основании предложенной теории и по экспериментальным данным создается возможность расчета рабочих характеристик испытуемого гидромотора.
Использование рассматриваемой схемы упрощает испытательный стенд и позволяет получать информацию о техническом состоянии гидравлических моторов после их ремонта. Несмотря на очевидные преимущества данной схемы, можно отметить и недостаток, связанный с использованием тормоза в качестве нагрузочного элемента системы при проведении обкатки испытуемого гидромотора после его ремонта, что значительно увеличит затраты энергии на проведение данного процесса. Данное обстоятельство, с точки зрения энергоэффективности, делает предлагаемый стенд узкоспециализированным оборудованием, использование которого целесообразно для диагностики состояния технических характеристик испытуемого гидравлического мотора.
Все большее распространение получают реверсивные обратимые гидравлические машины, на основе которых гидравлические приводы позволяют плавно изменять как величину, так и направление угловой скорости вращения выходного вала гидромотора в процессе его эксплуатации. В связи с этим появляется необходимость осуществлять их соответствующие испытания. Известна [Патент RU № 2329414, МПК F15B 19/00, опубл. 20.07.2008] рекуперативная система стенда для проведения испытаний реверсивной обратимой гидромашины.
Стенд работает следующим образом: от гидравлического привода энергия вращающегося вала посредствам механической передачи поступает на вал регулируемой обратимой нагружающей гидромашины. Нагружающая гидромашина механически и гидравлически связана с испытуемой гидравлической машиной. Механическая связь испытуемой и нагружающей гидромашины выполнена в виде зубчатой передачи, свободный конец вала которой через муфту соединения с валом испытуемой гидромашины .
Гидравлическая связь между испытуемой и нагружающей гидромашиной осуществляется с помощью магистралей, которые связывают напорные и сливные каналы гидромашин. Гидравлические магистрали соединены между собой, по меньшей мере, одним регулируемым дросселем  и гидрораспределителем . Гидрораспределитель оснащен задатчиком закона нагружения. Линия управления гидрораспределителем запитана от напорной гидролинии гидропривода вращения нагружающей гидромашины, а слив соединен с ненагруженной гидролинией, связывающей испытуемую и нагружающую гидромашины.
Нагрузка напорной магистрали осуществляется за счет разницы расходов рабочей жидкости создаваемого наргужающей и потребляемого испытуемой гидромашиной. Вывод системы на рекуперативный режим осуществляется путем регулирования проходного сечения дросселя. Подпитка ненагруженной гидравлической линии осуществляется за счет работы регулируемого насоса. Напорная и сливная магистраль стенда защищается от перегрузок предохранительными клапанами.
Можно отметить недостатки данной системы испытаний, связанные с использованием дроссельных систем нагружения и механических передач, реализуемых в виде шестеренчатых редукторов. Но, несмотря на указанные недостатки, данную систему при соответствующей доработке можно использовать для проведения испытаний реверсивной гидравлической машины со значительным сокращением производственных и эксплуатационных затрат.
Общим недостатком стендов с использованием в качестве нагрузки испытуемого объекта механических и электромеханических (фрикционных тормозов), а также дроссельных или предохранительных гидромеханических систем, является то, что практически вся энергия, затрачиваемая на создание нагрузки, преобразуется в тепловой поток, который диссипативными системами передается в окружающую среду. Также можно отметить, что как правило, при использовании схем рассмотренных ранее, вследствие процессов теплообмена при дросселирование рабочей жидкости в значительной мере нагреваются исполнительные элементы стенда и самой нагрузочной системы, что приводит к дестабилизации их параметров.
На основе анализа, проведенного предлагается привод стенда испытаний гидромашин вращательного действия, основанный на принципе рекуперации энергии. Разработка принципиальной схемы привода стенда проводилась из условий минимизации числа элементов системы, которая бы позволила проводить испытания гидромашин вращательного действия в рекуперативном режиме при возможности создания нагрузок, определяемых методикой проведения испытаний. Анализ рекуперативных схем показывает, что для работы системы в рекуперативном режиме необходимы, как минимум, источник первичной энергии, преобразователь первичной энергии для ввода энергии в систему (если необходимо преобразование), энергетически закольцованная система и, как минимум, одно предохраняющее (нагрузочное) устройство, которое предохраняет энергетически закольцованную систему от перегрузок путем контролируемого сообщения системы с окружающей средой.
Техническим результатом является повышение энергоэффективности процесса испытания гидравлических машин вращательного действия.
Технический результат достигается за счет того, что стенд содержит механический контур и замкнутый гидравлический контур.
Замкнутый гидравлический контур включает гидравлический насос, выход которого связан со входом гидравлического мотора посредством напорной гидролинии, при этом выход гидравлического мотора соединяется со входом гидравлического насоса гидролинией низкого давления, имеющей гидровлическую связь с пополнительным баком, причем,  напорная гидролиния связана с линией низкого давления посредством предохранительного клапана, при этом выход гидравлического мотора связан с его входом посредством обратного клапана (шунтирующий).
Механический контур включает источник вращательного движения вала гидравлического насоса, который связан посредством механической передачи с валом мотора.
На фигуре представлена схема рекуперативной системы привода испытаний гидростатической трансмиссии.
Стенд для испытаний гидравлических моторов и насосов содержит механический контур и замкнутый гидравлический контур, который включает гидравлический насос 8 (гидронасос), выход которого связан со входом гидравлического мотора 5 (гидромотор) посредством напорной гидролинии 9, при этом выход гидромотора 5 соединяется со входом гидронасоса 8 гидролинией низкого давления 12, имеющей гидровлическую связь с пополнительным баком 13. Напорная гидролиния 9 связана с линией низкого давления 12 посредством предохранительного клапана 10, при этом выход насоса 8 связан с его входом посредством обратного клапана 11 (шунтирующий). Механический контур включает источник вращательного движения 1 вала 2, который связан механической передачей 3 с валом 4 насоса 8. Вал 4 насоса 8 связан посредством механической передачи 7 с валом 6 гидромотора 5.
Стенд работает следующим образом: электрическая энергия, взятая из трехфазной сети, преобразуется  источником вращательного движения 1 вала 2, например, асинхронным двигателем, в механическую энергию вращения вала 2, затем, через механическую передачу 3 передается на  вал 4, где суммируется с механической энергией, создаваемой гидравлическим мотором 5 на валу 6, приведенной к валу 4 через механическую передачу 7. Гидравлический насос 8 преобразует механическую энергию вращения вала 4 в энергию гидравлического потока, которая через напорную гидролинию 9, передается на вход гидравлического мотора 5, посредствам которого энергия гидравлического потока преобразуется в механическую энергию вращения вала 6.
Рост давления в напорной гидролинии 9 обеспечивается за счет того, что расход, создаваемый гидравлическим насосом 8 на некоторую величину должен превосходить расход, который потребляет гидравлический мотор 5. Это возможно выполнить посредствам варьирования таких параметров, как рабочие объемы гидравлических машин и передаточное отношение механической передачи 7. Рост давления в напорной гидролинии 9 контролируется предохранительным клапаном 10 непрямого действия. Обратный клапан 11 предназначен для создания условия разгрузки гидросистемы в моменты ее выхода на заданные режимы.
В рассматриваемом случае в роли преобразователя первичной энергии 1 для ввода энергии в систему выбран асинхронный электродвигатель, что связано с тем, что данный вид преобразователей электрической энергии нашел широкое применение в качестве привода технических систем благодаря своим высоким показателям надежности, энергоэффективности, и стабильности технических характеристик во времени. В роли энергетически закольцованной системы выступает контур, состоящий из испытываемого гидравлического насоса 8, напорной гидролинии 9 стенда, гидравлического мотора 5 и механической передачи 7, соединяющей входной и выходной вал испытываемого гидронасоса 8 и гидромотора 5. Предохраняющим (нагрузочным) устройством, которое предохраняет энергетически закольцованную систему от перегрузок путем контролируемого сообщения системы с окружающей средой выбран  предохранительный 10 клапан, непрямого действия, благодаря своим высоким показателям надежности, а также возможности с помощью данного устройства как предохранять гидромеханические системы от перегрузок, так и контролировать их нагрузку на заданном уровне давления рабочей жидкости при хорошей глубине регулирования. Достоинства рекуперативных систем в том, что они позволяют создавать высокую нагрузку на испытываемом объекте, при относительно низкой потребляемой энергии главного привода системы.