СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ

Полезная модель относится к стендам для испытаний газотурбинных установок газоперекачивающих агрегатов магистральных газопроводов и может быть использована в газдобывающей, авиадвигателестроительной, машиностроительной и других отраслях промышленности.
В качестве прототипа принят стенд для испытаний газотурбинных двигателей (ГТД) и газотурбинных установок (ГТУ) различного назначения, в том числе и для газоперекачивающих агрегатов (ГПА) магистральных газопроводов, описанный в книге "Испытания авиационных двигателей" (авторы Григорьев В.А., Гишваров А.С. и др.. Учебник для вузов специальности "Авиационные двигатели и энергетические установки"), М., «Машиностроение», 2009, с.125-136.
Названный стенд включает в себя испытательный бокс с испытательным станком и с установленной на нем платформой с ГТУ (с.126), с подведенными к платформе стендовыми функциональными и измерительными коммуникациями (с.133-136), агрегат нагружения выходного вала ГТУ для поглощения мощности ГТУ (гидротормоз - с.127; с.129; с.132), входное воздухозаборное устройство с входной шахтой (с.126; с.128), выхлопное устройство (выхлопная шахта - с.126; с.128), функциональные и измерительные системы (с.132-136), кабину наблюдения (с.126), вспомогательные технологические помещения (с.126),
Признаки известного стенда, совпадающие с признаками заявляемой полезной модели, заключаются в наличии испытательного бокса с испытательным станком и с установленной на нем платформой с ГТУ, с подведенными к платформе стендовыми функциональными и измерительными коммуникациями, агрегата нагружения выходного вала ГТУ для поглощения мощности ГТУ (гидротормоза), входного воздухозаборного устройства с входной шахтой, выхлопного устройства.
Причина, препятствующая получению в известном техническом решении технического результата, который обеспечивается заявляемой полезной моделью, состоит в том, что на известном стенде нет технической возможности одновременно (параллельно) вести работы сразу с несколькими экземплярами ГТУ (подготовка одной ГТУ к испытанию, ведение испытания другой ГТУ, постиспытательное обслуживание третьей ГТУ), а также нет технической возможности проводить испытания ГТУ различных типоразмеров, широкого диапазона по мощности, в том числе, при различных скоростях вращения выходного вала ГТУ.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в расширении эксплуатационных возможностей стенда, а именно, в увеличении пропускной способности стенда и в расширении номенклатуры испытуемых ГТУ.
Технический результат, обеспечивающий решение указанной задачи, заключается в создании технических средств для одновременного (параллельного) ведения работ различного вида сразу с несколькими экземплярами ГТУ (подготовка одной ГТУ к испытаниям, собственно испытания другой ГТУ, заключительные операции на третьей ГТУ после испытаний) и для сокращения времени пребывания ГТУ в испытательном боксе, а также для проведения испытаний ГТУ различных типоразмеров и широкого диапазона по мощности, в том числе, и при различных скоростях вращения выходного вала ГТУ, задаваемых программой испытаний.
Достигается технический результат тем, что на стенде для испытаний газотурбинных установок газоперекачивающих агрегатов магистральных газопроводов, включающем в себя испытательный бокс с испытательным станком и с установленной на нем платформой с ГТУ, с подведенными к платформе стендовыми функциональными и измерительными коммуникациями, агрегат нагружения выходного вала ГТУ для поглощения мощности ГТУ, входное воздухозаборное устройство с входной шахтой, выхлопное устройство, согласно заявляемой полезной модели платформа с ГТУ оснащена колесами и неподвижными стыковочными платами с возможностью соединения с функциональными блоками и измерительными средствами ГТУ, при этом испытательный бокс оснащен подвижными стыковочными платами, к которым подсоединены стендовые функциональные и измерительные коммуникации, а агрегат нагружения выходного вала ГТУ снабжен системой регулирования поглощаемой мощности, при этом входное воздухозаборное устройство оснащено воздуховодами вертикального и горизонтального забора воздуха, а выхлопное устройство выполнено в виде выпускного вертикально расположенного газохода.
Достижение указанного результата обеспечивается также тем, что на стенде воздуховод вертикального забора воздуха оснащен расположенной во входной шахте в нижней ее части решеткой-жалюзи, находящейся в закрытом положении, установленным над ней сетчатым впускным устройством, соединенным с нижней его частью измерительным каналом, присоединенным к нему переходным каналом, пристыкованным к нему впускным коллектором, который своим выходом, в свою очередь, пристыкован ко входу испытуемой ГТУ.
В дополнение к этому достижение указанного результата обеспечивается и тем, что на стенде воздуховод горизонтального забора воздуха оснащен расположенной во входной шахте в нижней ее части решеткой-жалюзи, находящейся в открытом положении, и включает в себя промежуточную воздухонаполнительную камеру, которая расположена ниже решетки-жалюзи и отделена от испытательного бокса воздухонепроницаемой перегородкой, сетчатое впускное устройство с присоединенным к нему горизонтально расположенным измерительным каналом, выход которого пристыкован ко входу испытуемой ГТУ, при этом сетчатое впускное устройство и входная часть измерительного канала находятся в промежуточной воздухонаполнительной камере, а вся остальная часть измерительного канала находится в испытательном боксе.
Также достижение указанного результата обеспечивается еще и тем, что на стенде выпускной вертикально расположенный газоход включает в себя пристыкованный к выходу испытуемой ГТУ выпускной коллектор, расположенный выше него и пристыкованный к нему гибкий термокомпенсирующий и виброгасящий блок, пристыкованный к гибкому термокомпенсирующему и виброгасящему блоку переходный канал, пристыкованную к переходному каналу выхлопную трубу, верхний срез которой расположен выше входной шахты.
Оснащение платформы с ГТУ колесами и неподвижными стыковочными платами с возможностью соединения с функциональными блоками и измерительными средствами ГТУ, и оснащение при этом испытательного бокса подвижными стыковочными платами, к которым подсоединены стендовые функциональные и измерительные коммуникации, позволяет производить долговременную и трудоемкую подготовку ГТУ к испытаниям вне испытательного бокса, в частности, соединение неподвижных стыковочных плат с функциональными блоками и измерительными средствами ГТУ, а подготовленную к испытанию ГТУ доставлять на платформе колесным ходом в испытательный бокс, устанавливать на испытательный станок, и производить стыковку подвижных стыковочных плат с неподвижными стыковочными платами платформы в виде одной кратковременной операции, осуществляя при этом одномоментное соединение всех функциональных блоков и измерительных средств ГТУ с соответствующими функциональными и измерительными коммуникациями стенда, что приводит к сокращению времени пребывания ГТУ в испытательном боксе, а это в целом способствует более рациональному использованию временного ресурса испытательного бокса. Все перечисленные здесь составные части стенда в совокупности приводят к увеличению пропускной способности стенда по проведению испытаний ГТУ. Наличие системы регулирования поглощаемой мощности в составе агрегата нагружения выходного вала ГТУ и оснащение входного воздухозаборного устройства воздуховодами вертикального и горизонтального забора воздуха и выполнение при этом выхлопного устройства в виде выпускного вертикально расположенного газохода обеспечивает проведение испытаний на данном стенде различных ГТУ по типоразмерам и по мощности в широком диапазоне, в том числе и при различных скоростях вращения выходного вала ГТУ, задаваемых программой испытаний.
Оснащение воздуховода вертикального забора воздуха расположенной во входной шахте в нижней ее части решеткой-жалюзи, находящейся в закрытом положении, установленным над ней сетчатым впускным устройством, соединенным с нижней его частью измерительным каналом, присоединенным к нему переходным каналом, пристыкованным к последнему впускным коллектором, который своим выходом, в свою очередь, пристыкован ко входу испытуемой ГТУ, а также оснащение воздуховода горизонтального забора воздуха расположенной во входной шахте в нижней ее части решеткой-жалюзи, находящейся в открытом положении, и включение в состав названного воздуховода промежуточной воздухонаполнительной камеры, которая расположена ниже решетки-жалюзи и отделена от испытательного бокса воздухонепроницаемой перегородкой, сетчатого впускного устройства с присоединенным к нему горизонтально расположенным измерительным каналом, выход которого пристыкован ко входу испытуемой ГТУ, и нахождение при этом сетчатого впускного устройства и входной части измерительного канала в промежуточной воздухонаполнительной камере, а всей остальной части измерительного канала в испытательном боксе - все это вместе взятое, способствуя обеспечению проведения испытаний на данном стенде различных ГТУ по типоразмерам и по мощности в широком диапазоне, повышает оперативность перенастройки работы стенда с одной схемы ("вертикальный воздухозабор") на другую схему ("горизонтальный воздухозабор") и обратно, а также позволяет оградить испытуемую ГТУ, находящуюся в испытательном боксе, оборудование и аппаратуру стенда от воздействия большерасходных пульсирующих холодных запыленных потоков воздуха.
Наличие в составе выпускного вертикально расположенного газохода пристыкованного ко выходу испытуемой ГТУ выпускного коллектора, расположенного выше него и пристыкованного к нему гибкого термокомпенсирующего и виброгасящего блока, пристыкованного к гибкому термокомпенсирующему и виброгасящему блоку переходного канала, пристыкованной к переходному каналу выхлопной трубы, и расположение при этом верхнего среза выхлопной трубы выше входной шахты - все это вместе взятое, способствуя обеспечению проведения испытаний на данном стенде различных ГТУ по типоразмерам и по мощности в широком диапазоне, повышает надежность работы стенда, удобство эксплуатации выхлопного устройства, его ремонтопригодность и увеличивает его долговечность.
Новые признаки заявляемого технического решения заключаются в том, что на стенде платформа с ГТУ оснащена колесами и неподвижными стыковочными платами с возможностью соединения с функциональными блоками и измерительными средствами ГТУ, при этом испытательный бокс оснащен подвижными стыковочными платами, к которым подсоединены стендовые функциональные и измерительные коммуникации, а агрегат нагружения выходного вала ГТУ снабжен системой регулирования поглощаемой мощности, при этом входное воздухозаборное устройство оснащено воздуховодами вертикального и горизонтального забора воздуха, а выхлопное устройство выполнено в виде выпускного вертикально расположенного газохода.
Новые признаки заявляемого технического решения заключаются также и в том, что на стенде воздуховод вертикального забора воздуха оснащен расположенной во входной шахте в нижней ее части решеткой-жалюзи, находящейся в закрытом положении, установленным над ней сетчатым впускным устройством, соединенным с нижней его частью измерительным каналом, присоединенным к нему переходным каналом, пристыкованным к последнему впускным коллектором, который своим выходом, в свою очередь, пристыкован ко входу испытуемой ГТУ.
Новые признаки заявляемого технического решения заключаются еще и в том, что на стенде воздуховод горизонтального забора воздуха оснащен расположенной во входной шахте в нижней ее части решеткой-жалюзи, находящейся в открытом положении, и включает в себя промежуточную воздухонаполнительную камеру, которая расположена ниже решетки-жалюзи и отделена от испытательного бокса воздухонепроницаемой перегородкой, сетчатое впускное устройство с соединенным с ним горизонтально расположенным измерительным каналом, выход которого пристыкован ко входу испытуемой ГТУ, при этом сетчатое впускное устройство и входная часть измерительного канала находятся в промежуточной воздухонаполнительной камере, а вся остальная часть измерительного канала находится в испытательном боксе.
Новые признаки заявляемого технического решения заключаются дополнительно и в том, что на стенде выпускной вертикально расположенный газоход включает в себя пристыкованный к выходу испытуемой ГТУ выпускной коллектор, расположенный выше него и пристыкованный к нему гибкий термокомпенсирующий и виброгасящий блок, пристыкованный к гибкому термокомпенсирующему и виброгасящему блоку переходный канал, пристыкованную к переходному каналу выхлопную трубу, верхний срез которой расположен выше входной шахты,
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлена схема стенда для испытания газотурбинных установок (ГТУ) газоперекачивающих агрегатов магистральных газопроводов с воздуховодом вертикального забора воздуха, на фиг.2 - схема того же стенда для испытания газотурбинных установок газоперекачивающих агрегатов магистральных газопроводов с воздуховодом горизонтального забора воздуха, на фиг.3 - схема испытательного бокса, принадлежащего стенду для испытания газотурбинных установок газоперекачивающих агрегатов магистральных газопроводов с воздуховодами вертикального и горизонтального забора воздуха.
На стенде (фиг.1) платформа 1 с ГТУ 2, оснащенная колесами 3 и неподвижными стыковочными платами 4 (на обеих боковых поверхностях платформы), установлена на испытательном станке 5 в испытательном боксе 6. Стенд включает в себя входную шахту 7, внутрь которой засасывается воздух, (большерасходное) сетчатое впускное устройство 8, предназначенное для предотвращения попадания крупного мусора в воздуховод, а также для размещения различных датчиков, решетку-жалюзи 9, которая при вертикальном заборе воздуха находится в положении "Закрыто", вертикальный (большерасходный) измерительный канал 10 круглого сечения для воздуха с лемнискатным входом 11, переходный канал 12 для перехода проточной части воздуховода с круглого сечения на прямоугольное и для перераспределения потока воздуха по сечению при входе его во впускной коллектор 13, который должен обеспечивать равномерное распределение воздуха по сечению на входе в ГТУ 2. Выходной вал 14 ГТУ 2 состыкован с валом 15 агрегата нагружения 16 выходного вала 14 ГТУ. К выходу ГТУ 2 пристыкован выпускной коллектор 17, а к нему пристыкован гибкий термокомпенсирующий и виброгасящий блок 18, к которому пристыкован переходный канал 19, служащий для перехода проточной части с одной формы и одного размера поперечного сечения на другие, и к которому пристыкована выхлопная труба 20 с верхним срезом 21, расположенным выше входной шахты 7. Гибкий термокомпенсирующий и виброгасящий блок 18 предназначен для восприятия термических расширений при нагреве и охлаждении элементов выхлопного устройства, а также для предотвращения передачи вибраций от работающей ГТУ на выше расположенную часть выпускного устройства и для удобства стыковки-расстыковки этого устройства.
Разборная воздухонепроницаемая перегородка 22 (фиг.2), отделяет испытательный бокс 6 от промежуточной воздухонаполнительной камеры 23, которая расположена ниже решетки-жалюзи 9, находящейся в положении "Открыто" при работе с воздуховодом горизонтального забора воздуха (фиг.2) и - в положении "Закрыто" при работе с воздуховодом вертикального забора воздуха (фиг.1), когда воздухонепроницаемая перегородка 22 разобрана. Ко входу ГТУ 2 (фиг.2) пристыкован горизонтальный (малорасходный) измерительный канал 24 с лемнискатным входом 25, на который надето (малорасходное) сетчатое впускное устройство 26, предназначенное для предотвращения попадания крупного мусора в тракт ГТУ 2.
В испытательном боксе 6 (фиг.3), в котором на испытательном станке 5 находится доставленная по транспортному полотну 27 платформа 1 с ГТУ 2. Неподвижные стыковочные платы 4, принадлежащие платформе 1 и соединенные с функциональными блоками и измерительными средствами ГТУ 2, расположены напротив подвижных стыковочных плат 28, принадлежащих испытательному боксу 6 стенда и к которым подсоединены стендовые функциональные и измерительные коммуникации 29 и 30 соответственно.
Работа стенда для испытаний газотурбинных установок (ГТУ) газоперекачивающих агрегатов магистральных газопроводов осуществляется следующим образом.
Доставленная к стенду ГТУ 2 перегружается на платформу, находящуюся вне испытательного бокса 6 (фиг.3). Вне испытательного бокса 6 производится подготовка ГТУ 2 к испытаниям, в частности, присоединение всех функциональных блоков и измерительных средств ГТУ 2 к неподвижным стыковочным платам 4 платформы 1.
Подготовленная вне испытательного бокса 6 ГТУ 2 на платформе 1 перемещается колесным ходом к испытательному боксу 6 и далее по транспортному полотну 27 (фиг.3) платформа 1 с ГТУ 2 закатывается на испытательный станок 5 испытательного бокса 6. Производится стыковка выходного вала 14 (фиг.1) ГТУ 2 с валом 15 агрегата нагружения 16. Производится стыковка подвижных стыковочных плат 28 стенда (фиг.3) с неподвижными стыковочными платами 4 платформы 1, в результате чего все функциональные блоки и измерительные средства ГТУ 2 оказываются соединенными с функциональными и измерительными коммуникациями испытательного бокса 6 стенда.
При испытании с вертикальным забором воздуха ГТУ 2 (фиг.1) пристыковывается к соответствующему воздуховоду своим входом через впускной коллектор 13.
При испытании с горизонтальным забором воздуха ГТУ 2 (фиг.2) пристыковывается к соответствующему воздуховоду своим входом через горизонтально расположенный измерительный канал 24.
Выхлопное устройство и агрегат нагружения при испытаниях и с вертикальным забором воздуха, и с горизонтальным забором воздуха (фиг.1 и фиг.2) остаются неизменными, то есть используются универсальные варианты этих устройств.
Агрегат нагружения 16 (фиг.1 и фиг.2) выходного вала 14 ГТУ 2 настраивается (регулируется) на работу в зависимости от типоразмера, поступившей на испытание ГТУ (например, от 12 мВт до 40 мВт) и заданной программы испытаний. И при вертикальном воздухозаборе, и при горизонтальном воздухозаборе замена агрегата нагружения (гидротормоза) 16 не производится ввиду его универсальности.
При испытании ГТУ 2 с вертикальным забором воздуха (фиг.1) воздух засасывается через входную шахту 7, проходит через (большерасходное) сетчатое впускное устройство 8, далее через вертикальный (большерасходный) измерительный канал 10, через переходный канал 12, через впускной коллектор 13 и поступает на вход ГТУ 2, и далее проходит по тракту ГТУ, участвуя в рабочем процессе ГТУ (сжатие, горение и т.п.). Продукты сгорания из ГТУ эвакуируются (выхлопываются) через выхлопное устройство. При этом энергия, вырабатываемая ГТУ и характеризующаяся определенной мощностью на выходном валу 14 ГТУ 2 при определенной скорости его вращения, воспринимается агрегатом нагружения 16 выходного вала 14 ГТУ 2.
При испытании ГТУ 2 с горизонтальным забором воздуха (фиг.2) воздух засасывается через входную шахту 7, проходит через (большерасходное) сетчатое впускное устройство 8, далее через вертикальный (большерасходный) измерительный канал 10, а также через открытую решетку-жалюзи 9, и поступает в промежуточную воздухонаполнительную камеру 23, из которой воздух проходит через (малорасходное) сетчатое впускное устройство 26 и через соединенный с ним горизонтальный (малорасходный) измерительный канал 24 на вход ГТУ 2. А далее, также как и при описанном выше испытании с вертикальным воздухозабором (фиг.1), воздух проходит по тракту ГТУ, участвуя в рабочем процессе ГТУ (сжатие, горение и т.п.). Продукты сгорания из ГТУ также эвакуируются (выхлопываются) через выхлопное устройство. При этом энергия, вырабатываемая ГТУ 2 и характеризующаяся определенной мощностью на выходном валу 14 ГТУ 2 при определенной скорости его вращения, также воспринимается агрегатом нагружения 16 выходного вала 14 ГТУ 2.
По окончании испытаний производится расстыковка стендовых подвижных стыковочных плат 28 (фиг.3) с неподвижными стыковочными платами 4 платформы 1, отстыковывается от ГТУ 2 (фиг.1 фиг.2) входное воздухозаборное устройство, выхлопное устройство, отсоединяется выходной вал 14 ГТУ 2 от вала 15 агрегата нагружения 16 ГТУ 2, и платформа 1 (фиг.3) с испытанной ГТУ 2 по транспортному полотну 27 выкатывается из испытательного бокса 6. Постиспытательное обслуживание ГТУ производится за пределами испытательного бокса 6, а одновременно с этим в испытательный бокс 6 закатывается платформа 1 с очередным - экземпляром ГТУ 2, подготовленной заранее вне испытательного бокса к испытанию.
Основным результатом испытания является комплекс выходных характеристик ГТУ, в частности, мощность, развиваемая данным конкретным экземпляром газотурбинной установки и замеренная во время испытания на стенде при различных режимах испытания, в том числе, и при различных скоростях вращения выходного вала ГТУ.
Все технические решения (все признаки), составляющие предмет заявляемой полезной модели, обеспечивают получение технического результата и решение поставленной задачи,, а именно, сокращение производственного цикла по проведению испытаний ГТУ и возможность испытывать на одном стенде ГТУ различных типоразмеров и широкого диапазона по мощности, в том числе и при различных скоростях вращения выходного вала ГТУ. В частности, применение технических решений (признаков) по заявляемой полезной модели позволяет на одном конкретном стенде проводить испытания ГТУ мощностью от 12 до 40 мВт. Теоретически и практически верхний предел по мощности ГТУ при использовании заявляемой полезной модели при создании испытательных стендов - не ограничен.