СТЕНД ДЛЯ ГОРЯЧИХ ИСПЫТАНИЙ КОЛЛЕКТОРОВ

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 коллекторов авиационных газотурбинных двигателей (ГТД).
Известно устройство для охлаждения жидкости (Патент РФ №1814718, 06.11.1990, МПК F25D 17/02), содержащее терморегулятор, контур подачи теплоносителя, включающий теплообменник, бак и циркуляционный насос, и контур подачи хладоагента, включающий холодильную машину. Причем между теплообменником и баком расположен регулятор температуры, а в контуре подачи хладоагента установлен клапан, подключенный к терморегулятору. Регулирование температуры теплоносителя производится с помощью клапана, который по сигналу терморегулятора открывает или закрывает байпасную линию.
Недостатком данного устройства является зависимость точности поддержания температуры от частоты включения клапана. Кроме того, при такой системе холодильная машина работает все время с постоянной производительностью, что приводит к неоправданным затратам электроэнергии и износу оборудования.
Задачей предлагаемого устройства является повышение эффективности охлаждения, точности регулирования температуры теплоносителя.
Решение задачи достигается тем, что теплообменник, реле протока и датчики температуры установлены на сливном трубопроводе, а датчик температуры холодильной машиной установлен в баке. Кроме того, реле протока и датчики температуры на сливном трубопроводе подключены к источнику нагрева охлаждаемого устройства.
На чертеже представлена схема стенда для горячих испытаний коллекторов.
Гидравлическая система включает контур А подачи топлива (авиационного керосина), контур Б циркуляции теплоносителя (охлаждения индуктора) и контур В циркуляции хладоагента. Контур А подачи топлива используется для испытаний на герметичность топливного коллектора 1 авиационного ГТД при его нагреве с помощью индуктора 2. Топливо подводится к коллектору трубопроводом 3, а для слива из форсунок коллектора 1 предусмотрен приемник топлива 4. Система подачи топлива включает бак с топливом 5, насос 6, предохранительный клапан 7, гидрораспределитель 8, вентиль сливной 9 и датчик 10 измерения давления на входе в коллектор 1.
Контур Б циркуляции теплоносителя предназначен для охлаждения индуктора водой. Напорный трубопровод включает бак 11 - резервуар для воды, насос 12, клапан предохранительный 13, фильтр 14, индуктор 2. Сливной трубопровод включает коллектор 15, теплообменник-испаритель 16 и сливную магистраль 17. Контур В циркуляции хладоагента (фреона) содержит холодильную машину 18, которая соединена магистралями 19 и 20 с теплообменником 16. На напорном трубопроводе теплоносителя установлен датчик давления 21 (электроконтактный манометр), который подключен к одному из входов системы управления 22 холодильной машины 18. К другому входу системы управления 22 подключен датчик температуры 23, установленный в баке 11, а к третьему входу - задатчик температуры 24. Кроме того на коллекторе 15 сливного трубопровода установлены реле протока жидкости 25 и датчики для контроля температуры воды 26, выходящей из индуктора 2, которые подключены к источнику нагрева охлаждаемого устройства - генератору средней частоты 27 для питания индуктора 2.
Устройство работает следующим образом. Проверяемый коллектор 1 устанавливают на стенд с индуктором 2 и подключают к коллектору 1 трубопровод 3 подачи топлива. Включают насос 6, который начинает подавать топливо из бака 5, в напорную магистраль к гидрораспределителю 8. В результате того, что последний в исходном положении, как показано на чертеже, направляет поток топлива на слив в бак, то запуск насоса 6 происходит без давления, вхолостую. Это обеспечивает снижение расхода энергии и уменьшает износ насоса. Затем включают электромагнит гидрораспределителя 8, и он переключается в рабочее положение, при котором слив прекращается, а топливо подается в коллектор 1 по трубопроводу 3. Из полости коллектора 1 топливо через форсунки сливается вниз в приемник 4. Датчик давления 10 должен показывать требуемое по технологическому процессу давление топлива на входе в коллектор 1. Давление топлива перед коллектором создается за счет гидравлического сопротивления, в результате распыления и завихрения топлива в форсунках коллектора 1, при условии подачи на вход коллектора 1 определенного количества топлива от насоса 6. Расход топлива регулируется путем частичного его сброса на слив вентилем 9.
Включают контур Б циркуляции теплоносителя (охлаждения индуктора). При этом теплоноситель (вода) из бака 11 подается насосом 12, через предохранительный клапан 13 и фильтр 14, в индуктор 2. По технологии проведения испытаний индуктор 2 подключается к генератору 27, и начинается нагрев испытываемого коллектора 1. Вода охлаждает индуктор 2, который интенсивно нагревается, и через коллектор 15 поступает в теплообменник 16, где охлаждается и по магистрали 17 сливается в бак 11.
Хладоагент (фреон), охлажденный в конденсаторе холодильной машины 18, ее компрессором подается по магистрали 19 в теплообменник 16, где нагревается и возвращается по магистрали 20 в конденсатор холодильной машины 18.
Задатчиком 24 устанавливают необходимую температуру воды, которая определяется техническими условиями эксплуатации индуктора, например - 25°С. При включении насоса 12, в напорной магистрали до индуктора 2 устанавливается некоторое избыточное давление, которое фиксируется датчиком 21. Сигнал от датчика 21 поступает в систему управления 22 холодильной машины 18, которая дает команду на включение подачи хладоагента (фреона) в теплообменник 16. Это обеспечивает необходимую блокировку, так как подача хладоагента в теплообменник должна начинаться только после начала циркуляции воды. В случае прекращения, по какой либо причине, работы насоса 12, давление в его напорной линии падает, что приводит к дезактивации датчика давления 21. При этом компрессор холодильной машины 18 сразу отключается, что предотвращает лишний расход энергии на охлаждение воды в теплообменнике 16, когда она не подается к индуктору 2. В процессе дальнейшей работы система управления холодильной машины 18 поддерживает заданную температуру путем регулирования подачи фреона в теплообменник-испаритель 16.
В процессе работы стенда может возникнуть аварийная ситуация, когда в результате каких-то причин поток воды на сливе из индуктора прекращается. Это угрожает расплавлением индуктора 2, поэтому по команде реле протока 25 генератор 27 немедленно отключается. В случае если температура воды в сливном коллекторе 15 достигает 50°С, то по команде от датчиков температуры 26 генератор также отключается.
Когда температура испытываемого коллектора достигает заданного по техническим условиям значения (460°С), то с помощью видеокамер внимательно рассматривают испытываемый коллектор 1 на предмет его герметичности при высокой температуре и давлении. Если появления утечки топлива по наружной поверхности коллектора не наблюдается, то он признается выдержавшим испытания.
Установка теплообменника на сливном трубопроводе контура теплоносителя значительно упрощает систему охлаждения индуктора, повышает ее эффективность, так как в баке всегда находится охлажденная вода заданной температуры, которая подается для охлаждения индуктора 2. Практика показала высокую эффективность такой системы поддержания заданной температуры воды путем ее криогенного охлаждения. Размещение датчика температуры в баке с водой, а не на магистрали, как в прототипе, позволяет более точно регулировать температуру воды, подаваемой в индуктор, так как ее основной объем находится именно в этой емкости. Реле протока и датчики температуры, установленные в коллекторе сливного трубопровода, гарантируют безопасную эксплуатацию индуктора.