Многофункциональный мобильный стенд
MULTIFUNCTIONAL MOBILE STAND

Изобретение относится к области машиностроения, а также к измерительной технике и может применяться для охлаждения материалов, конструкций и их элементов, образцов, узлов, а также для проведения их испытаний при требуемой температуре. Устройство также может быть использовано как самостоятельная термокамера, позволяющая оценивать работу узлов, агрегатов и механизмов, в том числе и всевозможных двигателей при задаваемой температуре.
Известен патент на холодильную установку (патент РФ №2047058 C1, F25B 7/00 (2006.01), опубл. 1995.10.27). Изобретение позволяет проводить температурные испытания за счет верхнего и нижнего каскадов, соединенных посредством конденсатора-испарителя, причем испаритель нижнего каскада размещен в термокамере, а в верхнем каскаде на всасывающей линии компрессора установлен регенеративный теплообменник. Установка достаточно энергоэкономична и позволяет устанавливать любой температурный режим испытаний в камере.
Известен патент на холодильную камеру (патент РФ №37812 U1, F25D 23/06 (2000.01), опубл. 2004.05.10). Изобретение представляет собой камеру, состоящую из панелей боковых и торцевых стен, пола и потолка, выполненных из наружных и внутренних стенок, пространство между которыми заполнено вспененным полиуретаном и соединенных между собой промежуточными элементами, отличающаяся тем, что, с целью создания быстромонтируемой конструкции холодильной камеры и расширения технологических возможностей при сборке широкого ряда типоразмеров холодильных камер из небольшого количества однотипных панелей, холодильная камера выполнена сборной из однотипных трехслойных панелей типа «сэндвич» с поверхностью из оцинкованной стали с лаковым покрытием и пенополиуретаном между ними.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является патент на автоматизированное устройство для охлаждения образцов в процессе проведения длительных усталостных испытаний образцов при низких температурах (патент РФ №2457460 С2, G01N 3/02 (2006.01), опубл. 2012.07.27), выбранный в качестве прототипа. В изобретении заложена возможность оценки сварных образцов в процессе длительных усталостных испытаний при задаваемой температуре, поддерживаемой автоматически. Устройство представляется собой камеру для проведения испытаний, силовой блок для нагружения испытуемого образца, размещенный внутри корпуса камеры, источник охлаждающей среды со средством подачи последней в камеру и систему контроля температуры в камере. Устройство позволяет проводить испытания в условиях, приближенных к натурным, путем глубокого охлаждения испытуемых образцов в воздушной среде.
К недостаткам известных технических решений, в том числе и прототипа, относится отсутствие возможности испытания крупногабаритных образцов и отсутствие возможности проведения испытаний работающих механизмов при различных температурах, особенно пониженных.
Техническим результатом заявляемого изобретения является создание многофункционального мобильного стенда для проведения температурных испытаний агрегатов и крупногабаритных конструкций из конструкционных материалов. Многофункциональный мобильный стенд для температурных испытаний может быть использован как самостоятельная термокамера, позволяющая оценивать работу узлов, агрегатов и механизмов, в том числе и всевозможных двигателей при задаваемой температуре. Другим немаловажным аспектом изобретения является его мобильность.
Технический результат достигается тем, что многофункциональный мобильный стенд для температурных испытаний включает транспортировочный контейнер, разделенный на машинное отделение и температурную камеру, представляющую собой полностью теплоизолированный контур, дверь (люк), теплоизолированную и уплотненную по всему периметру, что позволяет обеспечить ее полную герметизацию, оборудованную ТЭНом обогрева, специализированную раму - направляющую, для погрузки испытуемых крупногабаритных образцов, конструкций, агрегатов, систему охлаждения, выполненную по схеме с прямым расширением, включающую воздухоохладитель, трубопровод, отделитель жидкости, компрессор, конденсатор, линейный ресивер, защитный прессостат высокого давления, датчик давления и индикатор влажности, системы контроля температуры в температурной камере и отдельных узлов многофункционального мобильного стенда, связанных с внешним управляющим компьютером. Все механизмы и элементы в составе стенда рассчитаны на длительную транспортировку и защищены от коррозионных повреждений, а также от воздействия влаги, пара. Стенд разделен на два помещения: камеру охлаждения и машинное отделение.
На Фиг. 1 представлена схема стенда. За основу многофункционального мобильного стенда для температурных испытаний взят типовой ряд транспортировочных контейнеров, которые обеспечивают достаточную жесткость конструкции и позволяют транспортировать стенд любыми доступными способами. Стенд состоит из машинного отделения (1) и температурной камеры (2). Температурная камера (2) представляет собой полностью теплоизолированный контур (3). Испытуемое оборудование или охлаждаемые заготовки (5) загружаются в температурную камеру вертикально, через откидную двухстворчатую дверь (люк) (4) теплоизолированную и уплотненную по всему периметру, что позволяет обеспечить ее полную герметизацию, а также оборудованную тэном обогрева.
Для облегчения работы в стесненном пространстве и минимизации повреждений температурной камеры загрузка/выгрузка испытуемого оборудования или охлаждаемых заготовок осуществляется внутри специализированной рамы (12), эскиз которой приведен на фиг.2. В случае работы с негабаритными изделиями конструкция рамы (12) предусматривает демонтаж сегментов, направленных в сторону машинного отделения и противоположную.
Загрузка негабаритных образцов, узлов, агрегатов осуществляется с помощью распашной двухстворчатой теплоизолированной, уплотненной по всему периметру, обеспечивающей полную герметизацию двери (11), оборудованной ТЭНом обогрева. Доступ в камеру охлаждения осуществляется с помощью штатной теплоизолированной, уплотненной по всему периметру, обеспечивающей полную герметизацию, двери (13) стандартного светового проема стандартные, также оборудованной ТЭНом обогрева.
Для обеспечения притока воздуха и оттока выхлопных газов при испытании агрегатов в работе в вертикальной стенке температурной камеры (2) предусмотрен соответствующий клапан (10).
Система охлаждения выполнена по схеме с прямым расширением - DX-схема (см. газо-гидравлическую схему, приведенную на фиг.3). В воздухоохладителе (14) жидкий холодильный агент R404A кипит при температуре минус 20°С.
Насыщенный пар холодильного агента с каплями жидкой фазы поступает в отделитель жидкости (26), где происходит разделение жидкой и паровой фаз. Оттуда пар холодильного агента всасывается компрессором (24).
В компрессоре (24) пар холодильного агента сжимается до давления нагнетания, соответствующего температуре конденсации в конденсаторе (32).
В конденсаторе (32) пар холодильного агента охлаждается за счет теплообмена с окружающей средой (наружным воздухом) и совершает фазовый переход (конденсируется).
Из конденсатора жидкий холодильный агент поступает в линейный ресивер (35), а затем к испарительной системе - в воздухоохладитель (14).
В компрессоре (24) пары холодильного агента сжимаются от давления всасывания, соответствующего температуре кипения в воздухоохладителе (14), до давления нагнетания, соответствующего температуре конденсации в конденсаторе (32).
С целью обеспечения оптимального режима смазки компрессора (24) в момент пуска служит ТЭН подогрева (25), который обеспечивает оптимальную температуру масла в картере компрессора (24). Кроме того, при низких температурах воздуха во время длительных простоев в масле может находиться холодильный агент в растворенном виде в больших количествах, что является отрицательным фактором.
Для предотвращения опасного повышения давления нагнетания, выше заданного, служит защитный прессостат высокого давления (30). При превышении заданной величины прессостат (30) подает сигнал на выключение компрессора (24). Возврат в исходное состояние прессостата (30) осуществляется автоматически при понижении давления нагнетания ниже величины уставки.
По нагнетательному трубопроводу пар холодильного агента поступает в воздушный конденсатор (32). Там, отдавая тепло в окружающую среду, холодильный агент конденсируется.
Поддержание постоянного уровня давления конденсации в контуре холодильного агента независимо от температуры наружного воздуха осуществляется по сигналу от датчика давления (33) посредством управляющего контроллера по алгоритму «speed» с применением регулятора скорости вращения. При превышении давления конденсации выше максимальной уставки производительность компрессора (24) снижается.
Сконденсировавшийся холодильный агент из конденсатора (32), поступает в линейный ресивер (35).
При превышении давления конденсации выше максимальной уставки по сигналу от датчика давления (33) производительность компрессора (24) снижается.
Для удаления влаги из системы служит фильтр-осушитель (36). Для визуальной оценки уровня влажности в системе служит индикатор влажности (37).
Из линейного ресивера (35) холодильный агент, проходя через дросселирующее устройство - электрический регулирующий вентиль (ЭРВ) (17), поступает в воздухоохладитель (14).
При прохождении жидкого холодильного агента через ЭРВ (17) происходит дросселирование холодильного агента с давления конденсации до давления кипения. Управление ЭРВ (17) производится посредством блока управления по сигналам от соответствующих датчика давления (185) и температуры (20).
ЭРВ (17) обеспечивает заданную величину перегрева холодильного агента на выходе из воздухоохладителя (14). В воздухоохладителе (14) холодильный агент кипит при температуре минус 20°С (расчетный режим), при этом забирая тепло у воздуха в охлаждаемом объеме.
Из воздухоохладителя (14) пары холодильного агента отсасываются компрессором (24), при этом попутно проходят через отделитель жидкости (26). Далее цикл повторяется.
Управление производительностью компрессорного агрегата осуществляется путем плавного изменения производительности компрессора (24) с помощью применения частотного регулятора.
Управляющий сигнал для изменения производительности поступает от управляющего контроллера. Параметры снимаются с датчиков температуры, установленных внутри температурной камеры (2). При мере понижения температуры в охлаждаемом объеме контроллер подает сигнал на соответствующее снижение производительности компрессора (24). Соленоидный вентиль (15) работает совместно с компрессором агрегата: включился компрессор - соленоид (15) открылся, выключился компрессор - соленоид (15) закрылся.
Для предотвращения намерзания на поверхности воздухоохладителя (14) снеговой шубы воздухоохладитель периодически встает в режим оттайки. Длительность и цикличность определяется в процессе эксплуатации. Оттайка может происходить как в автоматическом, так и в ручном режиме путем принудительного ее включения оператором с лицевой панели управляющего контроллера. Предохранительный датчик температуры конца оттайки (21) предохраняет теплообменный блок воздухоохладителя (14) от чрезмерного перегрева.
Индикация температуры в охлаждаемом объеме осуществляется по сигналу от датчика температуры (22) на табло управляющего контроллера.
Для контроля поверхности теплообменного блока воздухоохладителя (14) на предмет намерзания снеговой шубы предусмотрено реле (23) разности давлений воздуха на входе и выходе по ходу движения.
Для охлаждения машинного отделения при работе стенда предусмотрены вентилятор (8) и воздухозаборная решетка (9) (см. фиг.1).
В НИЦ «Курчатовский институт» - ЦНИИ КМ «Прометей» создан экспериментальный образец многофункционального мобильного стенда, который используется для проведения температурных испытаний агрегатов и крупногабаритных конструкций из конструкционных материалов.
Техническо-экономический эффект, достигаемый от реализации заявленного изобретения, заключается в решении задачи по обеспечению проведения испытаний техники в условиях максимально приближенных к натурным, путем создания требуемой температуры, а также в решении задачи по охлаждению крупногабаритных образцов для проведения их испытаний.
Транспортировка стенда может осуществляться при помощи наземного (авто/железнодорожного), воздушного и водного транспорта с учетом климатических особенностей региона по ГОСТ 15846-2002. При транспортировке должны соблюдаться те же меры предосторожности, что и при транспортировке хрупкого груза.