СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ЭНЕРГОУСТАНОВОК И СТЕНД ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
POWER INSTALLATION TEST METHOD AND TEST BENCH FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области энергомашиностроения и предназначено для осуществления испытаний энергоустановок с последующим проведением контроля параметров и состава продуктов сгорания.
Испытания энергоустановок на автономных стендах позволяют сократить объем, стоимость и общие сроки работ по созданию новых изделий, к тому же являются эффективным средством опережающей отработки новых технических решений, а контроль параметров и состава продуктов сгорания позволяет обеспечить более эффективную и надежную работу энергоустановки и ее систем за счет корректировки подачи компонентов топлива и балластировочной среды.
Известен способ испытания энергоустановки, основанный на подаче компонентов топлива в камеру сгорания и их сжигании, контроле параметров энергоустановки (см. Жуковский А.Е. и др. Испытания жидкостных ракетных двигателей. - М.: Машиностроение, 1992, стр. 192-204, 215-221).
Недостатком известного способа является отсутствие контроля параметров и состава продуктов сгорания, что в свою очередь не позволяет провести полный анализ работы энергоустановки и скорректировать подачу компонентов топлива для ее наиболее эффективной работы, также по результатам анализа состава продуктов сгорания можно определить экологичность энергоустановки.
Известен стенд для огневых испытаний энергоустановок, содержащий системы подачи компонентов топлива, пусковые магистрали, магистрали сжатых газов (см. патент РФ №2111373 от 20.12.1998 г., кл. МПК F02K 9/58).
Известен стенд для испытаний энергоустановок с криогенными компонентами топлива, состоящий из системы подачи топлива, магистральных трубопроводов с системой управления процессом испытаний и контроля параметров (см. патент РФ №2445503 от 08.10.2010 г., кл. МПК F02K 9/96, G01M 15/02 - прототип).
Недостатком известных стендов является отсутствие систем контроля параметров и состава продуктов сгорания, что не позволяет оценить полноту сгорания горючего с целью предотвращения возможного накопления пожаровзрывоопасных компонентов топлива в системах утилизации продуктов сгорания энергоустановки для обеспечения пожаровзрывобезопасности, провести полный анализ работы энергоустановки и скорректировать подачу компонентов топлива для ее наиболее эффективной работы, также по результатам анализа состава продуктов сгорания можно определить экологичность энергоустановки.
Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является контроль параметров и состава продуктов сгорания с целью определения оптимального режима работы энергоустановки для:
- повышения экологичности энергоустановки за счет снижения выброса вредных веществ в продуктах сгорания;
- предотвращения накопления в системах утилизации продуктов сгорания энергоустановки непрореагировавших компонентов топлива с целью обеспечения пожаровзрывобезопасности;
- повышения надежности работы энергоустановок.
Данная техническая задача решается тем, что при известном способе испытания энергоустановок, основанном на управлении процессом испытания, включающем в себя поэтапную подачу компонентов топлива в камеру сгорания, их сжигание и смешение с балластировочной средой, контроль параметров энергоустановки, согласно изобретению продукты сгорания направляют в емкость с химически нейтральным газом, затем осуществляют контроль параметров и состава продуктов сгорания, в том числе полноты сгорания горючего, причем перед началом и по завершении подачи компонентов топлива в камеру сгорания осуществляют продувку полостей, магистралей энергоустановки, а также наддув емкости химически нейтральным газом, создавая в ней избыточное давление, а отбор пробы продуктов сгорания на анализ проводят из емкости без ограничения времени анализа; при запуске и остановке энергоустановки продукты сгорания сбрасываются в атмосферу, а забор продуктов сгорания в емкость с химически нейтральным газом, из которой проводят отбор пробы, проводят на стационарном режиме работы энергоустановки.
Способ реализуется на стенде, содержащем системы подачи компонентов топлива и балластировочной среды с магистральными трубопроводами, системы управления процессом испытаний и контроля параметров энергоустановки, согласно изобретению, на вход энергоустановки подстыкована магистраль подачи химически нейтрального газа продувки, а на выходе из энергоустановки установлена емкость с системой контроля параметров и состава продуктов сгорания, в том числе полноты сгорания горючего, причем емкость оборудована системами наддува химически нейтральным газом и контроля давления, запорной арматурой; между энергоустановкой и емкостью с химически нейтральным газом, из которой проводят отбор пробы, установлен двухпозиционный клапан.
Указанная совокупность признаков проявляет новые свойства, заключающиеся в том, что благодаря ей появляется возможность измерить и проконтролировать параметры и состав продуктов сгорания, в том числе полноты сгорания горючего; по результатам, полученным в ходе испытания, скорректировать входные параметры энергоустановки, в том числе подачу компонентов топлива; предотвратить накопление в системах утилизации продуктов сгорания энергоустановки непрореагировавших компонентов горючего, тем самым предотвратить неэффективное использование топлива и обеспечить пожаровзрывобезопасность; контролировать состав выхлопных газов, а, следовательно, сделать энергоустановку более экологически чистой.
Принципиальная схема стенда для испытания энергоустановки показана на фиг. 1, где:
1 - энергоустановка;
2 - камера сгорания;
3 - магистраль подачи окислителя;
4 - магистраль подачи горючего;
5 - магистраль подачи химически нейтрального газа продувки;
6 - магистраль подачи балластировочной среды;
7 - емкость;
8 - двухпозиционный клапан;
9 - система контроля параметров продуктов сгорания;
10 - система контроля состава продуктов сгорания;
11 - магистраль подачи химически нейтрального газа в емкость для наддува;
12 - система контроля давления;
13 - дросселирующее устройство;
14 - клапан.
Стенд для испытаний энергоустановки состоит из энергоустановки 1 с камерой сгорания 2, подстыкованными к ней магистралями подачи окислителя 3, подачи горючего 4, подачи химически нейтрального газа продувки 5, подачи балластировочной среды 6. Между энергоустановкой 1 и емкостью с химически нейтральным газом 7 установлен двухпозиционный клапан 8 с целью снижения влияния режимов запуска и остановки энергоустановки 1 на результаты отбора пробы. В емкости 7 установлены системы контроля параметров продуктов сгорания 9 и контроля состава продуктов сгорания 10. К емкости 7 подстыкована магистраль подачи химически нейтрального газа для наддува 11, на которой установлена система контроля давления 12. На выходе из емкости 7 установлено дросселирующее устройство 13 и клапан 14.
Работа стенда осуществляется следующим образом. Перед началом подачи компонентов топлива в камеру сгорания 2 по магистрали 5 подается химически нейтральный газ для продувки внутренних полостей энергоустановки 1 и емкости 7 с целью удаления воздуха и примесей, содержащихся в нем. По магистрали 11 подается химически нейтральный газ в емкость 7 для создания в ней избыточного давления относительно окружающей среды. Затем по магистралям 3 и 4 компоненты топлива подаются в камеру сгорания 2 энергоустановки 1, где происходит их поджиг и процесс горения. Далее продукты сгорания компонентов топлива смешиваются с балластировочной средой, подаваемой по магистрали 6, после чего через двухпозиционный клапан 8 направляются в емкость с химически нейтральным газом 7. Двухпозиционный клапан 8 обеспечивает сброс продуктов сгорания в атмосферу на режимах запуска и остановки энергоустановки. На стационарных режимах работы энергоустановки 1 продукты сгорания по средствам двухпозиционного клапана 8 направляют в емкость с химически нейтральным газом 7 для отбора пробы. В емкости 7 системой 9 проводится контроль параметров продуктов сгорания, а системой 10 проводится контроль состава продуктов сгорания, в том числе и полноты сгорания горючего. По завершении подачи компонентов топлива через магистраль 5 подается химически нейтральный газ для продувки внутренних полостей энергоустановки 1. Вместе с тем, системой 11 проводится наддув емкости химически нейтральным газом, с целью получения более точных результатов анализа продуктов горения. Контроль давления в емкости 7 проводится системой 12. На выходе из емкости 7 установлено дросселирующее устройство 13 для поддержания установленного давления в емкости 7 и запорная арматура, представляющая собой клапан 14, предназначенный для изоляции анализируемого объема от окружающей среды при отборе пробы для проведения анализа продуктов сгорания. Отбор пробы продуктов сгорания проводят из емкости 7 без ограничения времени анализа.
Таким образом, благодаря использованию изобретения, применение систем контроля параметров и состава продуктов сгорания позволит определить оптимальный режим работы энергоустановки для повышения ее экологичности за счет снижения выброса вредных веществ в продуктах сгорания, предотвращения накопления в системах утилизации продуктов сгорания энергоустановки непрореагировавших компонентов топлива с целью обеспечения пожаровзрывобезопасности и повышения надежности работы энергоустановки.