МАСЛОСИСТЕМА СТЕНДА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

Полезная модель относится к стендовым маслосистемам, входящим в состав стендов, на которых производятся испытания газотурбинных установок (ГТУ), применяемых в качестве приводов газоперекачивающих агрегатов (ГПА) магистральных газопроводов, а также может быть использована в составе испытательных стендов в других отраслях промышленности (авиадвигателестроение, производство и испытание дизельных двигателей и двигателей внутреннего сгорания).
В качестве прототипа принята стендовая маслосистема, входящая в состав стенда для испытаний газотурбинных двигателей (ГТД) и описанная 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.133-135. рис.4.14.
Названная стендовая маслосистема включает в себя расходный (заправочный) масляный бак, краны, фильтры грубой и тонкой очистки, теплообменник, водомасляный радиатор охладителя, терморегулятор, дроссельный расходомер.
Признаки известной стендовой маслосистемы, совпадающие с признаками заявляемой полезной модели, заключаются в наличии расходного масляного бака, теплообменника, фильтров грубой и тонкой очистки.
Причина, препятствующая получению в известном техническом решении технического результата, который обеспечивается заявляемой полезной моделью, состоит в том, что технические средства известной стендовой маслосистемы не позволяют определять безвозвратные потери масла в испытуемой газотурбинной установке, а это снижает надежность и эксплуатационные возможности стендовой маслосистемы.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение надежности и эксплуатационных возможностей стендовой маслосистемы.
Технический результат, обеспечивающий решение указанной задачи, состоит в создании технических средств определения безвозвратных потерь масла в газотурбинной установке при ее испытании на стенде.
Достигается технический результат тем, что стендовая маслосистема (маслосистема стенда для испытаний газотурбинных установок), включающая в себя расходный масляный бак, теплообменник, фильтры грубой и тонкой очистки, согласно заявляемой полезной модели содержит в своем составе мерную масляную емкость, соединенную одним трубопроводом (впускным) с теплообменником, а другим трубопроводом (выпускным) с испытуемой ГТУ, при этом на масляной мерной емкости установлено измерительное устройство с возможностью непрерывного измерения уровня масла в ней.
Достигается технический результат так же и тем, что полость мерной масляной емкости выполнена с отношением площади ее вертикального сечения к площади ее горизонтального сечения, превышающем значение 1/1.
В дополнение к этому технический результат достигается тем, что в качестве измерительного устройства применен радарный микроволновый уровнемер.
Также достигается технический результат тем, что внутри мерной масляной емкости перед входным отверстием впускного трубопровода установлено успокоительное устройство, выполненное в виде щитка-отражателя, с возможностью уменьшения возмущающего воздействия на зеркало масла в мерной масляной емкости.
Введение в состав стендовой маслосистемы мерной масляной емкости, соединенной одним трубопроводом (впускным) с теплообменником, а другим трубопроводом (выпускным) с испытуемой ГТУ, и при этом размещение на мерной масляной емкости измерительного устройства с возможностью непрерывного измерения уровня масла в ней, позволяет по непрерывно понижающемуся уровню масла в мерной масляной емкости определять общее количество и темп безвозвратных потерь масла при испытании ГТУ, которые в каждом конкретном испытании зависят от различных причин и их сочетаний (нормированные и ненормированные утечки масла через негерметичные соединения и уплотнительные элементы в ГТУ, выгорание масла от перегрева, постепенное накопление масла в тупиковых полостях ГТУ, удаление масловоздушной смеси через суфлирующие устройства в атмосферу и т.п.).
Выполнение полости мерной масляной емкости с отношением площади ее вертикального сечения к площади ее горизонтального сечения, превышающем значение 1/1, обеспечивает более высокую точность измерения изменения высоты столба масла в мерной масляной емкости в процессе испытания ГТУ, так как при большем соотношении площадей вертикального и горизонтального сечений, то есть при большей исходной высоте столба масла, зеркало масляного столба в мерной масляной емкости будет проходить большее расстояние при одном и том же секундном (минутном, часовом) расходе масла по сравнению с вариантом меньшего соотношения площадей вертикального и горизонтального сечений, то есть при меньшей исходной высоте столба масла. Здесь под секундным (минутным, часовым) расходом масла имеются в виду безвозвратные потери масла.
Применение в качестве измерительного устройства радарного микроволнового уровнемера обеспечивает повышение точности и надежности непрерывного измерения уровня масла в мерной масляной емкости и темпа его движения, а также стабильности показаний.
Размещение внутри мерной масляной емкости перед входным отверстием впускного трубопровода успокоительного устройства, выполненного в виде щитка-отражателя, с возможностью уменьшения возмущающего воздействия на зеркало масла в мерной масляной емкости позволяет повысить точность и воспроизводимость измерений уровня масла в мерной масляной емкости как в процессе испытаний ГТУ, так и при тарировках.
Новые признаки заявляемого технического решения заключаются в том, что стендовая маслосистема (маслосистема стенда для испытаний газотурбинных установок) содержит в своем составе мерную масляную емкость, соединенную одним трубопроводом (впускным) с теплообменником, а другим трубопроводом (выпускным) с испытуемой ГТУ, при этом на мерной масляной емкости установлено измерительное устройство с возможностью непрерывного измерения уровня масла в ней.
Новые признаки состоят также и в том, что полость мерной масляной емкости выполнена с отношением площади вертикального ее сечения к площади ее горизонтального сечения, превышающем значение 1/1.
Новые признаки заключаются еще и в том, что в качестве измерительного устройства применен радарный микроволновый уровнемер.
К новым признакам относится также и то, что внутри мерной масляной емкости перед входным отверстием впускного трубопровода размещено успокоительное устройство, выполненное в виде щитка-отражателя, с возможностью уменьшения возмущающего воздействия на зеркало масла в мерной масляной емкости.
Полезная модель иллюстрируется рисунками, где на фиг.1 представлена блок-схема стендовой маслосистемы (маслосистемы стенда для испытаний газотурбинных установок), на фиг.2 - упрощенный фрагмент мерной масляной емкости с успокоительным устройством, выполненным в виде щитка-отражателя.
На блок-схеме (фиг.1) стендовой маслосистемы показаны расходный масляный бак 1, теплообменник (ТО) 2 с системой масломасляного охлаждения, фильтр тонкой очистки (ФТО) 3, мерная масляная емкость 4, впускной трубопровод 5 мерной масляной емкости 4, выпускной трубопровод 6 мерной масляной емкости 4, испытуемая газотурбинная установка (ГТУ) 7, блок насосов 8 испытуемой ГТУ 7, трубопроводы различного назначения: трубопровод заправки 9 мерной масляной емкости 4 с краном 10 и фильтром грубой очистки 11, трубопровод заправки 12 теплообменника 2 с краном 13, трубопроводы 14 (от ГТУ к ФТО), 15 (от ФТО к ГТУ), 16 (от ГТУ к ТО), радарный микроволновый уровнемер 17.
На фиг.2 показан щиток-отражатель 18, расположенный внутри мерной масляной емкости 4 напротив впускного трубопровода 5.
Работа стендовой маслосистемы (маслосистемы стенда для испытаний газотурбинных установок) осуществляется следующим образом.
Вначале производится заправка маслом из расходного масляного бака 1 (фиг.1) мерной масляной емкости 4 при открытом кране 10 через фильтр грубой очистки 11, трубопровод 9, и - теплообменника 2 при открытом кране 13 через трубопровод 12, а также одновременно производится заправка маслом газотурбинной установки из расходного масляного бака 1 через открытый кран 10, через фильтр грубой очистки 11, трубопровод 9 транзитом через мерную масляную емкость 4, через трубопровод 6, блок насосов 8, трубопровод 14, фильтр тонкой очистки 3 и трубопровод 15. По окончании всех операций заправки краны 10 и 13 закрывают.
После запуска газотурбинной установки и в течение всего процесса испытания масло циркулирует по замкнутой цепи: мерная масляная емкость 4 - трубопровод 6 - блок насосов 8 газотурбинной установки 7 - трубопровод 14 - фильтр тонкой очистки 3 - трубопровод 15 - ГТУ 7 - трубопровод 16 - теплообменник 2 - впускной трубопровод 5 - мерная масляная емкость 4.
При этом масло при втекании в мерную масляную емкость 4 (фиг.2) через впускной трубопровод 5 ударяется о щиток-отражатель 18 и растекается по поверхности масла, находящегося в мерной масляной емкости 4, тонким равномерным слоем, что обеспечивает сохранение состояния поверхности (зеркала) масла без возмущений (без волн и т.п.), то есть, в состоянии, близком к плоскостному, а это является одним из условий обеспечения точности измерения уровня масла.
3
В процессе испытания происходят названные выше безвозвратные потери масла в работающей газотурбинной установке 7, что приводит к снижению притока (возврата) масла из ГТУ 7 в мерную масляную емкость 4 (по линии 7-16-2-5-4), в связи с чем, уровень масла (зеркало масла) в мерной масляной емкости непрерывно понижается. Абсолютное значение понижения уровня масла (зеркала масла) и темп этого понижения измеряется (воспринимается) радарным микроволновым уровнемером 17. Абсолютное значение понижения уровня масла (зеркала масла), измеренное в миллиметрах и пересчитанное на объемные (см) и весовые (массовые) единицы (г) и есть безвозвратные потери масла в ГТУ, а темп (скорость) понижения уровня масла (зеркала масла), также пересчитанный в соответствующих единицах (г/с или г/мин.) есть скорость безвозвратных потерь масла. Эта скорость в процессе одного испытания может быть или постоянной или переменной в зависимости от фактического течения (хода) данного конкретного испытания. Постоянная (и номинальная) скорость может трактоваться как признак стабильности тех соединений и блоков ГТУ, к которым подается масло. Изменяющаяся скорость может трактоваться как признак нестабильной работы названных соединений и блоков, что может трактоваться как признак нарастания нештатной ситуации.
По мере накопления статистики по работе заявляемой стендовой маслосистемы при большом количестве испытаний и при наличии последующей периодической дефектации ГТУ обеспечивается возможность предварительного диагностирования отдельных сборочных единиц ГТУ по данным безвозвратных потерь масла, а также прогнозирования работоспособности этих сборочных единиц при реальной эксплуатации испытанных ГТУ. Помимо названных выше возможностей заявляемой стендовой маслосистемы применительно к определению состояния испытуемой ГТУ, основанных на непрерывном измерении безвозвратных потерь масла, заявляемая стендовая маслосистема обеспечивает получение информации о необходимости своевременной ее дозаправки маслом в процессе работы, а также получение данных для повышения качества ее обслуживания и совершенствования самой стендовой маслосистемы. Все это в целом повышает надежность и эксплуатационные возможности стендовой маслосистемы (маслосистемы стенда для испытаний газотурбинных установок).
Техническое решение, составляющее предмет заявляемой полезной модели, обеспечивает получение технического результата и решение поставленной задачи, а именно, повышение надежности и эксплуатационных возможностей маслосистемы стенда для испытаний газотурбинных установок.