СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ТУРБОВИНТОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Полезная модель относится к области испытаний турбовинтовых двигателей на заводском стенде после изготовления или после проведенного ремонта.
Известны наземные (заводские) стенды для испытаний турбовинтовых двигателей, содержащие динамометрическую платформу с установленным на ней двигателем и гидротормозом. При вращении ротора трение между лопастями балансирного тормоза и периферийным слоем жидкости создает тормозящий момент, равный и противоположный крутящему моменту, при этом реактивный момент стремится повернуть статор в обратную сторону (Патент РФ №2402750 «Стенд для высотно-климатических испытаний турбовинтовых и турбовальных двигателей», G01M 15/14, 27.10.2010). Измерительная аппаратура фиксирует крутящий момент и число оборотов испытываемого двигателя. Эти стенды отличаются сложностью конструкции и соответственно дороги в изготовлении и эксплуатации. Кроме того, каждая цепь механизмов вносит определенные погрешности, которые суммарно приводят к значительным погрешностям измерений.
Известен стенд для испытаний реактивных двигателей, содержащий основание, подвешенное на упругих лентах, при этом гидродатчики, выполняющие функцию гидравлической системы, измеряемое усилие трансформируют в потенциальную энергию давления жидкости. Тяга или крутящий момент, развиваемая двигателем, передается через основание и далее на гидродатчик. Так как капельные жидкости практически несжимаемы, то давление в гидродатчике мгновенно повышается и уравновешивает измеряемую силу. Каждая цепь механизмов вносит определенные погрешности измерений. При этом, данный стенд не может обеспечить одновременное измерение тяговой силы и крутящего момента (А.С. Акобджанян. «Гидравлические системы измерений усилий», г. Москва, 1972 г., с. 46-52).
Известен также стенд для испытаний турбовинтовых двигателей (Техническое описание стенда для испытаний турбовинтового двигателя ТВ7-117), содержащий балансирную платформу, которая установлена на упругих лентах и имеет кронштейн, который своим свободным концом взаимодействует с датчиком силы. Крутящий момент, который создает винт при работе двигателя, определяется как произведение усилия на датчике и расстояния от оси двигателя до датчика - плечо (обычно 1 метр). Калибровка датчика силы производится гидравлическим цилиндром - нагружателем. Так как калибровка данной измерительной системы производится по визуальным показаниям манометра, то погрешность измерений весьма существенна. Кроме того, калибровка датчика силы производится отдельно от стенда, что не позволяет учесть влияние всех составляющих реальной стендовой системы измерения крутящего момента.
Целью изобретения является повышение точности измерения крутящего момента двигателя на стационарных и переходных режимах в различных имитируемых условиях.
Поставленная цель достигается тем, что стенд для испытаний турбовинтовых двигателей снабжен дополнительно вторым - калибровочным, более высокого класса, датчиком силы, который закреплен на подвижном элементе силового цилиндра, с возможностью взаимодействия с первым - рабочим датчиком силы, причем система управления силовым цилиндром и оба датчика силы подключены к входу процессора, выходы которого подключены к блокам отображения результатов измерения крутящего момента и калибровки рабочего датчика силы.
В качестве силового цилиндра использован гидравлический цилиндр поршневого типа, имеющий две управляемые полости: поршневую и штоковую, подключенные магистралями к выходам гидрораспределителя, вход которого подключен к системе гидравлического привода, имеющего в своем составе насосный агрегат, клапан давления с пропорциональным управлением и датчик давления.
Применение в данном предлагаемом стенде в системе измерения крутящего момента турбовинтового двигателя дополнительного датчика силы более высокого класса для калибровки рабочего датчика силы позволит значительно упростить и автоматизировать процедуру калибровки всей системы измерения крутящего момента, повысить точность измерения этого важного параметра при испытаниях двигателя. Это обусловлено тем, что в данной системе калибровочное устройство использует для тестирования первичную величину - усилие, а не давление в гидравлическом цилиндре - нагружателе, которое является вторичной величиной.
Кроме того, для создания усилия используется гидравлический цилиндр, на штоке которого закреплен калибрующий датчик, а в гидравлической системе установлен клапан давления с пропорциональным управлением и датчик давления, что позволяет регулировать давление в системе, и соответственно усилие, с помощью программируемой электронной системы.
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, где:
На Фиг. 1 показан стенд с системой измерения крутящего момента;
На Фиг. 2 - структурная схема системы измерения и регистрации.
Стенд для испытаний турбовинтовых двигателей включает в себя балансирную платформу 1, на которой закреплен испытываемый турбовинтовой двигатель 2. Платформа 1 установлена на упругих элементах. В качестве упругих элементов использованы четыре ленты 4, которыми платформа 1 связана с основанием 3, что обеспечивает ей возможность углового перемещения вокруг продольной оси. На балансирной платформе 1 закреплен рычаг 5, который своим свободным концом 6 взаимодействует с датчиком силы 7, закрепленным на основании 3 стенда. Крепление датчика силы 7 на основании 3 стенда выполнено при помощи подставки 8,. Подставка 8 состоит из двух частей, которые связаны винтовой передачей, причем на верхней части 9 закреплен датчик 7, а нижняя часть 10 закреплена на основании 3.
В соответствии с формулой полезной модели, данный стенд снабжен дополнительно вторым - калибровочным датчиком силы, который закреплен на подвижном элементе силового цилиндра с возможностью взаимодействия с первым - рабочим датчиком силы. Для создания усилия, необходимого для калибровки датчика силы 7, в данном стенде предусмотрен силовой цилиндр 11, который установлен на одной оси с рабочим датчиком силы и закреплен на кронштейне 12, жестко связанном с основанием 3. Причем корпус 13 силового цилиндра закреплен на кронштейне 12, а на штоке 14, который является подвижным элементом, закреплен второй - калибровочный датчик силы 15, который в исходном состоянии находится на некотором расстоянии H от верхнего торца свободного конца 6 рычага 5.
В соответствии с формулой полезной модели (п. 2), в качестве силового цилиндра 11 использован гидравлический цилиндр поршневого типа, имеющий две управляемые полости: поршневую 16 и штоковую 17, подключенные магистралями 18 и 19 к выходам гидрораспределителя 20, а вход которого подключен к системе гидравлического привода (Фиг. 1). В состав гидропривода входят: бак 21, насосный агрегат 22, фильтр 23, клапан предохранительный 24, манометр 25, клапан давления с пропорциональным управлением 26 и датчик давления 27.
В соответствии с формулой полезной модели система управления силовым цилиндром и оба датчика силы подключены к входу процессора, выходы которого подключены к блокам отображения результатов измерения крутящего момента и калибровки рабочего датчика силы. Датчики силы 7 и 15, а также датчик давления 27, подключены к входам процессора 29. Один выход процессора подключен к модулю 28 информации и регистрации параметров (момент крутящий, усилие), а другой - к модулю калибровки 30, а третий - к регулятору давления 26 в системе гидропривода.
Работа стенда происходит следующим образом. При испытаниях турбовинтового двигателя он создает на валу винта крутящий момент, заставляющий винт вращается, создавая поток воздуха и тягу, а реактивный крутящий момент стремится повернуть балансирную платформу 1 в обратную сторону, например, - по часовой стрелке на Фиг. 1.
При этом рычаг 5, своим свободным концом 6 взаимодействуя с датчиком силы 7, создает на нем усилие пропорциональное крутящему моменту на винте двигателя 2. Сигнал от датчика силы 7 поступает на вход процессора 29, где преобразуется в единицы измерения крутящего момента, и поступает на вход модуля 28 индикации и регистрации результатов испытания турбовинтового двигателя 2.
1
1
2
2
Калибровка рабочего датчика силы 7 производится следующим образом. Включают насос 22, и рабочая жидкость через фильтр 23 начинает поступать к гидрораспределителю 20.Затем включают на процессоре 29 режим «Калибровка», при этом начинает работать заложенная в нем соответствующая программа. Включается электромагнит УА1 гидрораспределителя 20 и рабочая жидкость поступает по магистрали 18 в поршневую 16 полость гидроцилиндра 12, а из штоковой полости 17 по магистрали 19 поступает на слив в бак 21. При этом поршень 14 перемещается вниз пока наконечник второго калибровочного датчика силы 15 не упрется в верхнюю плоскость конца 6 рычага 5, выбрав зазор Н. Одновременно клапан давления 26 автоматически настраивается на первую точку графика калибровки создавая в системе гидропривода давление p, которое отслеживается датчиком давления 27. Давление рабочей жидкости в полости 16 гидроцилиндра 11 на поршень 14 преобразуется в усилие, которое, через датчик силы 15 передается на конец рычага 5, разворачивая балансирную платформу 1 вокруг ее оси на лентах 4, и замыкается на датчике силы 7. Таким образом, в процессе калибровки нагружается и тестируется вся стендовая система измерения крутящего момента: балансирная платформа 1, рычаг 5 и рабочий датчик силы 7. При достижении заданного программой усилия P - первой точки графика калибровки, по команде от датчика давления 27 подъем давления останавливается, а в модуле 30 регистрируются показания датчиков силы 7 и 15. Затем, в соответствии с программой «Калибровка», по команде от процессора 29 вновь включается клапан давления 26, который поднимает давление в системе до p и соответственно усилие гидроцилиндра 11 до P - следующей точке на графике калибровки.
Таким образом, проходят все точки графика по нарастанию усилия, а затем в обратную сторону проходят те же точки графика, постепенно снижая давление в системе и усилие. После окончания процесса калибровки отключается электромагнит УА1 и включается УА2, при этом рабочая жидкость поступает по магистрали 19 в штоковую 17 полость гидроцилиндра 11, а из поршневой полости 16 по магистрали 18 поступает на слив в бак 21. При этом поршень 14 перемещается верх и занимает исходное положение, а электромагнит УА2 отключается по команде от датчика давления 27.
Данные, полученные в процессе калибровки, позволяют уточнить показания рабочего датчика силы 7 по показаниям калибровочного датчика силы 15, который учитывает при калибровке влияние всех составляющих стендовой системы измерения крутящего момента.
Применение в данном предлагаемом стенде, в системе измерения крутящего момента двигателя, дополнительного датчика силы более высокого класса, с помощью которого нагружается и тестируется вся стендовая система измерения крутящего момента, значительно повышает точность и достоверность результатов испытаний. Кроме того, это позволит упростить и автоматизировать процедуру калибровки основного - рабочего датчика силы, повысить точность измерения этого важного параметра при испытаниях двигателя. Это обусловлено тем, что в данной системе калибровочное устройство использует для тестирования первичную величину - усилие, а не давление в гидравлическом цилиндре-нагружателе, которое является вторичной величиной.