СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ГИДРОАГРЕГАТОВ

Полезная модель относится к машиностроительной гидравлике, в частности к стендам для испытания гидроагрегатов, и может быть использовано при проведении замеров параметров работы гидравлических аппаратов непосредственно на местах их эксплуатации, в том числе, на открытом воздухе при отрицательных его температурах.
Известен стенд для испытания гидроаппаратуры, содержащий насос с всасывающей и напорной магистралями, в последней из которых установлены предохранительный и переливной клапаны, золотник с переключением от реле времени и дроссель, а так же дополнительно регулируемый дроссель, обратный клапан и двухходовой двухпозиционный распределитель с электромагнитным управлением, установленный на всасывающей магистрали, причем золотник распределителя выполнен подпружиненным и имеет торцовую сливную и управляющую полости [SU 652368].
Недостатком данного технического решения является его стационарное исполнение, т.е. невозможность использования стенда для испытания крупногабаритных гидроагрегатов на местах эксплуатации. Кроме того, ограничен диапазон температур окружающей среды, при которых могут производиться испытания и регламентные проверки, поскольку при низких температурах окружающей среды вязкость рабочей жидкости может повышаться до значений, при которых не обеспечивается работоспособность некоторых элементов гидроаппаратуры и контрольно-измерительных приборов, а при перегреве происходит разложение рабочей жидкости - минерального масла. Это ограничивает область применения стенда для испытания гидроагрегатов.
Известен также стенд для испытания гидроаппаратуры, содержащий выполненные с возможностью установки на транспортном средстве, например, на прицепе, бак с рабочей жидкостью, питающий насос с нагнетательной гидролинией, подключенной через трехпозиционный распределитель к коллекторам, выполненным с кранами для подключения испытуемой гидроаппаратуры и соединения с баком, обогреваемый блок контроля и управления с контрольно-измерительным оборудованием, подключенным к датчикам давления, расхода и температуры рабочей жидкости, при этом нагревательное устройство и контрольно-измерительная аппаратура расположены в изолированном шкафу (RU 143128, прототип)
Основным недостатком данного технического решения является невозможность использования стенда для испытания гидроагрегатов во всем диапазоне температур окружающей среды, в том числе и под воздействием солнечной радиации, резко нагревающей оборудование. Кроме того, сколько-нибудь длительная работа любого гидрооборудования приводит к большому тепловыделению, идущему в основном на нагрев рабочей жидкости, а при перегреве происходит сначала резкое снижение вязкости, а затем - разложение рабочей жидкости (минерального масла). Все это приводит к нарушению работоспособности стенда и к получению недостоверных (не соответствующих требованиям точности) результатов.
Технической задачей предлагаемого решения является создание эффективного стенда для испытаний гидроаппаратуры и расширение арсенала мобильных стендов для испытаний гидроаппаратуры
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задача, заключается в расширении диапазона использовании стенда во всем диапазоне возможных климатических условий окружающей среды, а также повышение точности получаемых результатов благодаря исключению влияния температурного изменения свойств рабочей жидкости за счет стабилизации ее температуры как при положительных, так и при отрицательных температурах воздуха, в том числе при длительной работе, неизбежно характеризующейся большим выделение тепла.
Сущность полезной модели состоит в том, что стенд для испытания гидроаппаратуры содержит выполненные с возможностью установки на транспортном средстве бак с рабочей жидкостью, питающий насос с нагнетательной гидролинией, подключенной через трехпозиционный распределитель к коллекторам, выполненным с кранами для подключения испытуемой гидроаппаратуры и соединения через сливную гидролинию с баком, обогреваемый блок контроля и управления с контрольно-измерительным оборудованием, подключенным к датчикам давления, расхода и температуры рабочей жидкости, отличающийся тем, что он снабжен датчиком температуры окружающей среды, проточными электронагревательными устройствами в нагнетательной и сливной гидролиниях, а также компрессором с испарителем и с пусковым устройством, конденсатором и двумя вентиляторами с приводом, регулируемым по скорости вращения, радиатором, и двухпозиционным распределителем, причем испаритель и радиатор через двухпозиционный распределитель включены последовательно друг другу в нагнетательную гидролинию питающего насоса, испаритель выполнен с возможностью теплообмена между рабочей жидкостью и хладагентом компрессора, конденсатор и радиатор установлены с возможностью обдува вентиляторами, при этом блок контроля и управления снабжен процессором подключенным цепями управления к двухпозиционному распределителю, приводу вентиляторов, электронагревательным устройствам и к пусковому устройству компрессора. Предпочтительно, привод вентиляторов выполнен с возможностью изменения скорости вращения вентиляторов
На чертеже изображена принципиальная схема стенда для испытаний гидроаппаратуры.
Стенд для испытания гидроаппаратуры содержит оборудование, выполненное с возможностью установки на транспортном средстве (не изображено), т.е. смонтированное в едином бункере или на единой раме, пригодной для установки на транспортном средстве. Оборудование стенда включает бак 1 с рабочей жидкостью, питающий насос 2 с нагнетательной гидролинией (не обозначена) с фильтром 3, подключенной через трехпозиционный распределитель 5, имеющий электромагниты 23 управления, к коллекторам 7, 8, выполненным с кранами 9, 10 для подключения испытуемой гидроаппаратуры 14 и соединения через сливную гидролинию (не обозначена) с баком 1.
Нагнетательная гидролиния дополнительно подключена к баку 1 через клапан 4. Обогреваемый блок 6 контроля и управления расположен в обогреваемом шкафу и содержит контрольно-измерительное оборудование, подключенное к датчикам 12 давления, датчикам 11 расхода и датчикам 13 температуры рабочей жидкости. При этом блок 6 с контрольно-измерительной аппаратурой расположен в изолированном шкафу и имеет панель для представления информации оператору (не изображено). Стенд снабжен датчиком температуры окружающей среды (не изображен), проточными электронагревательными устройствами (электронагревателями) 15 в нагнетательной и сливной гидролиниях, а также компрессором 16 с испарителем 17 и с пусковым устройством (не изображено), конденсатором 21 и двумя вентиляторами 18 с приводом (не обозначен), регулируемым по скорости вращения, радиатором 19, и двухпозиционным распределителем 20 с электромагнитом 22 переключения (управления). Электромагниты 22, 23 управления распределителей 21 и 5 могут быть выполнены тянущими или толкающими. Распределители 21 и 5 выполняются с возможностью подачи текучей среды от насоса 2 к гидроаппаратуре 14 по нагнетательной гидролинии при проведении испытания, и соединения нагнетательной гидролинии с баком 1 в остальное время. Испаритель 17 и радиатор 19 через двухпозиционный распределитель 20 включены последовательно друг другу в нагнетательную гидролинию питающего насоса 2. Испаритель 17 выполнен с возможностью теплообмена между рабочей жидкостью и хладагентом компрессора 16, конденсатор 21 и радиатор 19 установлены с возможностью обдува вентиляторами 18. При этом блок 6 контроля и управления снабжен процессором (не изображен) подключенным цепями управления (не обозначены) к двухпозиционному распределителю 20, трехпозиционному распределителю 5, приводу вентиляторов 18, электронагревательным устройствам 15 и к пусковому устройству компрессора 16.
Стенд для испытания гидроаппаратуры работает следующим образом.
Стенд перемещается на транспортном средстве (в частных случаях - на прицепном транспортном средстве) на место испытаний. Электропитание стенда осуществляется от местной электрической сети или от автономного генератора.
Испытуемая гидроаппаратура - гидроагрегат 14 подключают коллекторами 7 и 8 с кранами 9 и 10 к нагнетательной гидролинии путем установления по командам блока 6 соответствующего положения распределителей 5, 20. После включения питающего насоса 2 рабочая жидкость под соответствующим давлением поступает из бака 1 по нагнетательной гидролинии в коллекторы 7 и 8 с кранами 9, 10 к испытуемому гидроагрегату 14. При этом посредством датчиков 11, 12, 13 производят соответствующие измерения характеристик работы гидроагрегата 14, результаты которых передаются на приборы контрольно-измерительной аппаратуры, размещенные в блоке 6 в обогреваемом шкафу. После обработки результаты замеров поступают на панель оператора, служащую для отображения информации об испытаниях. В шкафу 6 обеспечено поддержание положительной температуры внутреннего воздуха даже при отрицательных температурах наружного воздуха. За счет этого обеспечивается работоспособность контрольно-измерительной аппаратуры, расположенной внутри шкафа 6, при отрицательной температуре наружного воздуха,
В процессе непрерывной работы происходит нагрев рабочей жидкости в баке 1 до достижения установившейся температуры, длительность достижения и значение которой для одного и того же стенда зависит от условий теплоотвода, преимущественно от температуры окружающей среды (атмосферного воздуха), которая может колебаться в пределах ±50°C. Вязкость рабочей жидкости (минерального масла МГЕ 10А или МГЕ 10Б и т.п.) может изменяться при этом в несколько раз, а во всем указанном диапазоне - в тысячи раз. Соответственно изменяются гидравлические потери на всех участках протекания рабочей жидкости.
Данные явления неизбежно приводят к снижению точности работы и нестабильности статических и динамических характеристик стенда.
Если включение осуществляется при низкой температуре окружающей среды и рабочей жидкости, вязкость рабочей жидкости велика и ее движение протекает замедленно, при повышенных значениях перепада давления на гидроагрегате 14. В этом случае при включении или перед ним включаются электронагреватели 15, которые обеспечивают повышение температуры рабочей жидкости до оптимальной (как правило, 20±5°C) или близкой к ней. В дальнейшем, если гидроагрегат 14 работает в условиях температуры окружающей среды ниже минус 30°C, количество работающих электронагревателей 15 может уменьшаться, поддерживая стабильный оптимальный температурный режим рабочей жидкости. Компрессор 16 и вентиляторы 18 при этом не включаются и поток рабочей среды циркулирует через испаритель 17 без охлаждения в нем.
Однако, чаще всего даже при отрицательной температуре рабочей жидкости, тепловыделение в гидроагрегате 14 и гидролиниях так велико (в основном за счет дросселирования), что после нескольких минут работы температура рабочей жидкости может превышать оптимальную, а при включении в условиях повышенной температуры окружающей среды температура рабочей жидкости превышает оптимальную уже в момент включения.
Поэтому для обеспечения работы стенда включаются средства охлаждения рабочей жидкости. Если температура окружающей среды отрицательная, циркуляция рабочей жидкости производится через радиатор 19 при включении одного или двух вентиляторов 18 и выключенном компрессоре 16. Тепло, отбираемое от рабочей жидкости, отводится воздухом, проходящим через наружную поверхность радиатора 19, которая обдувается с помощью вентиляторов 18. В дальнейшем при снижении температуры рабочей жидкости до оптимальной один из вентиляторов 18 может выключаться и включаться периодически. Если температура рабочей жидкости снизится значительно ниже оптимальной, могут периодически выключаться и включаться оба вентилятора 18, в соответствии с программой процессора.
Если температура окружающей среды положительная, циркуляция рабочей жидкости производится через испаритель 17 при включении одного или двух вентиляторов 18. Для этого включаются компрессор 16 и два вентилятора 18. Компрессор 16, привод которого выполнен в виде асинхронного электродвигателя переменного тока, осуществляет сжатие и циркуляцию паров хладагента (например, фреона). В конденсаторе 21 происходит охлаждение паров хладагента до температуры конденсации и последующая конденсация паров, тепло, выделяющееся при этом, отводится воздухом под действием вентиляторов 18, которые обеспечивают просасывание окружающего воздуха через конденсатор 21. Фильтр-осушитель (не обозначен) предназначен для очистки хладагента от механических примесей и удаления из него влаги путем поглощения ее силикагелем. В испарителе 17 происходит кипение хладагента за счет тепла, отбираемого от рабочей жидкости. При этом тепло, отбираемое от рабочей жидкости, отводится хладагентом, проходящим через каналы испарителя 17, которые выполнены смежными (соприкасающимися) с каналами рабочей жидкости. В дальнейшем при снижении температуры рабочей жидкости один из вентиляторов 18 может выключаться и включаться процессором по сигналам датчиков 13 температуры периодически.
Как при работе испарителя 17, так и при работе радиатора 19, выполняющих каждый, при необходимости, функции теплообменника, возможна настройка установившейся температуры рабочей жидкости в более узком диапазоне (±3°C) с помощью вентиляторов 18. Приводы вентиляторов 18 переменного тока, представляющие собой асинхронные электродвигатели, обеспечивают возможность включения процессором как вместе, так и порознь с номинальным (2800) или пониженным (1450) числом оборотов в минуту. Изменение скорости производится путем переключения цепей электродвигателей - соединения трехфазной обмотки двигателя вентилятора 18 с треугольника на звезду и обратно блоком 6.
Как при работе испарителя 17, так и при работе радиатора 19 возможна еще более тонкая настройка установившейся температуры рабочей жидкости (±1°C) с помощью электронагревателей 15, которые включаются в соответствии с алгоритмами автоматических режимов и осуществляют дополнительную коррекцию температуры рабочей жидкости.
Так как радиатор 19 максимально приближен и расположен в пространстве параллельно конденсатору 21, они обдуваются одними и теми же вентиляторами 18, в результате резко сокращаются габариты и мощность, потребляемая на поддержание стабильной оптимальной температуры рабочей жидкости.
Датчики 13 температуры, осуществляющие контроль температуры рабочей жидкости, и датчик температуры, осуществляющий контроль температуры воздуха, подключены к процессору, который в процессе работы использует измеренные величины температуры при управлении устройствами стенда. В качестве датчиков 13 температуры могут использоваться предпочтительно малоинерционные платиновые термосопротивления ТСП 001-04 по ТУ 4211-007-02566817-97.
Донесение о нормальном температурном режиме гидроагрегата 14 и возможности осуществления его испытания формируется процессором, если температура рабочей жидкости находится в заданных пределах и не произошло отключение стенда вследствие внутренней неисправности: отказ компрессора 16, обоих вентиляторов 18, одного или более электронагревателей 15 и распределителей устройства 5, 20. При отсутствии донесения о нормальном температурном режиме процессор (в соответствии с заложенной программой) выключает стенд и сигнализирует о наличии неисправности.
Данный стенд сохраняет свои параметры в пределах установленных норм во время и после воздействия на него внешнего фактора - температуры окружающей среды, т.е. является стойким, прочным и устойчивым.
В результате температура окружающей среды рабочей жидкости практически не влияет на точность определения значений параметров испытуемого гидроагрегата 14.
При этом расширен температурный диапазон надежной работы стенда, повышена достоверность и точность получаемых испытаний, устранен разброс характеристик при работе в различных условиях окружающей среды, расширены функциональные возможности стенда за счет возможности изменения заданной и поддерживаемой в ходе испытаний температуры рабочей жидкости.
Перечисленные обстоятельства свидетельствуют о повышении эффективности применения стенда для испытания гидроагрегатов.