СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЬ НА ИСПЫТАТЕЛЬНОМ СТЕНДЕ Российский патент 2025 года по МПК G01M15/14 F01D21/16 F02C9/46 

Область техники

[001] Изобретение относится к области испытания двигателей, в том числе газотурбинных двигателей, более конкретно - к системе для управления подачей топлива в двигатель на испытательном стенде для испытания двигателей, а также к стенду для испытания двигателей с соответствующей системой и способу управления подачей топлива в двигатель при внештатной ситуации на таком испытательном стенде для испытания двигателей.

Уровень техники

[002] Испытания двигателей, в том числе газотурбинных двигателей, сопряжены с рядом сложностей. Так, существующие механические, например тросовые, системы управления подачей топлива в испытываемый двигатель требуют большого пространства для размещения, а потому не применимы к малым стендам для испытания двигателей, кроме того, они сложны в эксплуатации и имеют относительно невысокую точность согласования параметров, а также подвержены влиянию человеческого фактора. Преимуществом электронных систем управления подачей топлива в двигатель при испытаниях является повышение надежности испытаний, обусловленное более точным заданием параметров и снижением влияния человеческого фактора. Недостатком электронных систем может быть необходимость в постоянном электропитании, прекращение которого приводит к невозможности управления параметрами подачи топлива и, соответственно, тягой двигателя, в результате чего может происходить повышенный износ или даже разрушение двигателя. Кроме того, опасностью является также отказ электронной системы управления, в результате чего управление подачей топлива в двигатель также невозможно. В некоторых электронных системах управления в таких случаях предусмотрено прерывание испытания путем прекращения подачи топлива в двигатель, в результате чего последний вновь испытывает разрушающие нагрузки.

[003] Обеспечить возможность плавного вывода двигателя на безопасный режим во внештатной ситуации можно при добавлении в систему источника бесперебойного питания. Такое решение предложено в модульной системе управления двигателем РУД-МК5 (https://tn-ps.m/business/production/sistema-upravleniva-dvigatelem-i-rvchaga-ostanovki-dvigatelya-rud-i-rod-rud-mk3.html). которая выбрана в качестве ближайшего аналога настоящего изобретения. Система предназначена для дистанционного управления насосом-регулятором газотурбинных двигателей при испытаниях в наземных условиях и содержит пульт управления, электрические исполнительные механизмы и встроенный вторичный источник электропитания. Система управляется посредством передачи сигналов с пульта управления на исполнительные механизмы и поворота ими вала насоса-регулятора испытуемого двигателя. Указанная система позволяет в автоматическом режиме проводить испытания двигателей, а наличие в системе встроенного вторичного источника электропитания позволяет в ручном режиме плавно вывести двигатель на безопасный режим и отключить его при отключении электроэнергии или отказе электронной системы управления. Однако, наличие вторичного источника электропитания усложняет конструкцию системы, ее эксплуатацию и обслуживание. Более того, поскольку испытательный стенд, в составе которого работает система управления двигателем, представляет собой систему, состоящую из множества устройств и элементов, расположенных на достаточно большом расстоянии друг от друга и соединенных различными кабелями, опасность для испытательного процесса представляет так же и внештатная ситуация, связанная с выходом из рабочего состояния, например, связанная с оплавлением, перетиранием, обрывом и т.д., некоторых кабелей. В частности, при выходе из рабочего состояния кабелей, питающих исполнительные механизмы, даже при штатной подаче стенду электропитания, управление подачей топлива в двигатель становится невозможным несмотря на наличие источника бесперебойного питания.

[004] Известен испытательный стенд для испытаний газотурбинных двигателей совместно с цифровой системой автоматического управления и контроля (RU 89178 U1, F02C 9/28, опубл. 27.11.2009), предполагающий возможность прекращения питания исполнительного механизма. Конструкция известного испытательного стенда позволяет, при внештатной ситуации, связанной с разрывом электрической цепи исполнительного механизма, прервать подачу питания в электрической цепи цифровой системы автоматического управления и контроля. Таким образом, при внештатной ситуации, связанной с прекращением подачи электропитания на исполнительный механизм, согласно известному техническому решению, предполагается остановка двигателя, что, как было описано выше, оказывает негативное влияние на двигатель. Более того, стенд и система управления оказываются чрезмерно усложненными как в производстве, так и в обслуживании, а кроме того, вследствие наличия большего числа элементов и их связей, повышаются риски отказа стенда и системы.

[005] Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание простой в эксплуатации и обслуживании, надежной и безопасной системы управления подачей топлива в двигатель на стенде для испытания двигателей. Еще одной задачей настоящего изобретения является расширение арсенала технических средств, используемых в области испытания двигателей, в частности газотурбинных двигателей.

Раскрытие сущности изобретения

[006] Указанная задача решена предлагаемой системой для управления подачей топлива в двигатель на испытательном стенде для испытания двигателей. Система содержит первый исполнительный механизм, выполненный с возможностью управления подачей топлива в двигатель на основании управляющего сигнала от блока управления стендом, а также второй исполнительный механизм, выполненный с возможностью прекращения или возобновления подачи топлива в двигатель на основании управляющего сигнала от блока управления стендом. Система отличается тем, что она также содержит по меньшей мере одно энергонезависимое средство управления, которое соединено с одним из исполнительных механизмов для передачи управляющего воздействия.

[007] Преимущество предложенной системы перед известными из уровня техники состоит в том, что благодаря наличию в ней по меньшей мере одного энергонезависимого средства управления обеспечиваются как надежность и безопасность испытаний двигателей на стенде с технической точки зрения, так и удобство и безопасность для персонала за счет обеспечения возможности полной или частичной остановки подачи топлива в двигатель и, таким образом, безопасного продолжения испытаний или полной или частичной остановки испытаний в условиях прекращения подачи стенду и/или по меньшей мере одному исполнительному механизму электроэнергии, что может произойти при обрыве, оплавлении или перетирании кабелей, соединяющих этот исполнительный механизм с системой подачи электропитания.

[008] В частном варианте осуществления энергонезависимое средство управления соединено с первым исполнительным механизмом, выполненным с возможностью управления подачей топлива в двигатель. При этом, указанное управляющее воздействие обеспечивает поворот вала насоса-регулятора двигателя в положение, соответствующее изменению объема подачи топлива в двигатель. Таким образом, в случае прекращения подачи стенду или первому исполнительному механизму электроэнергии имеется возможность плавного уменьшения подачи топлива в двигатель до уровня, обеспечивающего безопасное завершение испытаний или безопасную работу двигателя и, соответственно, продолжение испытаний, при такой подаче топлива.

[009] В другом частном варианте осуществления энергонезависимое средство управления соединено со вторым исполнительным механизмом, выполненным с возможностью прекращения подачи топлива в двигатель. При этом, указанное управляющее воздействие обеспечивает поворот стоп-крана насоса-регулятора в положение, соответствующее прекращению или возобновлению подачи топлива в двигатель. Таким образом, в случае прекращения подачи стенду или второму исполнительному механизму электроэнергии имеется возможность безопасной остановки двигателя или безопасного запуска, который может быть использован для начала испытания двигателя при исправности стенда в остальном.

[010] В частном варианте осуществления системы указанное по меньшей мере одно энергонезависимое средство содержит по меньшей мере один трос и механическую муфту. При этом механическая муфта соединена с одной стороны с одним из исполнительных механизмов, а с другой стороны, в зависимости от типа исполнительного механизма, с валом насоса-регулятора или со стоп-краном двигателя. При этом взаимодействие энергонезависимого средства управления с валом насоса-регулятора или со стоп-краном двигателя обеспечено наличием в муфте управляющего кольца с внутренним выступом, которое снаружи соединено с указанным по меньшей мере одним тросом, и вала с внешним выступом, соединенного с валом насоса-регулятора или со стоп-краном двигателя. Такая реализация энергонезависимого средства управления является простой в осуществлении, а также обеспечивает возможность управления подачей топлива для приостановки или полного завершения испытания двигателя во внештатной ситуации при испытаниях, обеспечивая уменьшение его износа. В предпочтительном варианте осуществления указанное по меньшей мере одно энергонезависимое средство управления содержит два троса, соединенных с механической муфтой. Альтернативно, указанный трос может быть выполнен в кольцевом виде и пропущен через систему блоков. При этом в обоих предпочтительных вариантах осуществления внутренний выступ управляющего кольца указанной муфты имеет увеличенный размер. Таким образом, имеется как возможность уменьшения подачи топлива в двигатель или возможность его остановки, так и возможность увеличения подачи топлива в двигатель или возможность его запуска. В результате, если все остальные компоненты испытательного стенда штатно работают, имеется возможность безопасного проведения испытаний по тросовой схеме управления при неисправности одного из исполнительных механизмов.

[011] В еще одном частном варианте осуществления системы энергонезависимое средство содержит по меньшей мере один трос и электромагнитную муфту. При этом указанная электромагнитная муфта соединена с одной стороны с одним из исполнительных механизмов, а с другой стороны, в зависимости от исполнительного механизма, с валом насоса-регулятора или со стоп-краном двигателя. При этом взаимодействие энергонезависимого средства управления с валом насоса-регулятора или со стоп-краном двигателя обеспечено поворотом вала электромагнитной муфты, соединенного с указанным валом насоса-регулятора или со стоп-краном двигателя, при зацеплении имеющихся в муфте подвижного фрикционного диска, с которым соединен указанный по меньшей мере один трос, и неподвижного фрикционного диска, который размещен на указанном валу электромагнитной муфты, в результате прижатия подвижного фрикционного диска к неподвижному фрикционному диску пружиной, высвобождаемой при отключении электромагнита. При этом питание на указанный исполнительный механизм и электромагнит подается от одного источника. В результате изобретение обеспечивает возможность безопасного управления подачей топлива в двигатель во внештатной ситуации, связанной с обесточиванием всего испытательного стенда или только исполнительного механизма. В предпочтительном варианте осуществления указанное по меньшей мере одно энергонезависимое средство управления содержит два троса, соединенных с электромагнитной муфтой. Альтернативно, указанный трос может выполнен в кольцевом виде и пропущен через систему блоков. Таким образом, имеется как возможность уменьшения подачи топлива в двигатель или возможность его остановки, так и возможность увеличения подачи топлива в двигатель или возможность его запуска. В результате, если все остальные компоненты испытательного стенда штатно работают, имеется возможность безопасного проведения испытаний по тросовой схеме управления при неисправности одного из исполнительных механизмов.

[012] Еще одним аспектом настоящего изобретения является испытательный стенд для испытания двигателя. Стенд содержит площадку для размещения и подключения двигателя и блок управления, содержащий панель управления. Кроме того, стенд включает системы, выполненные с возможностью подвода двигателю воздуха и отведения от него отработанных газов, и датчики, выполненные с возможностью измерения и передачи параметров работы двигателя в блок управления. Также стенд содержит систему подачи электроэнергии, соединенную с указанными системами и датчиками с возможностью подачи к ним электроэнергии, а также с блоком управления. Стенд для испытания двигателей отличается тем, что он включает в себя вышеописанную систему для управления подачей топлива в двигатель, обеспечивающую упрощение управления испытаниями, повышение их безопасности, надежности, экологичности.

[013] В частном варианте осуществления стенд может содержать источник бесперебойного питания, выполненный с возможностью временной подачи электроэнергии к системам, датчикам и блоку управления стенда, что позволяет обеспечивать проведение испытаний при кратковременных прекращениях подачи стенду электроэнергии, дополнительно повышая удобство управления стендом и повышая надежность результатов проводимых испытаний.

[014] В другом частном варианте осуществления блок управления в стенде может быть выполнен с возможностью управления испытанием по заложенной в него циклограмме, в результате чего обеспечивается минимальное участие персонала в испытании двигателя, повышая надежность его результатов и снижая влияние на них человеческого фактора.

[015] Кроме того, аспектом настоящего изобретения также является способ управления подачей топлива в двигатель на вышеописанном стенде для испытания двигателя при внештатной ситуации. В предложенном способе отслеживают подачу электроэнергии исполнительным механизмам от системы подачи стенду электроэнергии. Предложенный способ отличается тем, что при прекращении подачи исполнительному механизму электроэнергии от системы подачи стенду электроэнергии подачей топлива в двигатель управляют с использованием энергонезависимого средства управления, таким образом, обеспечена возможность продолжения, приостановки или полной остановки испытаний без рисков для персонала и оборудования, в том числе - подлежащего испытанию двигателя.

[016] В частном варианте осуществления способа с использованием энергонезависимого средства управления управляют подачей топлива в двигатель, обеспечивая поворот вала насоса-регулятора двигателя в положение, соответствующее изменению подачи топлива в двигатель.

[017] В другом частном варианте осуществления способа с использованием энергонезависимого средства управления управляют подачей топлива в двигатель, обеспечивая поворот стоп-крана насоса-регулятора в положение, соответствующее прекращению или возобновлению подачи топлива в двигатель.

[018] Таким образом, описанные выше варианты осуществления способа управления подачей топлива в двигатель при внештатной ситуации на стенде для испытания двигателей обеспечивают как принципиальную возможность управления подачей топлива при потере контроля над исполнительными механизмами, так и позволяют продлить срок службы двигателя за счет отсутствия резких изменений подачи топлива. Кроме того, изобретение позволяет повысить безопасность и экологичность испытаний за счет снижения вероятности перегрева и разрушения двигателя при неуправляемых исполнительных механизмах, а также другие преимущества перед средствами, известными из уровня техники.

Краткое описание чертежей

[019] Настоящее изобретение далее будет подробно описано со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:

[020] на ФИГ. 1 схематически представлено подключение исполнительных механизмов к двигателю на испытательном стенде,

[021] на ФИГ. 2 схематически представлено подключение исполнительного механизма к энергонезависимому средству управления, выполненному в виде электромагнитной муфты с тросами,

[022] на ФИГ. 3 представлен более детальный вид энергонезависимого средства управления по ФИГ. 2,

[023] на ФИГ. 4 представлен вид энергонезависимого средства управления по ФИГ. 2 в разрезе,

[024] на ФИГ. 5 схематически представлено подключение исполнительного механизма к энергонезависимому средству управления, выполненному в виде механической муфты с тросами,

[025] на ФИГ. 6 представлен более детальный вид энергонезависимого средства управления по ФИГ. 5,

Осуществление изобретения

[027] Проведение испытания двигателя, в том числе газотурбинного двигателя, включает в себя тестирование многих его характеристик. На ФИГ. 1 представлено схематическое изображение двигателя на испытательном стенде для испытания двигателей. Предложенный стенд включает в себя различные системы и устройства для проведения испытаний, в частности, площадку 1 для размещения и подключения двигателя 100, блок управления (не показан), содержащий панель управления и выполненный с возможностью управления испытанием двигателя 100. Кроме того, стенд содержит не показанные на фигурах систему подачи стенду электроэнергии, систему для подвода двигателю 100 воздуха и систему для отведения от него отработанных газов, а также датчики, выполненные с возможностью измерения и передачи параметров работы двигателя 100 в блок управления. При этом выбор отслеживаемых параметров осуществляется в зависимости от характера испытаний. В целом, испытательный стенд включает в себя более 40 систем, необходимых для проведения испытаний двигателей. Среди них в указанном стенде имеется система для управления двигателем.

[028] Система для управления двигателем на стенде для испытания двигателей объединяет множество систем, позволяющих обеспечивать работу и управлять двигателем при испытаниях. Так, масляная система обеспечивает уменьшение трения и, соответственно, износа двигателя 100 и стенда при испытаниях. Кроме того, в частных вариантах осуществления, в зависимости от типа испытаний и вида двигателя, подлежащего испытанию, стенд может содержать систему охлаждения двигателя, которая обеспечивает охлаждение установок и штатное проведение испытаний, предотвращая разрушение элементов двигателя и/или стенда при воздействии высокой температуры, а также обеспечивает надежность результатов испытаний двигателя. Также система для управления двигателем на стенде для испытания двигателей содержит систему 4 для управления подачей топлива в двигатель, являющуюся одним из ключевых элементов этой системы и стенда для испытания двигателей в целом. Указанная система 4 обеспечивает подачу топлива в двигатель в требуемом объеме и позволяет точно контролировать расход топлива и, соответственно, нагрузку на двигатель.

[029] Обеспечение всесторонней безопасности и надежности результатов испытаний является важной задачей при конструировании стендов для испытания двигателей. Для этого система для управления подачей топлива содержит первый исполнительный механизм 5, выполненный с возможностью управления подачей топлива в двигатель 100 путем поворота вала насоса-регулятора двигателя на основании управляющего сигнала от блока управления стендом для испытания двигателей. В результате этого поворота вала насоса-регулятора двигателя 100 изменяется проходное сечение насоса-регулятора и, таким образом, пропорционально изменению этого сечения изменяется интенсивность подачи топлива в двигатель 100. Также указанная система содержит второй исполнительный механизм 6, выполненный с возможностью прекращения подачи топлива в двигатель путем поворота стоп-крана на основании управляющего сигнала от блока управления стендом для испытания двигателей. В этом случае стоп-кран перекрывает проходное сечение насоса-регулятора, в результате чего топливо не может более поступать в двигатель 100, таким образом, второй исполнительный механизм 6 в данном случае по существу дублирует функцию первого исполнительного механизма по прекращению подачи топлива в двигатель 100, осуществляя это другими средствами и значительно быстрее. Это важно при возникновении аварийной ситуации, а может быть использовано для штатного завершения испытаний или даже может входить в программу испытаний. Для возобновления подачи топлива в двигатель 100, соответственно, требуется повернуть стоп-кран в положение, соответствующее возобновлению подачи топлива в двигатель 100, и второй исполнительный механизм 6 выполнен с возможностью управления этим действием. На ФИГ. 1 схематически представлено подключение первого и второго исполнительных механизмов 5 и 6 к двигателю 100 в такой системе 4. Согласно идее настоящего изобретения, для обеспечения безопасности испытаний для персонала и окружающей среды, для обеспечения меньшего износа испытуемых двигателей, а также для обеспечения надежности получаемых результатов, система 4 для управления подачей топлива содержит одно или несколько энергонезависимых средств управления, каждое из которых связано с одним исполнительным механизмом 5 или 6 таким образом, чтобы передавать управляющее воздействие на этот механизм.

[030] В представленном на ФИГ. 2 варианте осуществления энергонезависимое средство 71 содержит электромагнитную муфту 81 и по меньшей мере один трос 91, подключение которого и более детальное изображение энергонезависимого средства 71 показано на ФИГ. 3. Указанное энергонезависимое средство 71 может быть соединено как с первым исполнительным механизмом 5, выполненным с возможностью управления подачей топлива в двигатель 100, так и со вторым исполнительным механизмом 6, выполненным с возможностью прекращения подачи топлива в двигатель 100. Далее для примера сначала описан вариант осуществления изобретения для случая соединения энергонезависимого средства 71 с первым исполнительным механизмом 5. Электромагнитная муфта 81 состоит из неподвижного фрикционного диска 101 и подвижного фрикционного диска 111, размещенных на валу 121, соединенном с валом насоса-регулятора двигателя с одной стороны и с первым исполнительным механизмом 5 с другой стороны, например, посредством соединительной муфты 131. При этом указанный по меньшей мере один трос 9а подключен к подвижному фрикционному диску 111. Каждый из фрикционных дисков 101 и 111 может быть выполнен за единое целое в виде металлического диска с нанесенными на поверхности насечками или выполнен в виде диска, на поверхности которого обеспечен фрикционный материал, например, в виде напыленного или осажденного фрикционного покрытия или накладки из фрикционного материала. Кроме того, электромагнитная муфта 81 содержит также электромагнит 141, питаемый тем же источником, что и исполнительный механизм 5. Внутри электромагнита 141 размещена пружина 151 (ФИГ. 4). При штатной работе стенда, то есть при подаче электроэнергии электромагниту 141, подвижный фрикционный диск 111 прижат к электромагниту 141 силой, создаваемой при работе электромагнита 141. Таким образом, при штатной работе стенда пружина 151 находится в сжатом состоянии внутри электромагнита 141. В результате, указанный по меньшей мере один трос 91 энергонезависимого средства 71 при штатной работе стенда выведен из взаимодействия с первым исполнительным механизмом 5, к которому энергонезависимое средство 71 подключено, и из взаимодействия с валом насоса-регулятора двигателя 100. В частности, как еще более детально показано на ФИГ. 4, где энергонезависимое средство 71 представлено в разрезе, фрикционный диск 111 содержит втулку 1111, обладающую антифрикционными свойствами. В частности, втулка 1111 может быть изготовлена из фторопласта. Также изобретение предусматривает установку электромагнита 141 на валу 121 при помощи опорного подшипника 1411. Таким образом, при штатной работе испытательного стенда вал насоса-регулятора двигателя 100 поворачивается первым исполнительным механизмом 5 без взаимодействия с тросовой системой управления.

[031] Энергонезависимое средство 71 работает в системе 4 следующим образом. При штатной подаче первому исполнительному механизму 5, к которому средство 71 подключено, и/или испытательному стенду электроэнергии благодаря наличию электромагнитного взаимодействия электромагнита 141 и подвижного фрикционного диска 111 указанный по меньшей мере один трос 91 не может обеспечивать управление валом насоса регулятора и, таким образом, не может обеспечивать управление подачей топлива в двигатель 100 на испытательном стенде. Во внештатной ситуации при прекращении подачи стенду и/или первому исполнительному механизму 5 электроэнергии, когда теряется управление первым исполнительным механизмом 5 посредством управляющих сигналов блока управления, управление первым исполнительным механизмом 5 может быть осуществлено оператором управлением указанным по меньшей мере одним тросом 91. Эта возможность управления тросом 91 обеспечена тем, что при исчезновении магнитного поля магнитное взаимодействие (притяжение) подвижного фрикционного диска 111 и электромагнита 141 разрывается, и пружина 151 при помощи накопленной энергии прижимает подвижный фрикционный диск 111 с прикрепленным к нему по меньшей мере одним тросом 9а к неподвижному фрикционному диску 101. В результате, между дисками 101 и 111 происходит фрикционное зацепление. Благодаря этому оператор испытательного стенда при потере контроля над первым исполнительным механизмом 5, к которому энергонезависимое средство 71 подключено, может движением троса 91 поворачивать диск 111 и, таким образом, поворачивать диск 101 и скрепленный с ним вал 121 для управления поворотом вала насоса-регулятора двигателя 100 и, соответственно, для управления подачей топлива в двигатель 100 на испытательном стенде. Таким образом, в случае, когда энергонезависимое средство 71 соединено с первым исполнительным механизмом 5, выполненным с возможностью управления подачей топлива в двигатель 100, оператор, таким образом, может уменьшить подачу топлива в двигатель 100 во внештатной ситуации, в том числе, плавно уменьшить ее до нуля, безопасно останавливая таким образом испытание.

[032] Также изобретением предусмотрена возможность соединения энергонезависимого средства 71 со вторым исполнительным механизмом 6, выполненным с возможностью прекращения подачи топлива в двигатель 100. В этом случае вал 121 соединяют со стоп-краном двигателя 100. В результате, при потере контроля над исполнительным механизмом 6 из-за отсутствия подачи на него или на стенд в целом электроэнергии, оператор может при помощи тросов 91 аналогичным образом безопасно остановить испытание двигателя 100 при помощи поворота тросами 91 стоп-крана.

[033] Трос 91 энергонезависимого средства управления 7а выполняют таким образом, чтобы обеспечивался поворот соединенного с ним вала 121 на угол до 180°. В случаях, когда необходимо обеспечить больший угол поворота вала 121, трос 91 может быть выполнен с использованием подходящего механизма наматывания, например, трос 91 может наматываться в виде катушки на вал 121 или на муфту 81. Кроме того, при обеспечении в системе двух тросов 91 появляется возможность аварийного управления испытаниями как в сторону уменьшения или остановки подачи топлива двигателю 100 на стенде, так и в сторону повышения или возобновления подачи топлива двигателю 100 на стенде. Альтернативно, трос 91 может быть выполнен в кольцевой форме и пропущен через систему блоков, в результате чего, поворачивая трос 91 в ту или иную сторону, можно аварийно управлять испытаниями как в сторону уменьшения или остановки подачи топлива, так и в сторону повышения или возобновления подачи топлива двигателю 100 на стенде. Таким образом, оператор имеет возможность безопасно продолжить испытание двигателя 100 на стенде, управляя им фактически по стандартной тросовой схеме.

[034] При испытании двигателя на стенде для испытания двигателей им управляют посредством блока управления стенда. При подаче блоку управления команды начала подачи топлива в двигатель 100 на стенде блок управления передает соответствующий управляющий сигнал первому исполнительному механизму 5 управления подачей топлива. При получении команды от блока управления первый исполнительный механизм 5 поворачивает вал насоса-регулятора двигателя 100 на некоторый угол, позволяющий обеспечивать подачу топлива в камеру сгорания двигателя 100. Диапазон углов поворота вала насоса-регулятора двигателя 100 в различных вариантах осуществления может быть установлен от 0 до 140° или даже до 360°, при этом совокупная погрешность задания угла составляет не более 1°, предпочтительно не более 0,5°. Далее, при установлении требуемого режима работы, начинают изменять подачу топлива в двигатель 100 для проведения его испытания. Изменение подачи топлива в двигатель 100 производится также на основании управляющего сигнала от блока управления и может представлять собой повышение или снижение расхода топлива в соответствии с программой испытаний. В различных вариантах осуществления скорость изменения угла поворота первым исполнительным механизмом 5 вала насоса-регулятора двигателя 100 может составлять от 1 до 180 градусов в секунду. По завершении испытаний блок управления передает первому исполнительному механизму 5 управляющий сигнал, соответствующий необходимости снижения подачи топлива до нуля. На основании этого управляющего сигнала вал насоса-регулятора двигателя 100 поворачивается в исходное состояние, и подача топлива прекращается. Альтернативно, подача топлива в двигатель 100 на стенде может быть прекращена путем поворота стоп-крана насоса-регулятора двигателя 100 вторым исполнительным механизмом 6 на основании управляющего сигнала от блока управления.

[035] При возникновении в ходе испытаний двигателя внештатной ситуации, например, при прекращении подачи стенду электроэнергии или при прекращении подачи электроэнергии непосредственно первому исполнительному механизму 5 вследствие перетирания, оплавления или разрыва кабеля, соединяющего этот механизм с блоком управления, когда блок управления более не может передавать управляющие сигналы этому исполнительному механизму 5, в работу включается энергонезависимое средство 71 управления. Так как при штатной работе стенда существует электромагнитное поле, обеспечивающее соединение подвижного фрикционного диска 111 с электромагнитом 141, диск 111 не взаимодействует с диском 101 и, соответственно, с валом 121, соединенным с валом насоса-регулятора двигателя 100, и посредством имеющегося в системе по меньшей мере одного троса 91 не может осуществляться управление подачей топлива в двигатель 100. Таким образом, при штатной работе стенда наличие энергонезависимого средства управления 71 не препятствует работе его систем и, соответственно, проведению испытаний двигателей. При отключении электропитания на электромагните 141 подвижная часть муфты 81 -подвижный фрикционный диск 111, под воздействием накопленной энергии пружины переходит во фрикционное зацепление с валом 121 первого исполнительного механизма 5 посредством зацепления подвижного диск 111 и неподвижного диска 101. Таким образом, в результате наличия во внештатной ситуации этого зацепления оператор может с помощью указанного по меньшей мере одного троса 91 управлять первым исполнительным механизмом 5, переводя его и, соответственно, вал насоса-регулятора двигателя 100, в положение, соответствующее уменьшению подачи топлива в двигатель 100 на стенде.

[036] Поскольку в таком варианте осуществления двигатель 100 не отключается, в случае недолговременного отсутствия электроэнергии у стенда в целом или в случае возможности относительно простого восстановления кабелей, соединяющих первый исполнительный механизм 5 с блоком управления, при их порче, оператор, управляя тросом энергонезависимого средства управления 71 может перевести вал насоса-регулятора двигателя 100 до какого-либо заранее установленного значения угла поворота вала насоса-регулятора, соответствующего безопасной работе двигателя при такой подаче топлива двигателю 100 до возвращения стенда к штатной работе. Например, может быть предусмотрено, что для безопасной работы двигателя 100 в ожидании разрешения внештатной ситуации необходимо уменьшение подачи топлива до значения, соответствующего углу поворота вала насоса-регулятора в положение «малый газ».

[037] Как было описано ранее, аналогичным образом вышеописанное энергонезависимое средство 71, содержащее электромагнитную муфту 81 с по меньшей мере одним тросом 91, может быть соединено со вторым исполнительным механизмом 6, выполненным с возможностью прекращения подачи топлива в двигатель. В таком случае при исчезновении внешнего электрического поля вследствие прекращения подачи электроэнергии второму исполнительному механизму 6 или стенду в целом, энергонезависимое средство 71 управления переходит в зацепление со стоп-краном насоса-регулятора двигателя 100. В результате этого оператор во внештатной ситуации может прекратить подачу топлива двигателю 100 на стенде путем поворота стоп-крана перемещением имеющегося по меньшей мере одного троса 91 оператором.

[038] Как было описано выше, трос 91 энергонезависимого средства управления 71 выполняют таким образом, чтобы обеспечивался поворот соединенного с ним вала 121 на угол до 180°, а случаях, когда необходимо обеспечить больший угол поворота вала 121, его снабжают подходящим механизмом наматывания. Кроме того, как было описано выше, система может содержать энергонезависимое средство 71 с двумя тросами 91. В этом случае во внештатной ситуации есть возможность производить аварийное управление испытаниями как в сторону уменьшения или остановки подачи топлива двигателю 100 на стенде, так и в сторону повышения или возобновления подачи топлива двигателю 100 на стенде. Альтернативно, трос 91 может быть выполнен в кольцевой форме и пропущен через систему блоков, в результате чего, поворачивая трос 91 в ту или иную сторону, можно аварийно управлять испытаниями как в сторону уменьшения или остановки подачи топлива, так и в сторону повышения или возобновления подачи топлива двигателю 100 на стенде. Таким образом, оператор имеет возможность безопасно продолжить испытание двигателя 100 на стенде, управляя им фактически по стандартной тросовой схеме.

[039] В другом частном варианте осуществления изобретения, показанном на ФИГ. 5, предусмотрено выполнение энергонезависимого средства 72, содержащего механическую муфту 82 и соединенный с ней по меньшей мере один трос 92. Указанное энергонезависимое средство 72 может быть соединено как с первым исполнительным механизмом 5, выполненным с возможностью управления подачей топлива в двигатель 100, так и со вторым исполнительным механизмом 6, выполненным с возможностью прекращения подачи топлива в двигатель 100. Далее для примера сначала описан вариант осуществления изобретения для случая соединения энергонезависимого средства 72 с первым исполнительным механизмом 5. На ФИГ. 5 схематически представлено подключение энергонезависимого средства 76 к первому исполнительному механизму 5, выполненному с возможностью управления подачей топлива в двигатель 100. Более детально энергонезависимое средство 72 показано на ФИГ. 6. Вал 122, подключенный с одной стороны к первому исполнительному механизму 5, а с другой стороны к валу насоса-регулятора двигателя 100, имеет выступ 102. В то же время механическая муфта 82 состоит по существу из управляющего кольца 112, имеющего на внутренней поверхности выступ 142, а на внешней поверхности муфта 82 выполнена с возможностью соединения с тросом 92. Таким образом, муфта 82 находится в постоянном зацеплении с тросом 92, выведенными в операторскую часть стенда с другой стороны. Во время штатной работы стенда муфта 82 возведена в крайнее положение, соответствующее возведению выступа 142 в положение, позволяющее беспрепятственно проводить испытания двигателя 100 путем изменения подачи ему топлива первым исполнительным механизмом 5 без взаимодействия этого выступа 146 с выступом 106 на валу, соединенном с первым исполнительным механизмом 5 и валом насоса-регулятора двигателя 100. При потере управления первым исполнительным механизмом 5 посредством управляющих сигналов от блока управления вследствие прекращения подачи ему электроэнергии из-за оплавления, перетирания или обрыва кабеля или вследствие обесточивания всего стенда для испытания двигателей, может быть беспрепятственно проведен поворот вала 122 и, соответственно, вала насоса-регулятора двигателя 100, тросом 92, соединенным с одной стороны с муфтой 82 и с операторской частью стенда с другой стороны. Возможность поворота вала 126 в этом случае обеспечивается взаимодействием выступа 102 на валу 122 с выступом 142 на внутренней части управляющего кольца 112 механической муфты 82. Таким образом, оператор может вручную снизить подачу топлива двигателю 100 при возникновении внештатной ситуации для того, чтобы дождаться ее разрешения или же для того, чтобы плавно прекратить подачу топлива в двигатель 100 на стенде.

[040] Таким образом, штатная работа стенда для испытания двигателей 100 по существу не отличается при использовании энергонезависимых средств 71 или 72 управления, как не отличается и состав действий оператора при внештатной ситуации, связанной с прекращением подачи первому исполнительному механизму 5 электроэнергии. Также следует отметить, что тросы 91 и/или 92 в операторской части стенда находятся отдельно от основного пульта управления двигателем. Кроме того, во время штатной работы стенда и/или исполнительного механизма 5 и/или 6 исключено ручное перемещение вышеуказанных тросов.

[041] Аналогичным образом энергонезависимое средство 72 управления может быть соединено со вторым исполнительным механизмом 6, выполненным с возможностью прекращения подачи топлива в двигатель 100 на испытательном стенде. В этом случае вал 122 соединен с одной стороны со вторым исполнительным механизмом 6, а с другой со стоп-краном двигателя 100, и во внештатной ситуации оператор может безопасно отключить двигатель 100, останавливая испытания.

[042] Трос 92 энергонезависимого средства управления 72 выполняют таким образом, чтобы обеспечивался поворот соединенного с ним вала 122 на угол до 180°. В случаях, когда необходимо обеспечить больший угол поворота вала 122, трос 92 может быть выполнен с использованием подходящего механизма наматывания, например, трос 92 может наматываться в виде катушки на вал 122 или на муфту 82. Кроме того, аналогично приведенному выше варианту осуществления для энергонезависимого средства 71 с электромагнитной муфтой 81, энергонезависимое средство 72 с механической муфтой 82 так же может быть снабжено двумя тросами 92 с тем, чтобы у оператора во внештатной ситуации была возможность продолжить испытания, управляя подачей топлива по тросовой схеме. Альтернативно, трос 92 может быть выполнен в кольцевой форме и пропущен через систему блоков, в результате чего, поворачивая трос 92 в ту или иную сторону, можно аварийно управлять испытаниями как в сторону уменьшения или остановки подачи топлива, так и в сторону повышения или возобновления подачи топлива двигателю 100 на стенде. В обоих случаях конструкция энергонезависимого средства 72 управления выполнена таким образом, что выступ 142 на внутренней части управляющего кольца 112 механической муфты 82 имеет увеличенный размер, который зависит от рабочего угла поворота вала насоса-регулятора или стоп-крана двигателя 100 и составляет не менее 180, в частности, при рабочем угле 120° предпочтительно выступ 142 выполнять таким, чтобы он составлял 235° или 240°. Таким образом, оператор имеет возможность безопасно продолжить испытание двигателя 100 на стенде, управляя им фактически по стандартной тросовой схеме.

[043] Кроме того, может быть предусмотрен вариант осуществления изобретения, в котором система 4 для управления подачей топлива в двигатель 100 на стенде для испытания двигателей содержит два энергонезависимых средства, одно из которых выполнено с возможностью взаимодействия с исполнительным механизмом 5 для уменьшения подачи топлива двигателю 100, а другое - с исполнительным механизмом 6 для прекращения подачи топлива в двигатель 100 при внештатной ситуации. При этом могут быть использованы как средства одинаковой конструкции - 71 и 71 или 72 и 72, так и разной конструкции - 71 и 72.

[044] В частном варианте осуществления стенд для испытания двигателя может содержать источник бесперебойного питания. Таким образом, в случае кратковременного прекращения подачи стенду электроэнергии имеется возможность продолжения испытания двигателя 100, что повышает удобство управления стендом, а также надежность результатов проводимых испытаний. Кроме того, вследствие отсутствия необходимости при таком кратковременном прекращении подачи электроэнергии отключения двигателя 100 или переведения двигателя 100 в режим ожидания, снижается вероятность износа двигателя 100 при испытаниях на стенде.

[045] В еще одном частном варианте осуществления блок управления в стенде может быть выполнен с возможностью управления испытанием по заложенной в него циклограмме -программе испытаний. Указанная циклограмма может храниться в блоке управления, для чего в нем может быть предусмотрено средство для хранения данных, или может передаваться ему с внешнего носителя, например, при подключении USB-накопителя с записанной циклограммой, или может передаваться ему оператором стенда через интерфейсы modbus, profibus или другие интерфейсы, а также посредством беспроводного подключения, например, по технологии Bluetooth. Кроме того, циклограмма испытания может быть задана оператором стенда для испытания двигателя путем ввода соответствующей информации через панель управления в блок управления. В результате обеспечивается минимальное участие персонала в испытании двигателя, повышается надежность его результатов и снижается влияние на них человеческого фактора.

[046] Также настоящим изобретением предусмотрен способ управления подачей топлива в двигатель 100 при внештатной ситуации на вышеописанном стенде для испытания двигателя, содержащем описанную систему для управления подачей топлива в двигатель 100. В общих чертах будет описана реализация способа управления подачей топлива в двигатель 100 на стенде для испытания двигателя и возможные действия при возникновении внештатной ситуации.

[047] При подаче блоку управления команды о начале испытания двигателя блок управления передает соответствующий управляющий сигнал первому исполнительному механизму 5 управления подачей топлива. При получении команды от блока управления первый исполнительный механизм 5 поворачивает вал насоса-регулятора двигателя 100 на некоторый угол, позволяющий обеспечивать подачу топлива в камеру сгорания двигателя 100 в заданном объеме. В некоторых случаях также требуется до поворота вала насоса-регулятора двигателя 100 перевести стоп-кран двигателя 100 в положение, соответствующее подаче топлива в двигатель 100, это может быть выполнено вторым исполнительным механизмом 6 на основании управляющего сигнала от блока управления стендом. Таким образом реализуют этап начала подачи топлива в двигатель 100. Команда о начале испытания двигателя 100 блоку управления может передаваться путем ввода соответствующей информации оператором стенда в панель управления. Также начало испытаний двигателя может проводиться в заранее заданное время в соответствии с расписанием, введенном и хранимым в блоке управления.

[048] Далее, при установлении требуемого расхода топлива, начинают изменять подачу топлива в двигатель 100 для проведения его испытания. Для этого в соответствии с управляющими сигналами от блока управления производят повышение или снижение расхода топлива в соответствии с программой испытаний путем поворота первым исполнительным механизмом 5 в ответ на управляющий сигнал от блока управления вала насоса-регулятора двигателя. Таким образом реализуют этап изменения подачи топлива в двигатель 100. Специалисту понятно, что этап изменения подачи топлива может повторяться требуемое программой испытаний количество раз.

[049] По завершении программы испытаний блок управления передает первому исполнительному механизму 5 управляющий сигнал, соответствующий необходимости снижения подачи топлива до нуля. На основании этого управляющего сигнала первый исполнительный механизм 5 поворачивает вал насоса-регулятора двигателя 100 в исходное положение, и подача топлива прекращается. Альтернативно, подача топлива в двигатель 100 на стенде может быть прекращена путем поворота вторым исполнительным механизмом 6 стоп-крана насоса-регулятора двигателя 100 на основании управляющего сигнала от блока управления. Таким образом реализуют этап прекращения подачи топлива в двигатель 100.

[050] Управление испытаниями двигателя 100 отличается тем, что при прекращении подачи стенду электроэнергии или прекращении подачи электроэнергии непосредственно исполнительному механизму энергонезависимое средство управления 71 или 72, или комбинация двух средств 71 и 71, 72 и 72 или 71 и 72, соответственно, позволяет реализовать ручное энергонезависимое управление подачей топлива в двигатель 100. Указанное управление подачей топлива в двигатель 100 может быть реализовано в виде уменьшения подачи топлива в двигатель 100 при обеспечении соединения средства 7а или 7б с первым исполнительным механизмом 5, выполненным с возможностью изменения подачи топлива в двигатель 100. Также указанное управление подачей топлива в двигатель 100 может быть реализовано в виде прекращения подачи топлива в двигатель 100 при обеспечении средства 71 или 72, соединенного со вторым исполнительным механизмом 6, выполненным с возможностью прекращения подачи топлива в двигатель 100. Способом также может быть предусмотрено возобновление испытания - повышение подачи топлива в двигатель 100 или возобновление подачи топлива в двигатель 100, соответственно, при разрешении внештатной ситуации. Это обеспечено тем, что, когда на исполнительный механизм 5 или 6 будет возобновлена подача питания, исполнительный механизм 5 или 6 обладает достаточным количеством мощности и, таким образом, может вернуть энергонезависимое средство 71 или 72 управления подачей топлива в исходное положение, таким образом испытание двигателя 100 может быть продолжено, а в случае повторной внештатной ситуации испытанием снова можно будет управлять посредством энергонезависимого средства 71 или 72 управления.

[051] В частном варианте осуществления предусмотрено проведение испытаний по циклограмме. Как описано выше, указанная циклограмма может храниться в блоке управления, для чего в нем может быть предусмотрено средство для хранения данных, или может передаваться ему с внешнего носителя, например, при подключении USB-накопителя с записанной циклограммой, или может передаваться ему посредством беспроводного подключения, например, по технологии Bluetooth. Кроме того, циклограмма испытания может быть задана оператором стенда для испытания двигателя путем ввода соответствующей информации через панель управления в блок управления. Также в случае проведения испытаний с использованием циклограммы может быть предусмотрено автоматическое начало испытаний, например, по прошествии некоторого заданного блоку управления времени после установки двигателя 100 на площадку 1 для размещения и подключения двигателя 100 к стенду.

[052] Несмотря на то, что ранее описаны предпочтительные варианты осуществления с отсылкой к газотурбинному двигателю, специалисту понятно, что без отступления от идеи настоящего изобретения возможны другие варианты осуществления системы, стенда и способа, применимые к испытаниям двигателей с инжекторной или карбюраторной системой подачи топлива и к двигателям других типов.

[053] Далее, несмотря на то, что выше описаны предпочтительные варианты осуществления предлагаемых систем, стендов и способов, специалисту понятно, что возможны и другие, не описанные в настоящем описании, частные варианты осуществления, имеющие некоторые отличия, но направленные на достижение заявленных технических результатов, при этом объем испрашиваемой правовой охраны не ограничен никакими из указанных вариантов осуществления, а только следующей далее формулой изобретения. Элементы и компоненты вариантов осуществления настоящего изобретения могут быть физически, функционально и логически реализованы любым подходящим образом. Специалисту в данной области понятно, что указания «первый», «второй» и т.п.выполнены с целью повышения удобства изучения настоящего изобретения и не должны рассматриваться как определяющие порядок размещения компонентов или степень их влияния на достигаемые технические результаты. Кроме того, специалисту понятно, что различные признаки описанных вариантов осуществления могут быть объединены в соответствии с настоящим изобретением.

[054] В формуле изобретения термин «содержащий/включающий» не исключает присутствия других элементов или этапов, а упоминание отдельных элементов или этапов в единственном числе не исключают множества.

Изобретение относится к системе для управления подачей топлива в двигатель на стенде для испытания двигателей. Система содержит первый исполнительный механизм, выполненный с возможностью управления подачей топлива в двигатель на основании управляющего сигнала от блока управления стендом, и второй исполнительный механизм, выполненный с возможностью прекращения или возобновления подачи топлива в двигатель на основании управляющего сигнала от блока управления. Система отличается тем, что в ней содержится по меньшей мере одно энергонезависимое средство управления, которое выполнено с возможностью взаимодействия с одним из исполнительных механизмов для передачи управляющего воздействия. Управление подачей топлива в двигатель при внештатной ситуации на испытательном стенде для испытания двигателей предусматривает, что при прекращении подачи исполнительному механизму, соединенному с энергонезависимым средством управления подачей топлива, электроэнергии для управления подачей топлива в двигатель подают управляющее воздействие на исполнительный механизм с использованием указанного энергонезависимого средства. Изобретение обеспечивает повышение безопасности испытаний. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Система для управления подачей топлива в двигатель на испытательном стенде для испытания двигателей, содержащая:

первый исполнительный механизм, выполненный с возможностью управления подачей топлива в двигатель на основании управляющего сигнала от блока управления стендом,

второй исполнительный механизм, выполненный с возможностью прекращения или возобновления подачи топлива в двигатель на основании управляющего сигнала от блока управления стендом,

отличающаяся тем, что

система также содержит по меньшей мере одно энергонезависимое средство управления подачей топлива, которое соединено с одним из первого или второго исполнительного механизма с возможностью передачи управляющего воздействия.

2. Система по п. 1, в которой указанное по меньшей мере одно энергонезависимое средство управления соединено с первым исполнительным механизмом, выполненным с возможностью управления подачей топлива в двигатель, при этом указанное управляющее воздействие обеспечивает поворот вала насоса-регулятора двигателя в положение, соответствующее изменению объема подачи топлива в двигатель.

3. Система по п. 1, в которой указанное по меньшей мере одно энергонезависимое средство управления соединено со вторым исполнительным механизмом, выполненным с возможностью прекращения подачи топлива в двигатель, при этом указанное управляющее воздействие обеспечивает поворот стоп-крана насоса-регулятора в положение, соответствующее прекращению или возобновлению подачи топлива в двигатель.

4. Система по п. 2, в которой указанное по меньшей мере одно энергонезависимое средство управления содержит по меньшей мере один трос и механическую муфту, соединенную с одной стороны с первым исполнительным механизмом и с другой стороны с валом насоса-регулятора, причем взаимодействие энергонезависимого средства управления с валом насоса-регулятора двигателя обеспечено наличием в муфте управляющего кольца с внутренним выступом, которое снаружи соединено с указанным по меньшей мере одним тросом, и вала с внешним выступом, соединенного с валом насоса-регулятора двигателя.

5. Система по п. 3, в которой указанное по меньшей мере одно энергонезависимое средство управления содержит по меньшей мере один трос и механическую муфту, соединенную с одной стороны со вторым исполнительным механизмом и с другой стороны со стоп-краном двигателя, причем взаимодействие энергонезависимого средства управления со стоп-краном двигателя обеспечено наличием в муфте управляющего кольца с внутренним выступом, которое снаружи соединено с указанным по меньшей мере одним тросом, и вала с внешним выступом, соединенного со стоп-краном двигателя.

6. Система по п. 4 или 5, в которой указанное по меньшей мере одно энергонезависимое средство управления содержит два троса, соединенных с механической муфтой, или указанный трос выполнен в кольцевом виде и пропущен через систему блоков; при этом внутренний выступ управляющего кольца указанной муфты имеет увеличенный размер.

7. Система по п. 3, в которой указанное по меньшей мере одно энергонезависимое средство управления содержит по меньшей мере один трос и электромагнитную муфту, соединенную с одной стороны с первым исполнительным механизмом и с другой стороны с валом насоса-регулятора двигателя, причем взаимодействие энергонезависимого средства управления с валом насоса-регулятора двигателя обеспечено поворотом вала электромагнитной муфты, соединенного с валом насоса-регулятора, при зацеплении имеющихся в муфте подвижного фрикционного диска, с которым соединен указанный по меньшей мере один трос, и неподвижного фрикционного диска, который размещен на указанном валу электромагнитной муфты, в результате прижатия подвижного фрикционного диска к неподвижному фрикционному диску пружиной, высвобождаемой при отключении электромагнита, причем питание на указанный исполнительный механизм и электромагнит подается от одного источника.

8. Система по п. 3, в которой указанное по меньшей мере одно энергонезависимое средство управления содержит по меньшей мере один трос и электромагнитную муфту, соединенную с одной стороны со вторым исполнительным механизмом и с другой стороны со стоп-краном двигателя, причем взаимодействие энергонезависимого средства управления со стоп-краном двигателя обеспечено поворотом вала электромагнитной муфты, соединенного со стоп-краном двигателя, при зацеплении имеющихся в муфте подвижного фрикционного диска, с которым соединен указанный по меньшей мере один трос, и неподвижного фрикционного диска, который размещен на указанном валу электромагнитной муфты, в результате прижатия подвижного фрикционного диска к неподвижному фрикционному диску пружиной, высвобождаемой при отключении электромагнита, причем питание на указанный исполнительный механизм и электромагнит подается от одного источника.

9. Система по п. 7 или 8, в которой указанное по меньшей мере одно энергонезависимое средство управления содержит два троса, соединенных с электромагнитной муфтой, или указанный трос выполнен в кольцевом виде и пропущен через систему блоков.