Стенд для испытания агрегатов газотурбинных двигателей Советский патент 1990 года по МПК G01M13/02 

Изобретение относится к машиностроению, в том числе к гаэотурбино- строению, а именно к испытательной технике, и может быть использовано при ресурсных испытаниях с имитацией эксплуатационных режимов нагруже- ния комплекта агрегатов газотурбинного двигателя (ГТД), включающих переходник, основную и вспомогательную коробки приводов, два привода центрифуг, топливный насос-регулятор, стартер-генератор постоянного тока, маслоагрегат, топливоподкачивающий насос, воздухоотделитель, и их эле- ментов, например муфт свободного хода, подшипниковых и уплотнителъ- ных узлов и т.д.

Целью изобретения является расширение технологических возмож- ностей стенда путем обеспечения одновременного испытания взаимосвязанных агрегатов газотурбинного двигателя (ГТД) с имитацией полного эксплуатационного и нагрузочного циклов работы его узлов.

На фиг„1 изображена общая схема стенда; на фиг.2 - кинематическая схема стенда; на фиг.З - схема нагружения масляного насоса и воздухоотдели- теля масляной системы; на фиг,4 - схема нагружения насоса-регулятора и топ ливо-подкачивающего насоса топливной системы; на фиг.З - схемы нагружения двух приводов центрифуг; на фиг.6 - схема нагружения стартера- генаратора.

Стенд содержит привод, включающий двигатель 1 и соединенный с ним мультипликатор 2, инерционный нагружа- тель 3 и проставку 4. Проставка 4 представляет собой корпус с двумя фланцами и внутренней расточкой. Один фланец проставки 4 идентичен выходному фланцу инерционного нагружателя 3.

Во внутренней расточке проставки 4 размещена одна из опор полого вала инерционного нагружателя 3, который выполнен в виде набора сменных дисков равных диаметров, установленных на полом валу. В качестве опор полого вала инерционного нагружателя 3 используются подшипники 5 и 6.

Мультипликатор 2 торсионным валом 7 соединен с полым валом инерционного нагружателя 3.

Проставка 4 другим фланцем соединена с ведущим валом испытуемого переходника 8, ведомые валы которого кине

5

матически связаны с ведущими валами испытуемых основной коробки 9 приводов (ОКП) и вспомогательной коробки 10 приводов (ВКП) при помощи торсионных валов 11 и 12.

Кинематически связанные с ведомыми валами коробки 10 маслоагрегат 13 и воздухоотделитель 14 подключены к основному гидравлическому нагружа- телю 15, включающему систему 16 масло- снабжения и регулирующее устройство 17. Замкнутая система 16 маслоснаб- жения (фиг.З) состоит из соединенных трубопроводами масляного бака 18, вентиля 19, испытуемого маслоагрега- та 13, испытуемого воздухоотделителя 14, масляных фильтров 20 и холодильника 21. Регулирующее устройство J7 системы маслосчабжения выполнено в виде регулируемого дросселя, отрегулированного на имитацию гидродинамического сопротивления остальной час-. тч масляной системы испытуемого ГТД, Для отвода воздуха из воздухоотделителя 14 предусмотрена магистраль 22. Нагрузка контролируется манометрами 23.

Входящий в состав стенда допол- ai- -ел ьный гидравлический на;гружатель .4, включающий систему 25 топливоснабжения и регулирующее устройство 26, подключен к кинематически связанным с ведомыми валами коробки 9 испытуемому топливному насосу-регулятору 27 и коробки -10 испытуемому топливоподкачивающему насосу 28.. Замкнутая система 25 топливоснабжения состоит из соединенных трубопроводами топливного бака 29 (йиг.4), вентилей 30, холодильника 31, топливных фильтров 32 и 33, испытуемых топливо- подкачивающего насоса 28 и насоса- регулятора 27. Регулирующее устройство 26 системы топливоснабжения выполнено в виде двух дросселей, отрегулированных с помощью вентилей 30 на имитацию гидродинамического сопротивления тракта топливной системы ГТД испытуемой модификации, причем один дроссель имитирует работу первого канала форсунок, другой - работу второго канала форсунок ГТД. Для обеспечения давления подкачки топливному насосу-регулятору 27 в случае засорения топливного фильтра 33 при работе стенда предусмотрена обводная магистраль 34. Давление в

системе контролируется манометрами 35.

Механический, например зубчатый, нагружатель 36 (фиг.1) через торсионные валы 37 связан с двумя испытуемыми приводами 38 и 39 центрифуг (не показаны) с нагрузкой по замкнутому контуру. , Контур образован зубчатыми передачами коробки 9, передачами приводов 38 и 39 центрифуг и зубчатым нагружателем 36 (фиг.5). Нагружатель 36 включает две зубчатые передачи, имеющие разное передаточное отношение. Имитация эксплуатационных нагрузок осуществляется углом . разворота штанги 40.

Электрический нагружэтель 41 (фиг.1) кинематически связан с испытуемым стартером-генератором 42 постоянного тока. Последний электрически соединен с выпрямительным агрегатом 43, включенным в цепь системы электропитания стенда. Имитация эксплуатационных нагрузок потребителей при работе в генераторном режиме производится подключением в различных комбинациях активных сопротивлений Rj, R2, RJ и R. (фиг.6).

Функции автоматического переключения со стартерного на генераторный режим работы стенда выполняют смонтированные в коробке 9 (фиг.2) стартер ная 44 и генераторная 45 центробежно храповые муфты свободного хода.

Для предохранения от поломок деталей коробки 9 и переходника 8 при действии динамических перегрузок в режиме пуска ГТД используется торсионный- вал 11, расчетная прочность которого меньше прочности деталей коробки 9 и переходника 8. Вследствие этого при перегрузках в режиме пуска (как самом тяжелом режиме) или в двигательном режиме (при заклинивании в цепи) торсионный вал 11 должен разрушаться, предохраняя остальные детали двигателя. При этом излом торсионного вала 11 должен иметь срез, перпендикулярный его оси без каких-либо осколков, что гарантирует отсутствие вторичной повреждаемости деталей от них. Для замены вала 11 в коробке 9 имеется сверху отверстие, заглушенное крышкой, позволяющее вытаскивать обломки торсионного вала 11 и на его место устанавливать новый из ЗИЛа.

0

5

Стенд готовится для испытания аг-( ,регатов конкретного реального ГТД. (Готовность обеспечивается равенством суммы моментов инерции приводного двигателя 1 (фиг.2), мультипликатора 2 и инерционного нагружателя 3 моменту инерции раскручиваемого контура высокого давления испытуемого ГТД. Переход от, одного ГТД к другому обеспечивается за счет добавления (или уменьшения) дисков на валу инерционного нагружателя 3 (выполнение указанного равенства) и за счет 5 подбора проставки 4.

Таким образом, объектом испытания являются переходник 8 реального испытуемого ГТД и закрепленные на нем коробки 9 и 10 с агрегатами 13,14,28, 27,38,39,42 с входящими в них элементами, например цилиндрическими и коническими передачами, муфтами 44 и 45 свободного хода, шлицевыми соединениями, подшипниковыми и уплотнитель- ными узлами и т.д.

В состав стенда входит также автономная система управления (не показана) , автоматически регулирующая последовательную работу всех агрегатов стенда. Автоматическое управление осуществляется в функции времени.

Стенд работает следующим образом.

После нажатия кнопки Пуск питание от выпрямительного агрегата 43 подается стартеру-генератору 42. Вращение от стартера-генератора 42 через шестерни Z , EISH (фиг.2) сообщается шестерне которая одновременно является наружной обоймой стартерной центробежной храповой муфты 44 (СЦХМ) свободного хода. Через собачки внутренней обоймы, находящиеся под усилием пружин в рабочем зацеплении с выборками наружной 5 обоймы, и пальцы вращение сообщается внутренней обойме СЦХМ и остальным шестерням коробки 9 и переходника 8. Таким образом обеспечивается разгон стенда в с артерном режиме (СР) с передаточным отношением

0

5

0

0

U,

ср

Собачки генераторной центробежной храповой муфты 45 (ГЦХМ) свободного хода работают без пружин и изготовле- - 1ны так, что у них масса рабочего плеча больше нерабочего. Поэтому с началом вращения вала Z$Z7 в стартер- ном режиме собачки ГЦХМ 45 стремятся занять рабочее положение. Но так как частота вращения наружной обой- с мы ГЦХМ, совмещенной с шестерней , больше частоты вращения внутренней обоймы, происходит проскальзывание нерабочей поверхности наружной обоймы по нерабочим поверхностям собачек. Ю

После раскрутки ротора стенда до частоты вращения, соответствующей частоте вращения реального ГТД, при которой расход воздуха обеспечивает горение топлива (окончание I этапа 15 пуска реального ГТД), алгоритм системы управления стенда дает команду на включение приводного двигателя I и идет совместная раскрутка валов стенда стартером-генератором 42 и привод- 20 дым двигателем 1 (соответствует II этапу запуска реального ГТД стартером it, турбиной после начала горения топлива) . После отработки этого этапа запуска стартер-генератор 42 по ко- 25 манде отключается и дальнейшая раскрутка валов стенда до режима, соответствующего режиму холостого хода реального ГТД, производится только приводным двигателем 1.30

После снятия электропитания от стартера-генератора 42 частота вращения шестерни Z,6 снижается, а вращения вала с шестернями 2йлу оаг- тет. Внутренняя обойма СЦХМ 44 начинает обгонять наружную, под воздействием центробежных сил преодолевается усилие пружин, собачки мгновенно ложатся на ограничительные штифты и в результате СЦХМ 44 расцепляется. 4Q

Одновременно наружная обойма ГЦХМ 45 (шестерня Ј,,„), связанная с валом стартера-генератора 42, снижает свою частоту вращения с малым замедлением под действием лишь механическо- 45 го трения в подшипниках, а внутренняя обойма практически не меняет частоты вращения. При равенстве частот вращения обойм за счет центробежных сил собачки ГЦХМ 45 повернутся и мут рабочее положение. ГЦХМ безударно включится и начнется генераюрный ре жим (ГР) работы стартера-генератора 42 с передаточным отношением

Г гт гу

ь ь-, LS

и„

ср z2 z4 z;;

55

что соответствует двигательному режиму стенда.

50

5

В генераторном режиме шестерни Z,g- 7. вращаются без нагрузки.

В момент перехода со старТерного на генераторный режим работы происходит пересопряженне рабочих профилей зубчатых коробок 9 и 10 приводов и переходника 8.

В генераторном (двигательном режиме) 3d счет приводного двигателя 1 имитируются все режимы работы реального ГТД, в том числе режимы, превышающие номинальный.

С началом вращения валов стенда .вступают в работу нагружатели 15, 24, 36 и 41.

Масло из бака 18 (фиг.З) маслоаг- регатом 3 подается на смазку всех узлов стенда и на регулирующее устройство 17, отрегулированное на имитацию гидродинамического сопротивления остальной асти масляной системы испытуемого ГТД. Откачивающая секция маслоагрегата(13 отработанное масло направляет в воздухоотделитель 14 (для отделения воздуха) из него в масляный бак 18, Так осуществлена загрузка маслоагрегата 13 и воздухоотделителя 14.

Аналогично загружается топливный насос-регулятор 27 и топливоподкачи- вающий насос 28 (фиг.4).

При обкатке шестерен Z, и Z} (фиг,5) зубчатого нагружателя 36 по шестерням Z н Z (за счет разворота на разные углы шестерен Z и Z.) происходит нагружение приводов 38 и 39 центрифуг.

Стартер-генератор 42 загружается подключением в различных комбинациях активных сопротивлений (фиг.6), имитирующих подключение потребителей в натурных условиях.

К реальному ГТД предъявляется требование обеспечения запусков с неостановившимся ротором (запуск с выбега) когда частота его вращения об/мин. Такой режим имитируется на стенде первоначальной раскруткой его валов приводным двигателем 1 до указанной частоты вращения с последующим нажатием кнопки Пуск когда подается питание стартеру-генератору 42 от выпрямительного агрегата, 43.

Предлагаемый стенд обеспечивает имитацию полного цикла работы испытуемых узлов ГТД в широком диапазоне изменяемых параметров, проведение

fc/2.3 Z0 „21 22

& 3V 35 33 35

30

2329

2 l

Г

36х|

L Г,

Изобретение относится к газотурбиностроению, а именно к испытательной технике, и может быть использовано при ресурсных испытаниях с имитацией эксплуатационных режимов комплекта агрегатов газотурбинного двигателя. Целью изобретения является расширение технологических возможностей стенда путем обеспечения одновременного испытания взаимосвязанных агрегатов газотурбинного двигателя с имитацией полного эксплуатационного и нагрузочного цикла работы его узлов. При работе вращение от привода задается комплекту испытуемых агрегатов-переходнику 8, основной 9 и вспомогательной 10 коробкам приводов, приводам 38,39 центрифуг, топливному насосу-регулятору 27, топливоподкачивающему насосу 28, маслоагрегату 13, стартеру-генератору 42 и воздухоотделителю 14. Нагружение указанных агрегатов осуществляют инерционным нагружателем 3, основным 15 и дополнительным 24 гидравлическими нагружателями, механическим нагружателем 36 и электрическим нагружателем 41. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

0ыг. 5.

Редактор А. Лежнина

Составитель Ю. Крашенко Техред М.Ходанич

Заказ 1910

Тираж 439

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

я.

А

v

Фиге

Корректор Т. Малец

Подписное