Установка для имитации условий дождя на входе газотурбинного двигателя при его испытаниях

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно, к установкам для подачи воды при обводнении воздушного потока, идущего к газотурбинному двигателю (ГТД) при его испытаниях в испытательном боксе на испытательном стенде с имитацией условий дождя на входе ГТД. Техническим результатом является повышение точности имитации условий дождя при одновременном расширении диапазона имитируемых условий по расходу воды, а также обеспечение автономности установки для имитации условий дождя. Технический результат достигается тем, что установка для имитации условий дождя на входе газотурбинного двигателя при его испытаниях включает водяной коллектор с форсунками, подключенный к системе подачи воды, при этом система подачи воды включает блок расходомеров, сбросной вентиль, пульт управления, емкость для воды и насос с управляемым электроприводом, причем вход насоса подключен к выходу емкости для воды, выход насоса гидравлически связан со входами блока расходомеров и сбросного вентиля, выход которого соединен со входом емкости для воды, гидравлический выход блока расходомеров подключен ко входу коллектора, группа информационных выходов блока расходомеров подключена к группе информационных входов пульта управления, группа управляющих выходов пульта управления связана со входом управления сбросного вентиля и группой входов управления блока расходомеров, а также с управляемым электроприводом насоса. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в авиационной промышленности при проведении наземных испытаний объектов авиационной техники, в частности для подачи воды при обводнении воздушного потока, идущего к газотурбинному двигателю (ГТД) при его испытаниях в испытательном боксе на испытательном стенде с имитацией условий дождя на входе ГТД.

Под имитацией условий дождя в рамках настоящей заявки понимается искусственное воспроизведение воздействия дождя на входе газотурбинного двигателя при его испытаниях.

Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является установка для имитации условий дождя на входе газотурбинного двигателя при его испытаниях, включающая водяной коллектор с форсунками, подключенный к системе подачи воды (см. патент РФ 2451919 на изобретение, G01M 9/04, дата публикации 27.05.2012).

Одним из недостатков известной установки является отсутствие в ней средств, обеспечивающих точную регулировку расхода воды, что уменьшает точность имитации условий дождя и, как следствие, точность и достоверность результатов испытаний ГТД. Другим недостатком является то, что эта установка не обладает автономностью. Это обусловлено тем, что известная установка требует для своего функционирования подключения к стационарной системе подачи воды, т.е. к водопроводной сети. В случае, когда требуется проводить испытания газотурбинных двигателей на нескольких стендах, для каждого стенда требуется изготовить отдельную установку со своим стационарным подводом воды, каждая из которых выполняет имитацию условий дождя с заданными значениями расхода воды. При этом каждой их этих установок будет присуща собственная систематическая погрешность задания значения расхода воды, впрыскиваемой через водяной коллектор в газовоздушный тракт на входе в газотурбинный двигатель. Данное обстоятельство повышает влияние систематических погрешностей установки на точность имитации условий дождя и, как следствие, уменьшает точность и достоверность результатов испытаний ГТД.

Техническим результатом, достигаемым заявленной полезной моделью, является повышение точности имитации условий дождя при одновременном расширении диапазона имитируемых условий по расходу воды, а также обеспечение автономности установки для имитации условий дождя.

Дополнительным техническим результатом, достигаемым заявленной полезной моделью, является обеспечение мобильности установки для имитации условий дождя при одновременном повышении достоверности испытаний ГТД, при наличии информационной связи установки с системой регистрации параметров в боксе ГТД.

Указанный технический результат достигается тем, что установка для имитации условий дождя на входе газотурбинного двигателя при его испытаниях, включает водяной коллектор с форсунками, подключенный к системе подачи воды, причем система подачи воды включает блок расходомеров, сбросной вентиль, пульт управления, емкость для воды и насос с управляемым электроприводом, причем вход насоса подключен к выходу емкости для воды, выход насоса гидравлически связан со входами блока расходомеров и сбросного вентиля, выход которого соединен со входом емкости для воды, гидравлический выход блока расходомеров подключен ко входу коллектора, группа информационных выходов блока расходомеров подключена к группе информационных входов пульта управления, группа управляющих выходов пульта управления связана со входами управления сбросного вентиля и группой входов управления блока расходомеров, а также с управляемым электроприводом насоса.

Блок расходомеров содержит параллельно включенные мерные участки, каждый из которых выполнен в виде отрезка трубы с последовательно установленными на нем отсечным клапаном и датчиком расхода воды, гидравлический вход блока расходомеров подключен к гидравлическим входам мерных участков, гидравлические выходы мерных участков подключены к гидравлическому, выходу блока расходомеров, при этом информационные выходы датчиков расхода воды являются группой информационных выходов блока расходомеров, а входы управления отсечных клапанов являются группой входов управления блока расходомеров.

Пульт управления содержит показывающие приборы, количество которых соответствует числу информационных выходов блока расходомеров, подключенных к группе информационных входов пульта управления, частотный регулятор насоса, регулятор степени открытия сбросного вентиля и выключатели в соответствии с количеством входов управления блока расходомеров, причем выходы частотного регулятора насоса, регулятора степени открытия сбросного вентиля и выключателей являются группой управляющих выходов пульта управления, а входы показывающих приборов являются группой информационных входов пульта управления.

Установка может дополнительно содержать датчик давления воды, который гидравлически подключен к коллектору, а его электрический выход соединен с дополнительным входом пульта управления, оснащенного индикатором давления воды.

В частном случае выход насоса связан со входом блока расходомеров и входом сбросного вентиля через фильтр.

В одной из частных форм выполнения пульт управления снабжен дополнительным информационным выходом для подключения к системе регистрации параметров в испытательном боксе газотурбинного двигателя.

Коллектор и система подачи воды могут быть выполнены с возможностью их транспортирования и, по меньшей мере, емкость для воды, насос и фильтр системы подачи воды размещены на транспортном средстве. При этом гидравлические и электрические связи элементов системы подачи воды и ее гидравлическая связь с коллектором выполнены гибкими.

В качестве транспортного средства может быть использована тележка, оборудованная сцепным устройством.

На фиг. 1 представлен общий вид установки для имитации условий дождя.

На фиг. 2 представлена структурная схема установки для имитации условий дождя.

На фиг. 3 представлена схема коллектора.

На фиг. 4 представлена схема блока расходомеров.

На фиг. 5 представлена схема установки для имитации условий дождя в мобильном исполнении.

Установка для имитации условий дождя (фиг. 1, 2) на входе газотурбинного двигателя при его испытаниях содержит систему подачи воды и подключенный к ней водяной коллектор 1.

Система подачи воды включает емкость 2 для воды, насос 3 с управляемым электроприводом, фильтр 4, блок 5 расходомеров, сбросной вентиль 6 и пульт 7 управления. Вход насоса 3 подключен к выходу емкости 2 для воды, выход насоса 3 подключен ко входу фильтра 4, выход фильтра 4 гидравлически связан со входами блока 5 расходомеров и сбросного вентиля 6, выход которого соединен со входом емкости 2 для воды, гидравлический выход блока 5 расходомеров подключен ко входу коллектора 1, группа информационных выходов блока 5 расходомеров подключена к группе информационных входов пульта 7 управления, группа управляющих выходов пульта 7 управления связана со входом управления сбросного вентиля 6 и группой входов управления блока 5 расходомеров, а также с управляемым электроприводом насоса 3.

Сбросной вентиль 6 содержит электродвигатель, который управляет штоком, причем внизу штока находится клапан, который может плавно перемещаться вместе со штоком и частично или полностью перекрывать проходное сечение вентиля.

В качестве емкости 2 для воды может быть использован пластиковый или металлический бак, в частном случае оборудованный мерным стеклом максимального уровня воды и датчиком минимального уровня воды для автоматической блокировки работы электронасоса при падении уровня воды в баке ниже допустимого минимального уровня.

Водяной коллектор 1 (фиг. 3) включает закрытую от окружающего пространства кольцевую полость 29, гидравлически связанную с системой труб 8, размещенных в проточной части коллектора 1. Проточной частью водяного коллектора 1 является та его часть, через которую проходит воздух. При этом на трубах 8 расположены водяные форсунки 9, в частном случае, равномерно распределенные по сечению проточной части коллектора 1 и ориентированные таким образом, чтобы образуемые ими капли (струи) воды были равномерно распределены по сечению проточной части коллектора 1. Вход коллектора 1 подключен ко входу в кольцевую полость 29.

В частном случае коллектор включает фланцы 10, к которым герметично прикреплена обечайка 11 с герметичной кольцевой полостью 29.

Под «блоком расходомеров» в рамках настоящей заявки понимается блок измерения расхода воды.

Блок 5 расходомеров (фиг. 4) включает каркас 12, на котором располагаются параллельно включенные мерные участки и, в частном случае, датчик 13 давления воды, при этом каждый из мерных участков выполнен в виде отрезка трубы с проходным сечением, соответствующим своему датчику расхода, с последовательно установленными в нем отсечным клапаном 14 и датчиком расхода воды 15, причем отсечной клапан 14 каждого из мерных участков расположен между датчиком расхода воды 15 и входом соответствующего мерного участка. Гидравлический вход блока 5 расходомеров подключен к гидравлическим входам мерных участков, гидравлические выходы мерных участков подключены к гидравлическому выходу блока 5 расходомеров, при этом информационные выходы датчиков

15 расхода воды являются группой информационных выходов блока 5 расходомеров, а входы управления отсечных клапанов 14 являются группой входов управления блока 5 расходомеров, гидравлический вход датчика 13 давления воды подключен к коллектору 1.

В качестве отсечных клапанов могут быть использованы электромагнитные клапаны, что обусловлено более высокой скоростью их срабатывания.

В частном случае, для диапазона массовых расходов воды 0.004-1,149 кг/сек число мерных участков может быть выбрано равным 5.

Пульт управления (см. фиг. 2) включает источник питания, регулятор 16 степени открытия сбросного вентиля 6, в частном случае выполненный в виде тумблера в электроцепи, частотный регулятор 17 электропривода насоса 3, например, типа FR-DU04 (см Технический каталог «Преобразователи частоты» FR-A 540 ЕС, FR-A 540 L ЕС Mitsubishi Electric, 2002/2003, доступно в Интернете по адресу: A500.pdf»), выключатели 18 отсечных клапанов 14 в соответствии с количеством входов управления блока 5 расходомеров, и показывающие приборы 19 датчиков 15 расхода воды, количество которых соответствует числу информационных выходов блока 5 расходомеров. Управляющие выходы частотного регулятора 17 электродвигателя насоса, выключателей 18 отсечных клапанов и регулятора 16 степени открытия сбросного вентиля 6 являются группой управляющих выходов пульта 7 управления, а входы показывающих приборов 19 являются группой информационных входов пульта управления 7. Электрический выход датчика 13 давления воды соединен с дополнительным входом пульта 7 управления, оснащенного индикатором 20 давления воды.

Испытываемый двигатель (фиг. 1) 25 установлен на стенде в испытательном боксе (испытательный бокс на чертеже не показан). На входе двигателя в частном случае последовательно установлены: входное защитное устройство 21 (например, в виде сетки), прикрепленное к лемнискатному насадку 22, связанному с проставками 23 для водяного коллектора 1, одна из которых в свою очередь связана с переходной проставкой 24, связанной с испытываемым ГТД 25.

Водяной коллектор 1 устанавливается на расстоянии от входного сечения испытываемого ГТД 25, выбираемом согласно рекомендаций руководства по испытанию авиационной техники.

Для обеспечения мобильности установки водяной коллектор 1 и система подачи воды, в частном случае, могут быть выполнены с возможностью их транспортирования. По меньшей мере, один или несколько элементов системы подачи воды могут размещаться на транспортном средстве 26 (см. фиг. 5), например тележке, оборудованной сцепным устройством 27 для ее присоединения к другому транспортному средству, например, грузовому автомобилю. В другом варианте, один или несколько элементов системы подачи воды могут быть размещены в кузове грузового автомобиля.

С этой же целью, гидравлические и электрические связи элементов системы подачи воды и ее гидравлическая связь с коллектором 1 могут быть выполнены гибкими. В качестве гибких элементов гидравлических связей могут использоваться, в частности, гибкие металлорукава.

Пульт 7 управления может быть снабжен дополнительным информационным выходом 28 в виде кабельного выхода для подключения к системе регистрации параметров в испытательном боксе газотурбинного двигателя, куда передаются сигналы от показывающих приборов 19 и индикатора 20 давления.

В качестве форсунок 9 могут быть использованы струйные или центробежные форсунки.

Каждый из датчиков расхода воды 15 вместе с соответствующим ему показывающим прибором 19 являются частями известного из уровня техники расходомера (см., например, «Расходомер-счетчик турбинный РСТ», Руководство по эксплуатации, ЛГФИ.407221.008 РЭ, 2014).

При необходимости проведения испытаний на нескольких стендах и для разных двигателей могут быть использованы сменные водяные коллекторы 1. При этом диаметр проточной части водяного коллектора 1, количество водяных форсунок 9, диаметр и расположение форсунок выбираются согласно рекомендациям руководства по испытанию авиационной техники для конкретной модели ГТД.

Каждый из датчиков 15 расхода воды на своем мерном участке рассчитан на работу в соответствующих диапазонах расхода воды.

Например, первый мерный участок может быть рассчитан на расход воды в диапазоне от 0,004 до 0,016 кг/с, второй мерный участок - от 0,005 до 0,025 кг/с, третий мерный участок - от 0,02 до 0,10 кг/с, четвертый мерный участок - от 0,05 до 0,25 кг/с, пятый мерный участок - от 0,25 до 1,6 кг/с. Соответственно, на первом мерном участке установлен датчик расхода воды с верхним пределом измерения 0,016 кг/с с условным диаметром (диаметром условного прохода) (dy) 4 мм и проходное сечение трубы мерного участка также выбирают равным 4 мм. На втором мерном участке установлен датчик расхода воды с верхним пределом измерения 0,025 кг/с с условным диаметром (dy) 6 мм. На третьем мерном участке установлен датчик расхода воды с верхним пределом измерения 0,10 кг/с с условным диаметром (dy) 6 мм. На четвертом мерном участке установлен датчик расхода воды с верхним пределом измерения 0,25 кг/с с условным диаметром (dy) 10 мм. На пятом мерном участке установлен датчик расхода воды с верхним пределом измерения 1,6 кг/с с условным диаметром (dy) 20 мм.

Установка для имитации условий дождя на входе газотурбинного двигателя при его испытаниях может использоваться следующим образом.

Транспортное средство 26 с установленными на нем: емкостью для воды 2, насосом 3 и фильтром 4, а также блок расходомеров 5, коллектор 1 и пульт управления 7 доставляют к стенду для испытания ГТД, на котором предполагается проведение испытаний с имитацией условий дождя.

Блок 5 расходомеров устанавливают на площадке обслуживания, отделенной от стенда двигателя, вблизи коллектора 1, а пульт 7 управления размещают в боксе в отдельном помещении оператора стенда.

Проставку 23 для водяного коллектора 1 проектируют заранее в виде двух частей, снабженных фланцами для присоединения к ним фланцев 10 водяного коллектора 1. Для того, чтобы обеспечить рекомендованное расстояние водяного коллектра 1 от входа в испытываемый двигатель 25 может использоваться дополнительная переходная проставка 24. К коллектору 1 подключают систему подачи воды таким образом, чтобы блок 5 расходомеров находился на минимальном расстоянии от коллектора 1 с целью минимизации гидравлических потерь в линии.

Вода из емкости для воды 2 с помощью насоса 3 через фильтр 4 по гибкому рукаву подается к блоку расходомеров 5.

Фильтр 4 позволяет очистить дистиллированную воду от случайных твердых частиц, которые могут засорить водяные форсунки 9 и, тем самым, нарушить равномерное распыление и стабильность установленного расхода воды при испытании ГТД.

Все отсечные клапаны 14 предварительно устанавливают в положение «закрыто» с помощью выключателей 18 отсечных клапанов на пульте 7 управления. Затем с помощью одного из указанных выключателей 18 открывают отсечной клапан 14 мерного участка, соответствующего требуемому расходу воды.

Требуемый расход воды выбирается в зависимости от того, какой вид дождя (морось, обложной дождь, ливень) требуется имитировать. Требуемый расход воды устанавливают, начиная с минимального расхода, посредством регулятора 16 степени открытия сбросного вентиля 6 на пульте 7 управления, который обеспечивает плавное открытие или закрытие сбросного вентиля 6, и посредством настройки электропривода насоса 3 на определенную частоту по сигналу от частотного регулятора 17 электропривода насоса 3 на пульте 7 управления.

Например, для имитации умеренного обложного дождя может быть установлен расход воды в диапазоне от 0,00561 до 0,0270 кг/с, а для имитации ливневого дождя - от 0,167 до 1,149 кг/с.

При открытом сбросном вентиле 6 часть воды поступает на вход открытого мерного участка, а часть поступает обратно в емкость 2 для воды через сбросной вентиль 6.

Необходимость использования сбросного вентиля 6 обусловлена тем, что электропривод насоса 3 рассчитан на работу со стабильным расходом воды в определенном диапазоне частот, и при необходимости задания такого расхода воды, которое требует понижения частоты электропривода насоса 3 ниже допустимого предела, расход воды регулируют дополнительно с помощью открытия или закрытия сбросного вентиля 6.

Через открытый отсечной клапан 14 соответствующего мерного участка вода проходит через датчик расхода воды 15 и поступает к коллектору 1. С помощью соответствующего показывающего прибора 19 датчика 15 расхода воды на пульте управления 7 выводится значение расхода воды.

С помощью датчика 13 давления воды, подключенного к коллектору 1, на индикатор 20 давления на пульте управления 7 выводится значение давления воды, которое используется в качестве справочных данных.

В коллекторе 1 вода проходит через систему труб 8 и выходит через форсунки 9 в испытываемый двигатель 25.

С помощью оборудования, контролирующего работу испытываемого двигателя 25, регистрируются параметры расхода и давления имитируемого типа дождя и параметры работы испытываемого двигателя в условиях имитации дождя в боксе на испытательном стенде.

Выбор каркаса 12 блока 5 расходомеров в качестве места для прикрепления датчика 13 давления воды обусловлен необходимостью исключения передачи на него вибрации от работающего двигателя через водяной коллектор 1.

Использование в заявленной установке для имитации условий дождя сбросного вентиля 6, пульта 7 управления, емкости 2 для воды и насоса 3 с управляемым электроприводом, где вход насоса 3 подключен к выходу емкости для воды 2, выход насоса 3 гидравлически связан со входами блока 5 расходомеров и сбросного вентиля 6, выход которого соединен со входом емкости 2 для воды, гидравлический выход блока 5 расходомеров подключен ко входу коллектора 1, группа информационных выходов блока 5 расходомеров подключена к группе информационных входов пульта 7 управления, группа управляющих выходов пульта 7 управления связана со входом управления сбросного вентиля 6 и группой входов управления блока 5 расходомеров, а также с управляемым электроприводом насоса 3, обеспечивает повышение точности имитации условий дождя при одновременном обеспечении автономности установки для имитации условий дождя, поскольку обеспечивается плавная регулировка и точное измерение расхода воды, при этом не требуется подключение установки к внешней системе подачи воды. Кроме того, обеспечивается расширение диапазона имитируемых условий дождя.

Выполнение коллектора 1 и системы подачи воды с возможностью их транспортирования, где, по меньшей мере, емкость 2 для воды, насос 3 и фильтр 4 системы подачи воды размещены на транспортном средстве 26, обеспечивает мобильность и автономность заявленной установки при одновременном повышении точности и достоверности испытаний, поскольку устраняет необходимость изготовления отдельной установки для имитации условий дождя для каждого испытательного стенда.

Выполнение блока 5 расходомеров таким образом, что он содержит параллельно включенные мерные участки, каждый из которых выполнен в виде отрезка трубы с проходным сечением, соответствующим своему датчику расхода, с последовательно установленными в трубе отсечным клапаном 14 и датчиком 15 расхода воды, гидравлический вход блока 5 расходомеров подключен к гидравлическим входам мерных участков, гидравлические выходы мерных участков подключены к гидравлическому выходу блока 5 расходомеров, при этом информационные выходы датчиков 15 расхода воды являются группой информационных выходов блока 5 расходомеров, а входы управления отсечных клапанов 14 являются группой входов управления блока 5 расходомеров, обеспечивает расширение диапазона имитируемого расхода, поскольку с помощью только одного мерного участка невозможно обеспечить измерение расхода воды во всех диапазонах, требуемых для испытаний ГТД.

1. Установка для имитации условий дождя на входе газотурбинного двигателя при его испытаниях, включающая водяной коллектор с форсунками, подключенный к системе подачи воды, отличающаяся тем, что система подачи воды включает блок расходомеров, сбросной вентиль, пульт управления, емкость для воды и насос с управляемым электроприводом, причем вход насоса подключен к выходу емкости для воды, выход насоса гидравлически связан со входами блока расходомеров и сбросного вентиля, выход которого соединен со входом емкости для воды, гидравлический выход блока расходомеров подключен ко входу коллектора, группа информационных выходов блока расходомеров подключена к группе информационных входов пульта управления, группа управляющих выходов пульта управления связана со входом управления сбросного вентиля и группой входов управления блока расходомеров, а также с управляемым электроприводом насоса.

2. Установка для имитации условий дождя по п. 1, отличающаяся тем, что блок расходомеров содержит параллельно включенные мерные участки, каждый из которых выполнен в виде отрезка трубы с последовательно установленными на нем отсечным клапаном и датчиком расхода воды, гидравлический вход блока расходомеров подключен к гидравлическим входам мерных участков, гидравлические выходы мерных участков подключены к гидравлическому выходу блока расходомеров, при этом информационные выходы датчиков расхода воды являются группой информационных выходов блока расходомеров, а входы управления отсечных клапанов являются группой входов управления блока расходомеров.

3. Установка для имитации условий дождя по п. 1, отличающаяся тем, что пульт управления содержит показывающие приборы, количество которых соответствует числу информационных выходов блока расходомеров, подключенных к группе информационных входов пульта управления, частотный регулятор насоса, регулятор степени открытия сбросного вентиля и выключатели в соответствии с количеством входов управления блока расходомеров, причем выходы частотного регулятора насоса, регулятора степени открытия сбросного вентиля и выключателей являются группой управляющих выходов пульта управления, а входы показывающих приборов являются группой информационных входов пульта управления.

4. Установка для имитации условий дождя по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит датчик давления воды, который гидравлически подключен к коллектору, а его электрический выход соединен с дополнительным входом пульта управления, оснащенного индикатором давления воды.

5. Установка для имитации условий дождя по п. 1, отличающаяся тем, что выход насоса связан со входом блока расходомеров и сбросного вентиля через фильтр.

6. Установка для имитации условий дождя по п. 1, отличающаяся тем, что пульт управления снабжен дополнительным информационным выходом для подключения к системе регистрации параметров в испытательном боксе газотурбинного двигателя.

7. Установка для имитации условий дождя по п. 1, отличающаяся тем, что коллектор и система подачи воды выполнены с возможностью их транспортирования и, по меньшей мере, емкость с водой, насос и фильтр системы подачи воды размещены на транспортном средстве.

8. Установка для имитации условий дождя по п. 7, отличающаяся тем, что гидравлические и электрические связи элементов системы подачи воды и ее гидравлическая связь с коллектором выполнены гибкими.

9. Установка для имитации условий дождя по п. 7 или 8, отличающаяся тем, что в качестве транспортного средства использована тележка, оборудованная сцепным устройством.