Стенд для испытания агрегатов газотурбинных двигателей

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1

09) (III (51)5 G Ol М 13 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

rI0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ- И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н A ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4400763/25-28 ,(22) 28.12.87 (46) 15,07.90. Бюл, N-* 26 (75) В.С. Подгуленко, В.А. Клейменов, В.И. Мойсеев, И.В. Еорчагин и И.И. Добринов (53) 621.833 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 518671, кл, G 01 М 13/00, 1976.

Авторское свидетельство СССР

11 449278, кл. G 01 Y. 13/02, 1972. (54) СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ АГРЕГАТОВ

ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕР! (57) Изобретение относится к газотурбиностроению, а именно к испытательной технике, и может быть использовано при ресурсных испытаниях с имитацией эксплуатационных режимов комп,лекта агрегатов газотурбинного двигателя. Целью изобретения является рас2 ширение 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 v. дополнительным 24 гидравлическими нагружателями, механическим нагружателем 36 и электрическим нагружателем 41. 1 з.п, ф-лы, С .

6 ил.

I а

1578557

Изобретение относится к машиностроеншо, в том числе к газотурбино- строению, а именно к испытательной технике, и может быть использовано

5 при ресурсных испытаниях с имитаци-. ей эксплуатационных режимов нагружения комплекта агрегатов газотурбинного двигателя (ГТД), включающих переходник, основную и вспомогательную 10 коробки приводов, два привода центрифуг,, топливный насос-регулятор, стартер-генератор постоянного тока, маслоагрегат, топливоподкачивающий насос, воздухоотделитель, и их элементов, например муфт свободного хода, цодшипниковых и уплотнительных узлов и т.д.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей стенда путем обеспечения одновременного испытания взаимосвязанных агрегатов газотурбинного двигателя (ГТД) с имитацией полного эксплуатационного и нагрузочного 25 циклов работы его узлов, На фиг.1 изображена общая схема стенда; на фиг.2 — кинематическая схе— ма стенда; на фиг.3 — схема нагружения масляного насоса и воздухоотдели- 0 теля масляной системы; на фиг,4 — схема нагружения насоса-регулятора и топливо-подкачивающего насоса топлив— ной системы; на фиг.5 — схемы нагружения двух приводов центрифуг; иа фиг.б — схема нагружения стартерагенаратора, Стенд содержит привод, включающий двигатель 1 и соединенный с ним мультипликатор 2, инерционный нагружатель 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. 45

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

Б нагружателя 3.

Проставка 4 другим фланцем соединена с ведущим валом испытуемого переходника 8, ведомые валы которого кинематически связаны с ведущими BBJIBMH испытуемых основной коробки 9 приводов (ОКП) и вспомогательной коробки 10 привЬдов (ВКП) при помощи торсионных валов 11 и 12, Кинематически связанные с ведомыми валами коробки 10 маслоагрегат 13 и воздухоотделитель 14 подключены к основному гидравлическому нагружателю 15, включающему систему 16 маслоснабжения и регулирующее устройство

17. Замкнутая система 16 маслоснабжения. (фиг.3} состоит из соединенных трубопроводами масляного бака 18, вентиля 19, испытуемого маслоагрегата 13, испытуемого воздухоотделителя

14, масляных фильтров 20 и холодильника 21. Регулирующее устройство 17 системы маслоснабжения выполнено в виде регулируемого дросселя, отрегулированного на имитацию гицродинамического сопротивления остальной части масляной системы испытуемого ГТД, Для отвода воздуха иэ воздухоотделителя 14 предусмотрена магистраль 22, Нагрузка контролируется манометрами 23.

Входящий в состав стенда дополн1 ..юг,ный гидравлический нагружатель

".ч, включающий систему 25 топливоснабжения и .регулирующее устройство

26> подключен к кинематически связанным с ведомыми валами коробки 9 испытуемому топливному насосу-регу- лятору ?? и коробки -10 испытуемому топливоподкачивающему насосу 28..

Замкнутая система 25 топливоснабжения состоит из соепиненных тоубопоовопами топливного бака 29 (Ьиг.4), вентилей 30, хЬлодильника 31, .топливных фильтров 32 и 33, испытуемых топливоподкачивающего насоса 28 и насосарегулятора 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

1578557

55 системе контролируется манометрами

35.

Кеханический, например зубчатый, нагружатель 36 (фиг.l) 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 нагружатель 41 (фиг.l) 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 R<, R » R5 и R (фиг.б) °

Функции автоматического переключения со стартерного на генераторный режим работы стенда выполняют смонтированные в коробке 9 (фиг,2) стартерная 44 и генераторная 45 центробежнохраповые муфты свободного хода.

Для предохранения от поломок деталей коробки 9 и переходника Ь при действии динамических перегрузок в режиме пуска ГТД используется торси- . онный вал 11, расчетная прочность которого меньше прочности деталей коробки 9 и переходника S. 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, беэ каких-либо осколков, что гарантирует отсутствие вторичной повреждаемости деталей от них. Для эаме1 ны вала ll в коробке 9 имеется свер" ху отверстие, заглушенное крышкой, позволяющее вытаскивать обломки торсионного вала 11 и на его место устанавливать новый из ЗИПа.

Стенд готовится для испытания аг,регатов конкретного реального fT7f, 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 укаэанного равенства) и sa счет

15 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 уплотнитель25 ными узлами и т,д.

В состав стенда входит также автономная система управления (не показана), автоматически регулирующая последовательную работу всех агрега-, 30 тов стенда. Автоматическое управление осуществляется в функции времени.

Стенд работает следующим образом.

После нажатия кнопки "Пуск" питание от выпрямительного агрегата 43

35 подается стартеру-генератору 42. Вращение от стартера-генератора 42 через шестерни !9» К|зи L„7 (фиг.2) сообщается шестерне LÄ> котоРая одновременно является наружной обоймой

4Q стартерной центробежной храповой муфты 44.(СЦХ!!) свободного хода.

Через собачки внутренней обоймы, находящиеся под усилием пружйн в рабочем зацеплении с выборками наружной

45 обоймы, и пальцы вращение сообщается внутренней обойме СЦХМ и остальным шестерням коробки 9 и переходника 8.

Таким образом обеспечивается разгон стенда в с.квартерном режиме (CP) с

50 передаточным отношением < Z3 Ly Z(6 Ztg

U » ср Z Z+ Z, Е„„Е„

Собачки генераторной центробежной храповой муфты 45 (ГЦХ1!) свободного хода работают без пружин и изготовле- ° ны так, что у них масса рабоч го плеча больше нерабочего. Поэтому с на1578557 чалом вращения вала ZgZ в стартерном режиме собачки ГЦХМ 45 стремятся занять рабочее положение. Но так как частота вращения наружной обоймы ГЦХИ, совмещенной с шестерней Zyg больше частоты вращения внутренней обоймы, происходит проскальзывание нерабочей поверхности наружной обой1 мы по нерабочим поверхностям собачек. 10

После раскрутки ротора стенда до. частоты вращения, соответствующей частоте вращения реального ГТД, при которой расход воздуха обеспечивает горение топлива (окончание Т этапа 15 пуска реального ГТД), алгоритм сис.темы управления стенда дает команду на включение приводного двигателя I и идет совместная раскрутка валов стенда стартером"генератором 42 и привод- 20 ным двигателем 1 (соответствует II этапу запуска реального ГТД стартером и 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, производйтся только приводным двигателем 1, 30

После снятия электропитания от стартера-генератора 42 частота вращения шестерни Z<> снижается, а част "а вращения вала с шестернями 2 К 7 рас— тет. Внутренняя обойма СЦХ11 44 начинает обгонять наружную, под воздействием центробежных сил преодолевается усилие пружин, собачки мгновенно ложатся на ограничительные штифты г и в результате СЦХМ 44 расцепляется, 40

Одновременно наружная обойма ГЦХ1"1

45 (шестерня а„), связанная с валом стартера-генератора 42, снижает свою частоту вращения с малым замедлением под .действием лишь механическо- 45 го трения в подшипниках, а внутрен.няя обойма практически не меняет частоты вращения. При равенстве частот вращения обойм за счет центробежных сил собачки ГЦХМ 45 повернутся и займут рабочее положение. ГПЛ безударно включится и начнется генераторный режим (ГР) работы стартера-генератора

42 с передаточным отношейием

Zg Zg

U 1

cp у что соответствует двигательному режиму стенда.

В генераторном режиме шестерни

Z<<- Z,> вращаются без нагрузки.

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

В генераторном (двигательном режиме) за 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, Зб и 41.

Масло из бака 18 (фиг.3) маслоагрегатом 13 подается на смазку всех узлов стенда и на регулирующее устройство 17, отрегулированное на имитацию гидродинамического сопротивления остальной асти масляной системы испытуемого ТД, Откачивающая секция маслоагрегата 13 отработанное масло направляет в воэдухоотделитель

l4 (для отделения воздуха) иэ него в масляный бак 18. Так осуществлена . загрузка маслоагрегата 13 и воздухо- отделителя 14.

Аналогично загружается топливный насос-регулятор 27 и топливоподкачивающий насос 28 (фиг.4), I

При обкатке шестерен Z u Zg (фиг.5) зубчатого нагружателя 36 по

I шестерням Z и 2 (за счет разворота на разные углы шестерен i .и Z+) происходит нагружение приводов 38 и 39 центрифуг, Стартер-генератор 42 загружается подключением в различных комбинациях активных сопротивлений (фиг.б), имитирующих подключение потребителей в натурных условиях, К реальному ГТД предъявляется требование обеспечения запусков с неостановившимся ротором (запуск с выбега)> когда частота его вращения и с 500 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 cTdpTepó-генератору 42 от выпрямительного агрегата, 43.

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

9 15 одновременных испытаний с.имитациейэксплуатационных режимов нагружения агрегатов ГТД и их элементов, например.муфт свободного хода, защитных предохранительных устройств, зубчатых передач, шлицевых соединений подшипниковых и уплотиительных узлов, зубчатых передач и подшипников качения и т,д. и переход от ресурсных стендовых испытаний вышеуказанных агрегатов к эквивалентным ускоренным (эа счет разрегулировки выпрямительного агрегата, проведения запусков с выбегов при n ) 500 об/мин, работы на режиме, большем номинального и др.) °

Формула изобретения

l, Стенд для испытания агрегатов газотурбинных двигателей, включающих переходник, основную коробку приводов, кинематически связанные с ведомыми валами последней два привода центрифуг, топливный насос-регулятор и стартер-генератор постоянного тока, вспомогательную коробку приводов, кинематически связанные с ведомыми валами последней маслоагрегат, топливоподкачивающий насос и воздухоотделитель, содержащий привод, гидравлический нагружатель, включающий систему маслоснабжения и торсионные валы, отличающийся тем, 78557

)0. что, с целью расширения технологи:. ческих воэможностей, он снабжен кин;:"матически связанным с приводом инер5 ционным нагружателем, дополнительным гидравлическим нагружателем, включающим систему топливоснабжения, предназначенную для подключения к топливному насосу-регулятору и топливоподкачивающему насосу испытуемого двигателя, механическим нагружателем, кинематически связывающим выходные валы двух приводов центрифуг испытуемого двигателя, и электрическим нагружателем, кинематически связыи;;смым с валом стартера-генератора испытуемого двигателя, система маслоснабжения основного гидравлического нагружателя предназначена для подклюЯ} чения к маслоагрегату и воэдухоотделителю испытуемого двигателя, а торсионные валы предназначены для кипе;"». тического соединения ведущего и ведомых валов переходника испытуемого

25 двигателя соответственно с выходом инерционного нагружателя и ведущими валами основной и вспомогательной коробок приводов испь|туемого двигателя.

2. Стенд по п.l, о т л и ч а ю— шийся тем, что он снабжен ныпрямительным агрегатом, предназначенным для подключения к стартеру-генератору постоянного тока испытуемого двигателя.

) 578557

9>4/2. 3 20 21 22

27

З2 .

5578557

38

Фиг,6

Составитель Ю. Крашенко

Редактор А. Лежнина Техред М.Ходанич Ко рр ек тор Т Малец

Заказ !910 Тираж 439 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101