Стенд для испытания агрегатов газотурбинных двигателей

(21 ,(22(46 (75 1(. 26В.А. Кл орчагин именов,СССР1976.ССР1972,ЕГАТОВ тельств 13/00,льство13/02,АНИЯ АГРЕЛЕ 1 57 зобретение о остроению, а й технике, и при ресурсн эксплуатаци осится к газоменно к испытатурб тель зова мож ет быть исполь спытаниях с им ных режимов комп тацие т ОСУДАРСТВЕККЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ- И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБР А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(53) 621,833 (088.8) (56) Авторское свиде В 518671, кл, С 01 М Авторское свидете11 449278, кл. С 01 (54) СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТ та агрегатов газотурбинного двига я. Целью изобретения является рас ширение технологических возможностеистенда путем обеспечения одновременного испытания взаимосвязанных агрегатов газотурбинного двигателя с имитацией полного эксплуатационного инагрузочного цикла работы его узлов.При работе вращение от привода задается комплекту испытуемых агрегатов -переходнику 8, основной 9 и вспомогательной 1 О 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, С6 илИзобретение относится к машиностроенпо, в том числе к газотурбино-строению, а именно к испытательнойтехнике, и может быть использовано5при ресурсных испытаниях с имитаци-.ей эксплуатационных режимов нагружения комплекта агрегатов газотурбинного двигателя (ГТД), включающих переходник, основную и вспомогательную 10коробки приводов, два привода центрифуг топливный насос-регулятор,стартер-генератор постоянного тока,маслоагрегат, топливоподкачивающийнасос, воздухоотделитель, и их эле- цментов, например муфт свободногохода,одшипниковых и уплотнительных узлов и т.д.Целью изобретения являетсярасширение технологических возможностей стенда путем обеспеченияодновременного испытания взаимосвязанных агрегатов газотурбинногодвигателя (ГТД) с имитацией полногоэксплуатационного и нагрузочного 25циклов работы его узлов,На фиг,1 изображена общая схемастенда; на фиг.2 - кинематическая схе -ма стенда; на фиг.3 - схема нагружения масляного насоса и воздухоотделителя масляной системы; на Фиг,4 - схема нагружения насоса-регулятора и топливо-подкачивающего насоса топливной системы; на фиг.5 - схемы нагружения двух приводов центрифуг; иафиг.б - схема нагружения стартерагенаратора,Стенд содержит привод, включающийдвигатель 1 и соединенный с ним мультипликатор 2, инерционный нагружатель 3 и проставку 4. Проставка 4представляет собой корпус с двумяФланцами и внутренней расточкой. Одинфланец проставки 4 идентичен выходному Фланцу инерционного нагружателя 3. 45Во внутренней расточке проставки 4размещена одна из опор полого валаинерционного нагружателя 3, которыйвыполнен в виде набора сменных дисков равных диаметров, установленныхна полом валу. В качестве опор полого. вала инерционного нагружателя 3используются подшипники 5 и 6.Мультипликатор 2 торсионным валом7 соединен с полым валом инерционного55нагружателя 3.Проставка 4 другим фланцем соединена с ведущим валом испытуемого переходника 8, ведомые валы которого кинематически связаны с ведущими валами испытуемых основной коробки 9 приводов (ОКП) и вспомогательной коробки 10 привЬдов (ВКП) при помощи торсионных валов 11 и 12.Кинематически связанные с ведомы" ми валами коробки 10 маслоагрегат 13 и воздухоотделитель 14 подключены к основному гидравлическому нагружателю 15, включающему систему 16 масло- снабжения и регулирующее устройство 17. Замкнутая система 16 маслоснаб" жения (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 час-. ти масляной системы испытуемого ГТД, Для отвода воздуха иэ воздухоотделителя 14 предусмотрена магистраль 22, Нагрузка контролируется манометрами 23. Входящий в состав стенда дополн 1 ел,ный гидравлический нагружатель.4, включающий систему 25 топливоснабжения и .регулирующее устройство26, подключен к кинематически связанным с ведомыми валами коробки 9испытуемому топливному насосу-регу-лятору 2 и коробки .1 О 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 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 в1578557 55 системе контролируется манометрами 35.Кеханический, например зубчатый, нагружатель 36 (фиг.1) через торсионные валы 37 связан с двумя испы" туемыми 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.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 К, К, К 5 и К (фиг.6).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 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, беэ каких-либо осколков, что гарантирует отсутствие вторичной повреждаемости деталей от них. Для эаме 1ны вала 11 в коробке 9 имеется свер" ху отверстие, заглушенное крышкой, позволяющее вытаскивать обломки торсионного вала 11 и на его место устанавливать новый из ЗИПа. ЬСтенд готовится для испытания аг,регатов конкретного реального ГТД.Готовность обеспечивается .равенством суммы моментов инерции приводного двигателя 1 (фиг.2), мультипликатора 2 и инерционного нагружателя3 моменту инерции раскручиваемогоконтура высокого давления испытуемого ГТД. Переход от, одного ГТД к другому обеспечивается за счет добавления (или уменьшения) дисков на валуинерционного нагружателя 3 (выполнение укаэанного равенства) и за счет15 подбора проставки 4,Таким образом, объектом испытанияявляются переходник 8 реального испытуемого ГТД и закрепленные на немкоробки 9 и 10 с агрегатами 13,14,2820 27,38,39,42 с входящими в них элементами, например цилиндрическими иконическими передачами, муфтами 44 и45 свободного хода, шлицевыми соединениями, подшипниковыми и уплотнитель 25 ными узлами и т,д.В состав стенда входит также автономная система управления (не показана), автоматически регулирующаяпоследовательную работу всех агрега-,30 тов стенда. Автоматическое управление осуществляется в функции времени.Стенд работает следующим образом.После нажатия кнопки "Пуск" питание от выпрямительного агрегата 4335подается стартеру-генератору 42. Вращение от стартера-генератора 42 через шестерни К 9, Кзи Е 7 (фиг,2)сообщается шестерне Е, которая одновременно является наружной обоймой40 стартерной центробежной храповоймуфты 44 (СЦХ) свободного хода.Через собачки внутренней обоймы, находящиеся под усилием пружйн в рабочем зацеплении с выборками наружной45 обоймы, и пальцы вращение сообщается внутренней обойме СЦХМ и остальнымшестерням коробки 9 и переходника 8.Таким образом обеспечивается разгонстенда в с 1 артерном режиме (СР) с50 передаточным отношением. . 9 ь Е(6 218БМСь+ ьа Е ГГ 249 Собачки генераторной центробежной храповой муфты 45 (ГЦХИ) свободного хода работают без пружин и изготовле-ны так, что у них масса рабочего плеча больше нерабочего. Поэтому с на 1578557чалом вращения вала 262 в стартерном режиме собачки ГЦХМ 45 стремятся занять рабочее положение. Но так как частота вращения наружной обоймы ГЦХМ, совмещенной с шестерней 29,больше частоты вращения внутренней обоймы, происходит проскальзывание нерабочей поверхности наружной обой" мы по нерабочим поверхностям собачек, 1 ОПосле раскрутки ротора стенда до. частоты вращения, соответствующей частоте вращения реального ГТД, при которой расход воздуха обеспечивает горение топлива (окончание 1 этапа 15 пуска реального ГТД), алгоритм сис.темы управления стенда дает команду на включение приводного двигателя 1 и идет совместная раскрутка валов стен. да стартером"генератором 42 и привод ным двигателем 1 (соответствует 11 этапу запуска реального ГТД стартером и турбиной после начала горения топлива), После отработки этого этапа запуска стартер-генератор 42 по комаиде отключается и дальнейшая раскрутка валов стенда до режима, соответствующего режиму холостого ходареального ГТД, производйтся толькоприводным двигателем 1, 30После снятия электропитания отстартера"генератора 42 частота вращения шестерни 2 снижается, а частоавращения вала с шестернями 22 7 рас -тет. Внутренняя обойма СЦХМ 44 начинает обгонять наружную, под воздействием центробежных сил преодолевается усилие пружин, собачки мгновенноложатся на ограничительные штифтыги в результате СЦХМ 44 расцепляется, 40Одновременно наружная обойма ГЦХМ45 (шестерня 2 ), связанная с валом стартера-генератора 42, снижаетсвою частоту вращения с малым замедлением под,действием лишь механического трения в подшипниках, а внутрен.няя обойма практически не меняет частоты вращения. При равенстве частотвращения обойм за счет центробежныхсил собачки ГЦХМ 45 повернутся и займут рабочее положение. ГПХМ безударно включится и начнется генераторный режим (ГР) работы стартера-генератора42 с передаточным отношейием2П Г Р )55с К 2 2 что соответствует двигательному режиму стенда. В генераторном режиме шестерни26- 2 вращаются без нагрузки.В момент перехода со стартерногона генераторный режим работы происходит пересопряжение рабочих профилей зубчатых коробок 9 и О приводови переходника 8.В генераторном (двигательном режиме) за счет приводного двигателя 1имитируются все режимы работы реального ГТД, в том числе режимы, превышающие номинальный.С началом вращения валов стендавступают в работу нагружатели 15, 24,Зб и 41.Масло из бака 18 (фиг.3) маслоагрегатом 13 подается на смазку всехузлов стенда и на регулирующее устройство 17, отрегулированное на имитацию гидродинамического сопротивления остальной части масляной системыиспытуемого ТД,.Откачивающая секция маслоагрегата 13 отработанноемасло направляет в воэдухоотделитель14 (для отделения воздуха) иэ негов масляный бак 18. Так осуществлена,загрузка маслоагрегата 13 и воздухо-отделителя 14,Аналогично загружается топливныйнасос-регулятор 27 и топливоподкачивающий насос 28 (фиг.4),(фиг,.5) зубчатого нагружателя 36 пошестерням 2 и 2 (за счет разворота на разные углы шестерен 2 ,и 2)происходит нагружение приводов 38и 39 центрифуг,Стартер-генератор 42 загружаетсяподключением в различных комбинациях активных сопротивлений (фиг.б),имитирующих подключение потребителейв натурных условиях,К реальному ГТД предъявляется требование обеспечения запусков снеостановившимся ротором (запуск свыбега) когда частота его вращенияп ( 500 об/мин, Такой режим имитируется на стенде первоначальной раскруткой его валов приводным двигателем 1 до указанной частоты вращенияс последующим нажатием. кнопки Пуск,когда подается питание стартеру-генератору 42 от выпрямительного агрегата 43.Предлагаемый стенд обеспечиваетимитацию полного цикла работы испытуемых узлов ГТД в широком диапазоне изменяемых параметров, проведение9 15 одновременных испытаний с.имитацией- эксплуатационных 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 выпрямитель- ного агрегата, проведения запусков с выбегов при п ) 500 об/мин, работы на режиме, большем номинального и дре)еФормула изобретенияСтенд 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, 78557 10. что, с целью расширения технологи ческих воэможностей, он снабжен кин: -матически связанным с приводом иверционным нагружателем, дополнительнымгидравлическим нагружателем, включающим систему топливоснабжения,предназначенную для подключения ктопливному насосу-регулятору и топливоподкачивающему насосу испытуемогодвигателя, механическим нагружателем,кинематически связывающим выходныевалы двух приводов центрифуг испытуемого двигателя, и электрическимнагружателем, кинематически связыисмым с валом стартера-генератора испытуемого двигателя, система маслоснабжения основного гидравлическогонагружателя предназначена для подклю 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 выходоминерционного нагружателя и ведущимивалами основной и вспомогательнойкоробок приводов испьтуемого двигателя.2, Стенд по п.1, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что он снабжен ныпрямительным агрегатом, предназначеннымдля подключения к стартеру-генератору постоянного тока испытуемого двигателя.Фиг авитель Ю. Крашенкоед М,Ходанич А. Лежи Малец орректо Ред е Гага роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго каз 1910НИИПИ Государственно11303 157855738 Тираж 439 Поднисное комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5