Development of test-benches for control and research tests of turbochargers

全文:

Стенды предназначены для контрольных и приёмо-сдаточных испытаний турбокомпрессоров (ТКР) в диапазонах типоразмеров 45…50, 60…80, 90…100, 180…230 и их модификаций для проверки соответствия параметров ТКР в контрольной точке требованиям технических условий (ТУ) при серийном производстве. Испытательный комплекс состоит из 4-х независимых стендов. Каждый из стендов предназначен для работы с определённым типом турбокомпрессоров (рисунок 1), однако структуры стендов идентичны. Стенд испытаний турбокомпрессоров – это комплекс технологического, пневматического, гидравлического, электрического оборудования, объединенного системой автоматизированного управления, контроля и измерения параметров [1]. Рисунок 1 Стенд безмоторных испытаний турбокомпрессоров состоит из испытуемого ТКР с приспособлениями для его крепления, систем подвода и отвода газа и воздуха, системы смазки, системы топливоподачи и средств измерения [2]. Система подвода воздуха к компрессору включает воздушный фильтр, устройство для измерения расхода воздуха через компрессор, преобразователи температуры и давления воздуха на входе в компрессор и выходе из него, соединительные воздуховоды. Расход воздуха после компрессора регулируется заслонкой с электроприводом и позиционером для осуществления обратной связи с информацией о положении заслонки. Автономная сеть сжатого воздуха снабжена устройством для измерения расхода воздуха, преобразователями температуры и давления, а также электромагнитным клапаном для аварийного перекрытия подачи воздуха в магистраль стенда. Система подвода газа к турбине может быть осуществлена несколькими способами: 1. Разомкнутый цикл, когда воздух в камеру сгорания подается только из автономной сети сжатого воздуха. 2. Полузамкнутый цикл, воздух из компрессора ТКР подаётся на вход камеры сгорания, а также добавляется воздух из автономной сети. 3. Замкнутый цикл, воздух из автономной сети используется только для пуска стенда и выхода ТКР на режим, затем он перекрывается, и обеспечение воздухом камеры сгорания осуществляется только компрессором ТКР. Система смазки предназначена для подвода масла к подшипниковому узлу ТКР для обеспечения смазки и охлаждения ротора. Масло циркулирует в замкнутом контуре. Система включает масляный бак с электронагревателями и жидкостно-масляным теплообменником для поддержания заданной температуры масла, масляный насос с приводом, масляный фильтр, устройство для измерения расхода масла, вентили, датчики температуры и давления масла перед ТКР, маслопроводы. Система топливоподачи предназначена для подачи и регулирования расхода топлива через камеру сгорания. Включает топливный бак, топливный насос с приводом, топливный фильтр, клапаны подачи топлива к форсункам, форсунки со сменными распылителями, свечу зажигания, топливопроводы, преобразователи температуры, давления и расхода топлива. Для измерения частоты вращения ротора и виброактивности турбокомпрессора предназначен виброанализатор с акселерометром. Измерение частоты вращения ротора осуществляется путём регистрации оборотной частоты в спектре колебаний ТКР по специальной методике. Датчики имеют электрический выход, позволяющий выводить результаты измерений на АЦП, оцифровываются и обрабатываются на стендовом компьютере [3]. При испытаниях определяются параметры и характеристики ТКР, предусмотренные программой испытаний. Характеристики компрессора ТКР определяются при постоянных окружных скоростях на наружном диаметре лопаток колеса компрессора, приведенных к нормальным условиям, кратных 50 м/с, в диапазоне от 250 до 550 м/с. Характеристики компрессора ТКР определяются во всем его рабочем диапазоне: от максимального расхода воздуха через компрессор до границы помпажа. Начало помпажа компрессора определяется по появлению колебаний давления воздуха в выходном трубопроводе компрессора и повышению температуры на входе компрессороной ступени, регистрируемых преобразователем давления и температуры с мониторингом на соответствующем приборе. Характеристики компрессора и турбины определяются по одновременно измеренным параметрам на одних и тех же режимах работы ТКР. Измерение параметров проводится при установившемся режиме работы турбокомпрессора и в режиме реального времени отображается на рабочем столе оператора [4] (рисунок 2). Рисунок 2 – Человеко-машинный интерфейс (ЧМИ) технологического оборудования В процессе испытаний автоматически формируются отчетные файлы [5]: 1. Файл измерений – это файл, содержащий все значения параметров, измеряемых приборами и датчиками стенда. 2. Файл расчета – этот файл содержит сведения о ТКР, начальные данные и все рассчитываемые параметры турбокомпрессора. 3. Файл статистики – содержит основные контролируемые параметры турбокомпрессора (в основном эти сведения необходимы для контроля качества серийной продукции). По результатам испытаний характеристики ТКР представляются в виде графических зависимостей: · степени повышения давления воздуха и адиабатического КПД компрессора от приведенного расхода воздуха через компрессор и приведенной окружной скорости на наружном диаметре колеса или частоты вращения ротора; · эффективного КПД, приведенного расхода газа через турбину и пропускной способности турбины от степени уменьшения давления газа в турбине. В случае контрольных или приёмо-сдаточных испытаний параметры ТКР сравниваются с имеющимися характеристиками компрессора и турбины. Система автоматического управления, контроля, измерения параметров турбокомпрессоров (САУКИП): автоматизированная система представляет собой совокупность измерительных, контрольных, управляющих модулей, функционально объединенных в единый испытательно-исследовательский комплекс. Программное обеспечение (ПО) системы представляет собой три уровня иерархии: КП (контролируемый пункт), ДП (диспетчерский пункт), АРМ (автоматизированные рабочие места (рисунок 3). Рисунок 3 Уровень КП Это нижний уровень системы. Представлен программой KpServer (сервер КП). Каждый из четырех стендов имеет собственную конфигурацию, в соответствии с которой программа осуществляет периодический опрос подключенного к стендам оборудования и передает данные в следующий уровень – ДП. Каналы виброанализатора СД-21 подключены к 4 стендам, но управление и съем данных с этого устройства выполняется только одним из серверов КП. Уровень КП децентрализован, и возможна работа от 1 до 4 серверов КП в системе. На данный момент аппаратная конфигурация системы такова, что существует единственный (центральный) компьютер – сервер САУКИП, на котором установлено ПО уровней КП и ДП, в то время как АРМы распределены по стендам. Уровень ДП Центральное звено системы представлено программой DpServer (сервер ДП). Сервер ДП выполняет три главные задачи: сбор данных с серверов уровня КП (от 1 до 4), запись данных в базу данных MS SQL Server 2000/2005, передачу данных в АРМы и прием команд от АРМов. Конфигурация сервера ДП представляется объединением конфигураций серверов КП плюс дополнительная информация для подключения сервера СУБД и АРМов. Уровень АРМ Верхний уровень системы представлен программой jskit, выполняющейся на каждом компьютере – рабочем месте оператора стенда (от 1 до 4 мест). Программа обеспечивает подключение к серверу ДП для получения on-line данных, а также визуализирует мнемосхемы стендов с учетом текущего состояния измерений. Информационная часть комплекса состоит из сервера, 4-х автоматизированных рабочих мест операторов и стенда калибровки (рисунок 4). Всё оборудование связано независимой ЛВС. Данные, собранные с СИТ, обрабатываются сервером, который имеет выход в ЛВС предприятия. Таким образом, информация, полученная в ходе испытаний, может быть выведена на любой персональный компьютер, подключенный к сети предприятия. Для связи оборудования стенда и стендового компьютера используется оборудование фирмы МОХА (плата C104H/PCI-DB9M). Рисунок 4 Целью создания САУКИП СИТ является автоматизация хода испытания и процесса измерения, экономия ресурсов за счет внедрения информационных технологий. Результатом внедрения системы (рисунок 5) является: · повышения качества контрольных и приёмосдаточных испытаний; · автоматизированный сбор, обработка, представление и хранение данных по признакам; · обеспечение точности режимов испытаний; · повышение эффективности процесса испытаний; · повышение информативности процесса испытания; · обеспечение безопасности персонала; · улучшение ремонтопригодности оборудования; · снижение технических и коммерческих потерь в ходе испытаний; · обеспечение сохранности данных об измеренных величинах и служебной информации в специальной базе данных, отвечающей требованию повышенной защищенности. Функции, реализуемые САУКИП СИТ: · автоматическое выполнение измерений физических величин во время испытаний турбокомпрессора; · автоматический выбор конфигурации режимов в зависимости от типа изделия; · вывод текущих значений измерения на АРМ оператора; · визуализация процесса испытаний; · оперативный контроль режимов испытаний; · анализ результатов измерений; · сохранение базы данных результатов измерений; · выдача результатов измерений в форме таблиц, графиков, протоколов; · диагностика и мониторинг систем. · выдача предупреждений об аварийных ситуациях. · обеспечение сохранности данных об измеренных величинах и служебной информации в специальной базе данных, отвечающей требованию повышенной защищенности. Рисунок 5 Методы испытаний и применяемое оборудование соответствуют требованиям ГОСТ Р 53637-2009 «Турбокомпрессоры автотракторные. Общие технические требования и методы испытаний».

作者简介

V. Kaminskiy

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Dr.Eng., Prof.

R. Kaminskiy

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

A. Lazarev

Scientific and Production Association “Turbotehnika”

Email: turbo@kamturbo.ru

I. Grigorov

Scientific and Production Association “Turbotehnika”

Email: turbo@kamturbo.ru

A. Kostyukov

Scientific and Production Association “Turbotehnika”

Email: turbo@kamturbo.ru

S. Korneev

Scientific and Production Association “Turbotehnika”

Email: turbo@kamturbo.ru

I. Kovaltsov

Scientific and Production Association “Turbotehnika”

Email: turbo@kamturbo.ru

A. Sergeev

Scientific and Production Association “Turbotehnika”

Email: turbo@kamturbo.ru

A. Gusak

Scientific and Production Association “Turbotehnika”

Email: turbo@kamturbo.ru

S. Sibiryakov

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

参考

补充文件