CC BY
17
УДК 629.7
СТЕНД ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПОДВОДЯЩИХ УСТРОЙСТВ МИКРОТУРБИН
А. В. Делков, С. В. Рудко, Д. В. Потес, М. У. Абдуллаев, Г. Г. Ларин
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31
E-mail: spsp99@mail.ru
Представлено экспериментальное оборудование для проведения энергетических испытаний с элементами балансировки потерь мощности по длине гидравлической части микротурбин. Пневмогидравлическая схема стенда включает в себя: микротурбину реактивного типа с канальным, тангенциальным подводящим устройством, состыкованным с генератором нагрузки постоянного тока. Корпус генератора выполнен в балансирном подвесе на внешних подшипниках, позволяющих получить измерительный реактивный проворот корпуса с целью измерений крутящего момента, определяющего механическую входную мощность на генераторе. Система измерений включает в себя необходимое количество датчиков расходов, датчиков температур определяемых методикой проведения испытаний. Регистрация данных и обработка ведется на базе контроллеров National Instruments NIcDAQ9181 и NIUSB 6008.
Ключевые слова: турбинный узел, ресивер, двигатель в балансирном подвесе, датчики расходов, датчики температур, энергетические испытания.
STAND FOR PERFORMANCE TESTS AND EXPERIMENTAL RESEARCHES OF SUPPLY DEVICES OF MICROTURBINES
A. V. Delkov, S. V. Rudko, D. V. Potes, M. U. Abdullaev, G. G. Larin
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
E-mail: spsp99@mail.ru
This work presents experimental equipment for energy testing with elements for balancing power losses along the length of the hydraulic part of microturbines. The pneumohydraulic circuit of the bench includes: a reactive type microturbine with a channel, tangential feed device coupled to a DC load generator. The generator case is made in a balanced suspension on external bearings, allowing to obtain a measuring reactive rotation of the case with the aim of measuring the torque, which determines the mechanical input power on the generator. The measurement system includes the required number of flow sensors, temperature sensors determined by the test procedure. Data recording and processing is based on National Instruments NI cDAQ9181 and NI USB 6008 controllers.
Keywords: turbine assembly, receiver, engine in a balanced suspension, flow sensors, temperature sensors, energy tests
Принципиальная схема экспериментального стенда для проведения испытаний микротурбины представлена на рис. 1. Стенд состоит из турбинного узла с набором сменных
Секция «Моделирование физико-механических и тепловых процессов в машинах и аппаратах»
колес, рабочих и подводящих устройств генератора в балансирном подвесе, пульта управления расходом рабочего тела, ресивера, компрессора, системы измерений [1].
Рис. 1. Схема экспериментального стенда 1 - турбинный узел; 2 - двигатель в балансирном подвесе; 3 - ресивер; 4 - редуктор управления расходом рабочего тела; 5 - датчик температуры; 6 - датчик давления;
7 - датчик расхода; 8 - датчик крутящего момента; 9 - датчик оборотов;
10 - измерительный комплекс
Модельное рабочее тело подается в проточную часть турбины из ресивера 3 через пульт управления расходом с редуктором 4. Механическая энергия рабочего тела приводит во вращение ротор турбины, выполненный на одном валу с ротором генератора 2. Отработавшее рабочее тело выбрасывается из турбины в атмосферу. Расход рабочего тела задается редуктором 4 пульта.
Система измерений испытательного стенда позволяет контролировать параметры температуры, давления, расхода, крутящего момента на корпусе генератора, скорости вращения ротора. Все измеренные показатели системы измерений фиксируются измерительным комплексом 10. Измеряемые на стенде параметры представлены в табл. 1.
Таблица 1
Измеряемые на стенде параметры
№ Параметр Обозначение
1 Статическое и полное давление на входе в турбинный узел Рвх, Р*вх, [Н/м2]
2 Статическое и полное давление на выходе из турбинного узла Рвых, Р*вых. [Н/м2]
3 Статическое и полное давление в контрольных точках Р, Р*, [Н/м2]
4 Температуры в контрольных точках T, [0К]
5 Скорость вращения ротора турбины n, [мин-1]
6 Сила рычага двигателя в балансирном подвесе F, [Нм]
7 Расход модельного рабочего тела V, [м3/с]
8 Показания напряжения и силы тока генератора U, I, [В, А]
В качестве контрольных точек стенда используются точки в характерных сечениях проточной части турбины (входное сечение (вх), сечение в канале подводящего устройства (0), сечение на входе в колесо (1), выходное сечение (вых)) [2]. Для возможности оценки
степени парциальности турбины для сечения на входе в колесо измерения проводятся в четырех точках, отстоящих друг от друга на 90° (точки 1-1, 1-2, 1-3, 1-4). Положение точек показано на рис. 2.
Рис. 2. Расположение контрольных точек
Стенд испытаний физического макета энергетической установки позволяет проводить испытания турбин различных типов на модельном рабочем теле при давлении на входе в турбинный узел до 3 атм и скорости вращения ротора турбины до 10000 об/мин.
Измерительная система для испытательного стенда автоматизирована и построена на базе контролеров National Instruments NI cDAQ9181 и NI USB 6008. Считывание и фиксация сигналов датчиков измерительной системы производится в среде LabVIEW 2012. При запуске программы производится считывание конфигурационных файлов, содержащих описание измерительных каналов и сразу же начинается общий цикл измерений. По окончании измерений для каждого испытания записывается файл, содержащий в себе показатели измерительных приборов и их изменение за все время проведения испытания.
Давление в системе контролируется датчиками давления ИКД-6, которые измеряемую величину возвращают в вольтах. Для перевода показаний датчиков ИКД-6 в формат единиц измерения давления используются тарировочные характеристики, полученные одномоментно с градацией давления по гидравлическому столбу жидкости [3].
Представленное оборудование позволяет в полном объеме выполнить энергетические испытания турбины с балансировкой энергий по подводящим устройствам и рабочему колесу турбины.
Библиографические ссылки
1. Овсянников Б. В., Боровский Б. И. Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей. М.: Машиностроение, 1986. 376 с.
2. Теория пространственного пограничного слоя в гидродинамике турбомашин: монография / А. А. Кишкин, В. П. Назаров, Д. А. Жуйков, Д. В. Черненко // Красноярск: Сибирский Государственный Аэрокосмический университет, 2013. 250 с.
3. Зарубин В. С. Математическое моделирование в технике. Учеб. для вузов / Под ред. B.C. Зарубина, А.П. Крищенко. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. 496 с.
© Делков А. В., Рудко С В., Потес Д. В., Абдуллаев М. У., Ларин Г. Г., 2020
