Способ испытания гидронасосов и устройство для его осуществления

(51)04 51/00 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ГИДРОНАСОСОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики и надежности машин Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Адашкевич Владимир Иосифович Басинюк Владимир Леонидович Борейшо Владимир Евгеньевич Усс Иван Никодимович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики и надежности машин Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Способ испытания гидронасосов путем определения объемной подачи рабочей жидкости, заключающийся в том, что поток рабочей жидкости направляют от испытываемого насоса по напорной гидролинии с требуемым давлением, отличающийся тем, что используют пневмогидроаккумулятор для создания монотонно возрастающего давления в напорной гидролинии и рабочей полости пневмогидроаккумулятора от величины давления зарядки его пневмополости до максимальной величины давления испытаний, соответствующего технологическим возможностям испытываемого насоса, при этом объем рабочей жидкости , закачанной испытываемым насосом в рабочую полость пневмогидроаккумулятора, определяют через адиабатную функцию сжатия газа в его пневмополости из соотношения 8242 1 2006.06.30 где 0 - объем пневмополости пневмогидроаккумулятора 0 - давление зарядки пневмополости пневмогидроаккумулятора 1 - нижнее давление предела контроля объема рабочей жидкости в рабочей полости пневмогидроаккумулятора- газовая постоянная 2 - верхнее давление предела контроля объема рабочей жидкости в рабочей полости пневмогидроаккумулятора,одновременно подсчитывают количество оборотоввала испытываемого насоса, необходимых для закачки контролируемого объема рабочей жидкости в рабочую полость пневмогидроаккумулятора, а объемную подачуиспытываемого насоса определяют из соотношения/. 2. Устройство для испытания гидронасосов, содержащее расходную емкость с рабочей жидкостью, испытываемый насос с напорной гидролинией и всасывающей гидролинией,связанной с расходной емкостью, приводной двигатель, выходным валом связанный с испытываемым насосом, первый управляемый магнитный гидрораспределитель, отличающееся тем, что содержит пневмогидроаккумулятор, второй управляемый магнитный гидрораспределитель, модуль управления, вычислительное устройство, аналого-цифровой преобразователь, дисплей, импульсный датчик оборотов вала приводного двигателя и датчик давления, причем первый управляемый магнитный гидрораспределитель установлен с возможностью подключения напорной гидролинии к сливной гидролинии или к рабочей полости пневмогидроаккумулятора, связанной с датчиком давления и через второй управляемый магнитный гидрораспределитель - со сливной гидролинией, при этом первый вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом датчика давления и входом модуля управления, второй вход - с импульсным датчиком оборотов вала приводного двигателя, а выход цифровой шиной - с первым входом вычислительного устройства модуль управления первым выходом соединен с электромагнитом первого управляемого гидрораспределителя, вторым выходом - с электромагнитом второго управляемого гидрораспределителя, а третьим выходом - с третьим входом аналого-цифрового преобразователя и со вторыми входами вычислительного устройства и дисплея, первым входом цифровой шиной соединенного с выходом вычислительного устройства. Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способам определения объемной подачи (объемного КПД) и производительности гидронасосов, и может быть использовано для контроля технического состояния гидросистем. Известен способ испытания и диагностирования гидронасоса (а.с. СССР 1671970,МПК 04 В 51/00, 1991), по которому объемный КПД гидронасоса определяют по расчетной зависимости, информативными параметрами в которой являются давление, устанавливаемое в нагнетательной магистрали посредством регулируемого дросселя, и давление,установившееся в нагнетательной магистрали после подключения перепускного канала с калибровочным дросселем. Указанный способ не обеспечивает достаточной точности определения объемного КПД насоса вследствие ограниченного диапазона снижения давления в напорной магистрали при шунтировании основного потока посредством калибровочного дросселя. И требует точного поддержания температуры рабочей жидкости, так как параметры дросселирования являются температурно-зависимыми. Способ достаточно трудоемок в использовании из-за необходимости переустановки калибровочных дросселей для насосов разной производительности. Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ испытания насосов (а.с. 1448105, МПК 04 В 51/00, 1988),2 8242 1 2006.06.30 выбранный в качестве прототипа, в котором поток рабочей жидкости от испытываемого насоса по напорной гидролинии направляют через нагрузочное устройство, настроенное на заданное давление, в мерную емкость и определяют производительность насоса. К существенным недостаткам данного способа можно отнести ограниченные функциональные возможности для контроля технического состояния широкого номенклатурного ряда гидронасосов и достаточно высокую трудоемкость проведения испытаний. Повышенная трудоемкость испытаний по данному способу связана с необходимостью проведения, при каждом испытании, установки и контроля давления в напорной гидролинии, а также слива рабочей жидкости из мерной емкости. Указанный способ не позволяет провести оценку технического состояния гидронасоса по параметрам объемного КПД и производительности, при его работе на различных режимах нагружения, за один цикл испытаний. Из известных аналогов предлагаемому устройству наиболее близким по технической сущности является устройство по описанному способу испытания насосов (а.с. 1448105,МПК 04 В 51/00, 1988), выбранное в качестве прототипа, содержащее расходную емкость с рабочей жидкостью, приводной двигатель с выходным валом для соединения с испытываемым гидронасосом, всасывающую гидролинию, связанную с расходной емкостью, напорную гидролинию, соединенную через управляемый гидрораспределитель со сливом или через установленное в ней нагрузочное устройство - с мерной емкостью, подключенной через запорный элемент к сливу. Предварительно нагрузочное устройство настраивают на заданное давление в напорной гидролинии. В исходном состоянии напорная гидролиния через гидрораспределитель соединена с расходной емкостью. Испытываемый гидронасос работает на слив. Нагружение гидронасоса осуществляют посредством включения электромагнита гидрораспределителя, отключая,таким образом, гидронасос от слива и подсоединяя его к напорной гидролинии. Одновременно с включением электромагнита гидрораспределителя включают секундомер. По истечении заданного периода времени отключают электромагнит и переводят гидросхему в исходное состояние. По измеренному объему подачи рабочей жидкости, поступившей от испытываемого насоса в мерную емкость за определенное время (количество оборотов вала гидронасоса), определяют объемную подачу (объемный КПД) и производительность испытываемого насоса. К недостаткам данного устройства можно отнести достаточно высокую трудоемкость проведения испытаний гидронасосов и ограниченные функциональные возможности для контроля технического состояния гидронасосов. Задача изобретения - расширение функциональных возможностей и снижение трудоемкости испытаний гидронасосов. Задача решается в способе испытания гидронасосов путем определения объемной подачи рабочей жидкости, заключающемся в том, что поток рабочей жидкости направляют от испытываемого насоса по напорной гидролинии с требуемым давлением, причем, согласно изобретению, используют пневмогидроаккумулятор для создания монотонно возрастающего давления в напорной гидролинии и рабочей полости пневмогидроаккумулятора от величины давления зарядки его пневмополости до максимальной величины давления испытаний, соответствующего технологическим возможностям испытываемого насоса, при этом объем рабочей жидкости , закачанной испытываемым насосом в рабочую полость пневмогидроаккумулятора, определяют через адиабатную функцию сжатия газа в его пневмополости из соотношения 0(Р 0 / Р 1)1/р - (0 / 2)1/р,(1) где 0 - объем пневмополости пневмогидроаккумулятора 0 - давление зарядки пневмополости пневмогидроаккумулятора 1 - нижнее давление предела контроля объема рабочей жидкости в рабочей полости пневмогидроаккумулятора 3 8242 1 2006.06.30 Р 2 - верхнее давление предела контроля объема рабочей жидкости в рабочей полости пневмогидроаккумулятора- газовая постоянная,одновременно подсчитывают количество оборотоввала испытываемого насоса, необходимых для закачки контролируемого объема рабочей жидкости в рабочую полость пневмогидроаккумулятора, а объемную подачуиспытываемого насоса определяют из соотношения/ .(2) Нижнее и верхнее давление предела контроля объема подачи рабочей жидкости, создаваемое в напорной гидролинии и рабочей полости пневмогидроаккумулятора, выбирается в диапазоне давления цикла испытаний от величины давления зарядки пневмополости пневмогидроаккумулятора до максимальной величины давления испытаний, соответствующего технологическим возможностям испытываемого гидронасоса. Это позволяет за один цикл испытаний вычислять объемную подачу для разных значений давления нагружения испытываемого насоса. Предлагаемый способ, за счет использования в качестве нагружающего и измерительного элементов в напорной гидролинии одного устройства - пневмогидроаккумулятора и вследствие возможности за один цикл испытаний определять объемную подачу для разных значений давления, позволяет снизить трудоемкость при испытании гидронасосов и расширить функциональные возможности, применив его для контроля технического состояния широкого номенклатурного ряда гидронасосов. Снижение трудоемкости испытаний достигается также за счет проведения испытаний без переустановки и регулировки элементов оборудования - нагрузочного устройства и мерной емкости, вместо которых применен пневмогидроаккумулятор. Поставленная задача в устройстве решается тем, что по предлагаемому способу для испытания гидронасосов устройство, содержащее расходную емкость с рабочей жидкостью, испытываемый насос с напорной гидролинией и всасывающей гидролинией, связанной с расходной емкостью, приводной двигатель, выходным валом связанный с испытываемым насосом, первый управляемый магнитный гидрораспределитель, причем,согласно изобретению, устройство содержит пневмогидроаккумулятор, второй управляемый магнитный гидрораспределитель, модуль управления, вычислительное устройство,аналого-цифровой преобразователь, дисплей, импульсный датчик оборотов вала приводного двигателя и датчик давления, причем первый управляемый магнитный гидрораспределитель установлен с возможностью подключения напорной гидролинии к сливной магистрали или к рабочей полости пневмогидроаккумулятора, связанной с датчиком давления и через второй управляемый магнитный гидрораспределитель - со сливной гидролинией, при этом первый вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом датчика давления и входом модуля управления, второй вход - с импульсным датчиком оборотов вала приводного двигателя, а выход цифровой шиной - с первым входом вычислительного устройства модуль управления первым выходом соединен с электромагнитом первого управляемого гидрораспределителя, вторым выходом - с электромагнитом второго управляемого гидрораспределителя, а третьим выходом - с третьим входом аналогоцифрового преобразователя и со вторыми входами вычислительного устройства и дисплея, первым входом цифровой шиной соединенного с выходом вычислительного устройства. На фиг. 1 представлена гидросхема устройства для испытания гидронасосов на фиг. 2 - структурная схема блока контроля устройства. Устройство содержит расходную емкость 1 с рабочей жидкостью, приводной двигатель 2 с выходным валом 3 для установки испытываемого гидронасоса 4, всасывающую гидролинию 5, подключенную к входу 7 гидронасоса 4, и напорную гидролинию 6, связывающую выход 8 гидронасоса 4 с входом управляемого гидрораспределителя 9. 4 8242 1 2006.06.30 Гидроаккумулятор 10, связанный своей рабочей полостью с первым выходом гидрораспределителя 9 и с входом управляемого гидрораспределителя 11 по напорной гидролинии 12, второй выход гидрораспределителя 9 и выход гидрораспределителя 11 соединяются со сливными гидролиниями 13, 14 соответственно. Кроме того, устройство снабжено бесконтактным датчиком импульсов 15, связанным с отметкой 16, нанесенной на вал 3 гидронасоса 4, датчиком давления 17, установленным в напорной гидролинии 12,и модулем управления 18, первый и второй выходы которого связаны соответственно с электромагнитами 19, 20 гидрораспределителей 9, 11. Выход датчика давления 17 подключен к входу модуля управления 18 и первому входу аналого-цифрового преобразователя 21, который своим выходом цифровой шиной 22 связан с первым входом вычислительного устройства 23. Датчик импульсов 15 связан со вторым входом аналогоцифрового преобразователя 21. Третий выход модуля управления 18 соединен со вторыми входами вычислительного устройства 23 и дисплея 24, а также с третьим входом аналогоцифрового преобразователя 21. Вычислительное устройство 23 своим выходом соединено цифровой шиной 25 с первым входом дисплея 24.Способ испытания и диагностирования реализуется в устройстве следующим образом. В исходном состоянии приводной двигатель 2 вращает испытываемый гидронасос 4,который по напорной гидролинии 6 через гидрораспределитель 9 (электромагнит 19 отключен) работает на сливную гидролинию 13. Пневмогидроаккумулятор 10 разряжен давление в напорной гидролинии 12 отсутствует. Гидрораспределитель 11 (электромагнит 20 отключен) разъединяет напорную гидролинию 12 от сливной гидролинии 14. В начале испытаний, после формирования команды пуск в модуле управления 18, включается электромагнит 19 гидрораспределителя 9, при этом напорная гидролиния 6 с выхода 8 гидронасоса подключается к напорной гидролинии 12, связанной с рабочей полостью пневмогидроаккумулятора 10. Давление в рабочей полости пневмогидроаккумулятора 10 и связанной с ней напорной гидролинии 6 вначале возрастает скачком до величины давления зарядки пневмополости пневмогидроаккумулятора 10, а затем начинает монотонно возрастать до максимальной величины давления испытаний макс, соответствующего технологическим возможностям испытываемого гидронасоса и установленного предварительно в модуле управления 18. Идет процесс зарядки пневмогидроаккумулятора 10 от гидронасоса 4. При достижении давления, которое непрерывно регистрируется датчиком давления 17, величины установленного предварительно в модуле управления 18, с первого выхода модуля управления 18 поступает команда на отключение электромагнита 19 гидрораспределителя 9 и команда со второго выхода на включение электромагнита 20 гидрораспределителя 11. Это приводит к тому, что напорная гидролиния 6 от гидронасоса 4 соединяется со сливом 13 через гидрораспределитель 9, а напорная магистраль 12, связанная с рабочей полостью пневмогидроаккумулятора 10, соединяется со сливом 14 через гидрораспределитель 11. При достижении давления в напорной гидролинии 12, равного давлению слива, электромагнит 20 гидрораспределителя 11 отключается по команде модуля управления 18. Гидросхема приходит в исходное состояние. Одновременно с командой пуск в модуле управления на третьем выходе формируется команда сброс, которая подготавливает к работе вычислительное устройство 23 и дисплей 24 (осуществляется их предустановка по вторым входам), а аналого-цифровой преобразователь 21 включается на режим преобразования (запуск) по третьему входу. После этого осуществляется одновременное преобразование аналоговых сигналов от бесконтактного датчика импульсов 15 и датчика давления 17 в цифровую форму, запоминание значений этих сигналов за все время зарядки пневмогидроаккумулятора 10. Затем вычислительное устройство 23 выполняет расчет количества оборотов валагидронасоса 4 и объема рабочей жидкости , закачанной гидронасосом в рабочую полость пневмогидроаккумулятора 10 в пределе контроля между давлением 1 и давлением 2. Объем рабочей жидкости , закачанной испытываемым гидронасосом 10 в рабочую полость пневмогидроаккумулятора в пределах 5 8242 1 2006.06.30 от давления 1 до давления 2, определяют через адиабатную функцию сжатия газа в пневмополости пневмогидроаккумулятора 10 из расчетной зависимости по формуле (1). Определение объемной подачи производится для любого выбранного предела давления (от 1 до 2) в диапазоне от величины давления зарядки пневмополости пневмогидроаккумулятора (0) до максимальной величины давления испытаний макс. Объемная подача испытываемого гидронасоса определяется по формуле (2). Из значения объемной подачи, по известным зависимостям, вычисляются производительность насоса и объемный КПД. Результаты испытаний выводятся на буквенноцифровой дисплей 24. Расчет объемной подачи для данного гидронасоса может быть повторен в другом выбранном пределе давления (от 1 до 2) посредством ввода этих параметров в вычислительное устройство 23 без повторения процесса испытаний. Пример конкретной реализации способа испытаний гидронасосов. Для проведения испытаний использовалось устройство, укомплектованное пневмогидроаккумулятором, датчиком давления и бесконтактным датчиком импульсов, аналогоцифровым преобразователем, персональным компьютером, стандартной запорной и распределительной гидроаппаратурой. Пневмогидроаккумулятор с начальным объемом газовой полости 05,9510-3 м 3 был заряжен сухим азотом до давления 06,1 МПа. Датчик давления и гидроаппаратура применялись с пределом по давлению макс.50 МПа. Аналого-цифровой преобразователь был установлен на шинув персональный -совместимый компьютер, который выполнял функции модуля управления, вычислительного устройства и дисплея. На компьютер было установлено прикладное программное обеспечение. Испытанию подвергся шестеренный насос Ш-16 с номинальной объемной подачей н 1610-6 м 3/оборот и номинальным объемным КПД н 94 . Устройство подключалось к напорной гидролинии гидросистемы с установленным в ней насосом НШ-16. За один цикл испытаний были получены следующие результаты. При исходных данных при 115 МПа Р 217 МПа (Рсреднее 16 МПа, соответствующее номинальному рабочему давлению) 05,9510-3 м 3 06,1 МПа. Определено количество оборотов вала гидронасоса НШ-1617,9 объем рабочей жидкости, закачанной гидронасосом НШ-16, рассчитанный по формуле (1),267,5910-6 м 3 действительная объемная подача д/14,910-6 м 3/оборот действительный объемный КПД дд / н 10093,1 . При других значениях верхнего и нижнего давления предела контроля объема подачи рабочей жидкости результаты расчета составили при 111 МПа 214 МПа (Рсреднее 12 МПа) объемный КПД 95,2 при 11,7 МПа 21,9 МПа (Рсреднее 18 МПа) объемный КПД 92,87 . Далее объемный КПД может вычисляться для любого значения давления в пределах от 0 до макс. Время цикла испытаний для одного насоса Ш-16 составило не более 6 секунд. Таким образом, представленный способ и устройство позволяют снизить трудоемкость при испытании гидронасосов и расширить функциональные возможности, применив их для контроля технического состояния широкого номенклатурного ряда гидронасосов, и вследствие возможности за один цикл испытаний определять объемную подачу для разных значений давления. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6