Д.т.н. Санчугов В.И., К.т.н. Показеев В.П., аспирант Батанов Н.В.

Самарский Государственный Аэрокосмический Университет, Россия

СТЕНДОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ УСКОРЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ

Отработка в условиях производства заданных по ТУ показателей надежности гидропневмооборудования (ГПО) имеет исключительно важное значение для обеспечения безотказности эксплуатации оборудования, снижения затрат на его восстановление и ремонт при отказах и неисправностях. Одним из основных, отражаемых по ГОСТ 16504-81 показателей ресурса ГПО, являются прочностные свойства оборудования. В отрасли создан и внедрен метод ускоренных испытаний на прочность и ресурс конструкций ГПО, напряженно-деформированное состояние которых создается в эксплуатации избыточным давлением рабочей среды.

Метод основан на ужесточении режимов циклического нагружения ГПО избыточным давлением рабочей жидкости с обеспечением эквивалентности результатов о прочностных свойствах конструкции ГПО, получаемым при нормальных испытаниях по режимам ТУ, и позволяет сократить продолжительность испытаний в сотни раз.

Ускоренным испытаниям подвергаются корпусные изделия гидравлического и пневматического оборудования: аккумуляторы, клапанные и золотниковые распределители, предохранительные, обратные и редукционные устройства, делители, регуляторы и сумматоры потока, дроссели, ресиверы, фильтры, сепараторы и другие устройства.

Ускоренные испытания проводят при воздействии на объект испытания высокочастотных колебаний внутреннего давления жидкости, создаваемых в специальном резонансном контуре стенда, известном как резонатор Гельмгольца, частью которого является объект испытаний. Параметры колебательных процессов теоретически исследованы путем решения нелинейных систем уравнений, описывающих движение жидкости в резонансном контуре и объекте испытаний, уравнений неразрывности и состояния жидкости. Для инженерного применения разработан порядок определения режимов ускоренных испытаний на основе численных методов расчета, проведена экспериментальная отработка режимов и результатов испытаний на различных гидроагрегатах. Установлена сходимость результатов ускоренных и нормальных сравнительных испытаний по конечному техническому состоянию на уровне, приемлемом для практического использования метода ускоренных испытаний.

Для проведения ускоренных испытаний конкретного типа ГПО определяются режимы высокочастотного нагружения:

- частота колебания давления жидкости, повышая её в зависимости от материала конструкции объекта испытаний до 1000 Гц, увеличивая скорость накопления усталостных разрушений с сохранением эквивалентности по техническому состоянию;

- амплитуда колебания давления жидкости, повышая её по отношению к нормальным испытаниям в пределах запаса прочности, установленного в нормативной и конструкторской документации;

- количество циклов нагружения, исходя из заданного назначенного ресурса, установленного в конструкторской документации.

Стенды для проведения ускоренных эквивалентных испытаний должны обеспечивать:

- расход и давление нагнетания рабочей жидкости, необходимые для испытаний;

- плавное и независимое регулирование параметров колебательного процесса в резонансных контурах;

- устойчивость частоты и амплитуды колебаний давления рабочей жидкости в резонансном контуре в процессе испытаний;

- исключение влияния колебательных процессов на работу насосной станции; высокий уровень чистоты рабочей жидкости по нормам ГОСТ 17216-2001;

- дистанционное управление насосной станцией и генератором колебаний давления рабочей жидкости;

- автоматический и визуальный контроль и измерение параметров испытаний и насосной станции.

Стенды конструктивно исполняются в виде отдельных блоков, включающих в себя насосную станцию (рис. 1, поз. 1), и гидросистему резонансного контура с устройствами акустической развязки (рис. 1, поз. 2). Управление, контроль и регистрация параметров испытаний и насосной станции (рис. 1, поз. 6, 7) осуществляют от пульта, подключенного к блокам.

Взаимным размещением блоков и пульта обеспечивается использование насосной станции и пульта для других видов испытаний.

В качестве насосной станции используется устройство, обеспечивающее требуемые по программе испытаний параметры рабочей жидкости: производительность, рабочее давление, номинальная тонкость фильтрации жидкости не более 5 мкм.

Гидросистема блока резонансного контура с устройством акустической развязки обеспечивает испытания на частоте до 1000 Гц, создаваемых генератором колебаний давления жидкости. На рис. 2 представлена гидравлическая схема блоков резонансного контура для проведения испытаний на частотах до 300 Гц.

Рис.1. Структурная схема стенда для ускоренных испытаний на прочность

1 – насосная станция; 2 – блок резонансного контура с устройствами акустической развязки; 3 – устройство акустической развязки по гидролинии высокого давления; 4 – резонансный контур; 5 – устройство акустической развязки по гидролинии слива; 6 – электрическая дистанционная система управления стендом; 7 – система контроля и регистрации параметров испытаний и насосной станции

Гидросистема блока резонансного контура включает:

- генератор колебаний давления жидкости (рис. 2, поз. 5), подключенный к объекту испытаний;

- резонансный трубопровод (рис. 2, поз. 4);

- устройства акустической развязки, обеспечивающие устойчивую работу резонансного контура и защищающие насосную станцию от воздействия колебательных процессов, выполненные в виде баллонов высокого (рис. 2, поз 3) и низкого (рис. 2, поз.8) давления определенного внутреннего объема.

На требуемую частоту колебаний давления жидкости генератор колебаний настраивается регулировкой частоты вращения приводного электродвигателя. Генераторы колебаний давления жидкости, как правило, выполняются с двухпозиционным трехлинейным распределителем (рис. 3).

Амплитуда колебаний давления жидкости задается посредством дистанционных гидравлических дроссельных вентилей (рис. 2, поз. 11).

Параметры резонансного трубопровода (рис. 2, поз. 4) определяются для приведенного объема V_ои объекта испытаний. По номограммам устанавливается внутренний диаметр резонансного трубопровода d_y и длина резонансной магистрали L_рм (пример на рис. 1), включающей участок трубопровода от генератора колебаний давления жидкости до баллона высокого давления устройства акустической развязки с резонансным трубопроводом (рис. 2, поз.4).

Рис. 2. Схема гидравлическая блока резонансного контура с устройствами акустической развязки для испытаний на частотах до 300 Гц

1 – гидролиния нагнетания от насосной станции; 2, 7, 10 – датчик давления; 3 – баллон высокого давления устройства акустической развязки по гидролинии высокого давления; 4 – резонансный трубопровод; 5 – генератор колебаний давления жидкости с электродвигателем; 6 – объект испытаний; 8 – датчик частоты; 9 – баллон низкого давления устройства акустической развязки по гидролинии слива; 11 – регулируемый вентиль с дистанционным управлением; 12 – гидролиния слива; 13 – датчик (сигнализатор) температуры рабочей жидкости

Рис. 3. Генератор колебаний давления с двухпозиционным распределителем

1 – корпус; 2 – втулка; 3 – вращающийся золотник