PL165336B1 - Instalacja do badan maszyn przeplywowych PL - Google Patents

Abstract

1. Instalacja do badan maszyn przeply- wowych o przelotowym lub cyrkulacyjnym ukladzie przeplywu medium roboczego, której rurociag jest wyposazony w armature, osprzet, aparature kontrolno-pomiarowa, wymiennik ciepla oraz jeden badany zespól sprezajacy medium robocze, albo jeden badany zespól rozprezajacy medium robocze, znamienny tym, ze posiada dodatkowo drugi zespól rozpreza- jacy (4) oraz zespól sprezajacy (2) polaczony szeregowo z zespolem badawczym, przy czym zespól sprezajacy (2) zawiera motor (M) nape- dowy, natomiast zespól rozprezajacy (4) zawiera generator (G) napedzany, przy czym zespól rozprezajacy (4) i zespól sprezajacy (2) posiadaja przewody obejsciowe (16 i 7). PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest instalacja do badań maszyn przepływowych, to jest maszyn wykorzystywanych do kompresji i/lub sprężania płynu roboczego takich jak sprężarki i pompy -zwanych dalej generatorami sprężu, względnie maszyn wykorzystywanych do ekspansji i/lub rozprężania płynu roboczego takich jak turbiny gazowe i wodne - zwanych dalej silnikami przepływowymi.

Stosowane powszechnie generatory sprężu transformują moc mechaniczną pobraną z silnika napędowego na moc hydrauliczno-cieplną, moc użyteczną, płynnego medium roboczego. Silniki przepływowe natomiast przekształcają moc cieplną i/lub hydrauliczną na moc mechaniczną, która z kolei często jest przekształcana na moc elektryczną.

Skuteczność transformacji mocy napędowej na moc w konkretnej maszynie na ogół ocenia się poprzez badania zmierzające do wyznaczenia krzywej sprawności, a zwłaszcza ustalenia zakresu i/lub pola stosowalności.

Stosowane w praktyce stanowiska pomiarowe maszyn przepływowych wykonywane są albo w układzie hydraulicznie otwartym - zwanym dalej układem przelotowym, albo w układzie hydraulicznie zamkniętym - zwanym dalej układem cyrkulacyjnym. W odniesieniu do ruchu cyrkulacyjnego medium roboczego instalacja może być systemu otwartego bądź zamkniętego.

Znane są różne typy rozwiązań instalacji pomiarowych do badań maszyn przepływowych, przy czym z literatury technicznej wiadomo, że instalacje w układzie cyrkulacyjnym nie są zalecane do badania maszyn o relatywnie dużej mocy znamionowej, względnie do badania maszyn z powietrzem jako medium roboczym. Zalecane w literaturze rozwiązanie instalacji pomiarowych są przeznaczone dla poszczególnych branż, a więc dotyczą one konkretnych rodzajów maszyn hydrauliczno-energetycznych. Przykładowo w zakresie badań sprężarek znane są z literatury „Power Test Code 10“. Compressor end Exhausters, American Society of Mechanical Engineers -1965 r. rozwiązania instalacji pomiarowych o układzie przelotowym i cyrkulacyjnym. Układ przelotowy instalacji pomiarowej sprężarek może być realizowany w trzech wariantach, a mianowicie: z długim przewodem wlotowym przed badaną sprężarką, z krótkim przewodem wlotowym przed badaną sprężarką oraz z długim przewodem wylotowym za badaną sprężarką. W każdym z tych wariantów wymagane są minimalne długości prostych odcinków tych przewodów, natomiast przewody instalacji pomiarowej dostosowane są do potrzeb pomiaru ciśnień, temperatur i do

165 336 regulacji natężenia przepływu metodą dławienia. Sprężarki zainstalowane w cyrkulacyjnych układach pomiarowych przetłaczają medium robocze za pomocą rurociągu zamkniętego pod względem hydraulicznym, a więc ten sam płyn krąży w obiegu zamkniętym. Rurociąg obiegowy takiej instalacji składa się z części ssawnej i tłocznej, przy czym na granicy obu tych części znajduje się zawór regulacyjny przepływu medium roboczego.

Przewód ssawny tych instalacji wyposażony jest z reguły w odkraplacz, miernik natężenia przepływu w postaci zwężki lub dyszy, zawór bezpieczeństwa oraz w króciec do napełniania i opróżnienia wnętrza instalacji. Z kolei w skład przewodu tłoczonego wchodzi w zasadzie tylko wymiennik ciepła. Z kolei badanie pomp opisano w książce S. Łazarkiewicz, A. T. Troskolański „Impeller pumps. 8°, pp. XVI + 648, Pergamon Press and Wydawnictwo Naukowo-Techniczne Oxford Warszawa 1965, gdzie przytoczono analogiczne rozwiązania jak w badaniach sprężarek wyżej opisanych. Wspólną niedogodnością opisanych przykładowo instalacji pomiarowych jest to, że moc generowana na maszynie sprężarkowej ulega pełnej dyssypacji, to jest w sposób bezpośredni (układy przelotowe) lub pośredni (układy cyrkulacyjne) rozprasza się w otoczeniu. Istotną wadą instalcji o układzie przelotowym dla ściśliwych mediów roboczych, jest bardzo wielkie natężenie hałasu w czasie pracy badanego generatora sprężu.

Ponadto w znanych instalacjach pomiarowych o układzie cyrkulacyjnym, przeznaczonych do badań generatorów sprężu, występuje problem odprowadzenia ciepła podczas badania maszyn napędzanych silnikami o dużej mocy znamionowej, zwłaszcza wyrażonej w skali megawatów. Podobny problem występuje przy budowie stanowisk laboratoiyjnych dla badań dużych silników przepływowych, na przykład przeznaczonych do eksploatacyjnych turbin gazowych i wodnych.

Istota instalacji według wynalazku polega na tym, że posiada dodatkowo drugi zespół rozprężający, albo zespół sprężający połączony szeregowo z zespołem badanym, przy czym zespół sprężający zawiera motor napędowy, natomiast zespół rozprężający zawiera generator napędzający. Każdy z przewodów obejściowych zespołu rozprężającego i sprężającego wyposażony jest w co najmniej jeden element zaporowy lub regulacyjno-zaporowy, przy czym pomiędzy dwa elementy zaporowe lub regulacyjno-zaporowe dołączony jest człon zabezpieczająco-stabilizujący złożony z przewodu przelotowym i cyrkulacyjnym. Układ przelotowy instalacji pomiarowej sprężarek może być realizowany w trzech wariantach, a mianowicie: z długim przewodem wlotowym przed badaną sprężarką, z krótkim przewodem wlotowym przed badaną sprężarką oraz z długim przewodem wylotowym z badaną sprężarką. W każdym z tych wariantów wymagane są minimalne długości prostych odcinków tych przewodów, natomiast przewody instalacji pomiarowej dostosowane są do potrzeb pomiaru ciśnień, temperatur i do regulacji natężenia przepływu metodą dławienia. Sprężarki zainstalowane w cyrkulacyjnych układach pomiarowych przetłaczają medium robocze za pomocą rurociągu zamkniętego pod względem hydraulicznym, a więc ten sam płyn krąży w obiegu zamkniętym. Rurociąg obiegowy takiej instalacji składa się z części ssawnej i tłocznej, przy czym na granicy obu tych części znajduje się zawór regulacyjny przepływu medium roboczego.

Przewód ssawny tych istalacji wyposażony jest z reguły w odkraplacz, miernik natężenia przepływu w postaci zwężki lub dyszy, zawór bezpieczeństwa oraz w króciec do napełnienia i opróżnienia wnętrza instalacji. Z kolei w skład przewodu tłoczonego wchodzi w zasadzie tylko wymiennik ciepła. Z kolei badanie pomp opisano w książce S- Łazarkiewicz, A.T. Troskolański „Impeller pumps. 8°, pp. XVI + 648, Pergamon Press and Wydawnictwo Naukowo-Techniczne Oxford - Warszawa 1965, gdzie przytoczono analogiczne rozwizania jak w badaniach sprężarek wyżej opisanych. Wspólną niedogodnością opisanych przykładowo instalacji pomiarowych jest to, że moc generowana na maszynie sprężającej ulega pełnej dyssypacji, to jest w sposób bezpośredni (układy przelotowe) lub pośredni (układy cyrkulacyjne) rozprasza się w otoczeniu. Istotną wadą instalacji o układzie przelotowym dla ściśliwych mediów roboczych, jest bardzo wielkie natężenie hałasu w czasie pracy badanego generatora sprężu.

Ponadto w znanych instalacjach pomiarowych o układzie cyrkulacyjnym, przeznaczonych do badań generatorów sprężu, występuje problem odprowadzenia ciepła podczas badania maszyn napędzanych silnikami o dużej mocy znamionowej, zwłaszcza wyrażonej w skali megawatów. Podobny problem występuje przy budowie stanowisk laboratoryjnych dla badań dużych silników przepływowych, na przykład przeznaczonych do eksploatacyjnych turbin gazowych i wodnych.

Istota instalacji według wynalazku polega na tym, że posiada dodatkowo drugi zespół rozprężający, albo zespół sprężający połączony szeregowo z zespołem badanym, przy czym zespół sprężający zawiera motor napędowy, natomiast zespół rozprężający zawiera generator napędza4

165 336 jący. Każdy z przewodów obejściowych zespołu rozprężającego i sprężającego wyposażony jest w co najmniej jeden element zaporowy lub regulacyjno-zaporowy, przy czym pomiędzy dwa elementy zaporowe lub regulacyjno-zaporowe dołączony jest człon zabezpieczająco-stabilizujący złożony z przewodu rurowego i zbiornika ciśnieniowego połączonego z kompresorem i pompą strumieniową.

Zalety instalacji według wynalazku są wielostronne, gdyż dotyczy ona zastosowania do zróżnicowanych maszyn sprężających i maszyn rozprężających określonego płynu roboczego o różnych właściwościach i parametrach hydrauliczno-energetycznych. Konstrukcja instalacji pozwala na unifikację dokonywania badań sprężających lub rozprężających czynnik roboczy, który może występować w postaci cieczy lub gazu. Ważną zaletą instalacji jest możliwość dokonywania badań ’na jednym stanowisku pomiarowym typoszeregu maszyn przepływowych o zróżnicowanej konstrukcji. Istotną zaletą instalacji jest również to, że badanie maszyn sprężających lub rozprężających o mocach znamionowych nawet rzędu wielu megawatów, może być dokonywana w instalacji pomiarowej w układzie cyrkulacyjnym, w której podsystem chłodzenia medium roboczego ma relatywnie małą moc zainstalowaną.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku obrazującym schemat blokowy instalacji do badań maszyn przepływowych, instalacji pracującej w układzie cyrkulacyjnym.

Przykładowa instalacja składa się z połączonych z sobą za pomocą odcinków szczelnego rurociągu 1 badanego zespołu sprężającego 2 czynnik roboczy, przeponowego wymiennika ciepła 3 i zespołu rozprężającego 4, przy czym badany zespół sprężający 2 złożony jest z maszyny sprężającej 5, sprzężonej z motorem M, a zespół rozprężający 4 złożony jest z maszyny rozprężającej 6, sprzężonej z generatorem G, natomiast zarówno maszyna sprężająca 5, wymiennik ciepła 3 i maszyna rozprężająca 6 mają oddzielne obejścia 7, 15 i 16. Obejście 7 maszyny sprężającej 5 zaopatrzone jest w dwa identyczne elementy zaporowe 8 połączone ze sobą szeregowo, pomiędzy które włączony jest przewód rurowy 9, połączony drugim swym końcem ze zbiornikiem ciśnieniowym 10. Zbiornik ciśnieniowy 10 połączony jest za pomocą przewodów rurowych 11 i 12 z kompresorem 13 i strumienicą 14 wodno-powietrzną. Z kolei obejście 15 wymiennika ciepła 3 i obejście 16 zespołu rozprężającego 4 wyposażone są w elementy regulacyjno-zaporowe 17 i 18.

Zasada działania instalacji jest następująca: Po napełnieniu i odpowietrzeniu rurociągu 1 włączony do ruchu motor M badanego zespołu sprężającego 2 generuje odpowiedni strumień wody, który przy zamkniętym elemencie zaporowym 18 cyrkuluje w rurociągu 1, w tym przez maszynę rozprężającą 6. Wówczas maszyna ta generuje moc mechaniczną, która z kolei poprzez sprzęgło napędza generator G prądu elektrycznego.

W czasie prowadzenia badań istnieje możliwość wyznaczenia zależności pomiędy natężeniem przepływu wody a różnicą ciśnień na maszynie sprężającej 5 i w efekcie wyznaczyć krzywe obrazujące między innymi pobór mocy napędowej i sprawności.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 10 000 zł

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowe

1. Instalacja do badań maszyn przepływowych o przelotowym lub cyrkulacyjnym układzie przepływu medium roboczego, której rurociąg jest wyposażony w armaturę, osprzęt, aparaturę kontrolno-pomiarową, wymiennik ciepła oraz jeden badany zespół sprężający medium robocze, albo jeden badany zespół rozprężający medium robocze, znamienny tym, że posiada dodatkowo drugi zespół rozprężający (4) oraz zespół sprężający (2) połączony szeregowo z zespołem badawczym, przy czym zespół sprężający (2) zawiera motor (M) napędowy, natomiast zespół rozprężający (4) zawiera generator (G) napędzany, przy czym zespół rozprężający (4) i zespół sprężający (2) posiadają przewody obejściowe (16 i 7).

2. Instalacja według zastrz. 1, znamienna tym, że każdy z przewodów obejściowych (16 i 17) wyposażony jest w co najmniej jeden element zaporowy lub regulacyjno-zaporowy (18 i 8), przy czym pomiędzy dwa elementy zaporowe lub regulacyjno-zaporowe (18 lub 3) dołączony jest człon zabezpieczająco-stabilizujący złożony z przewodu rurowego (9) i zbiornika ciśnieniowego (10), połączonego z kompresorem (13) i pompą strumieniową (14).