Диплом_Марков (1231052), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Стенд для испытания турбокомпрессоров, представленный в графической части, предназначен для проведения испытаний турбокомпрессоров различных типоразмеров (от ТКР–5,5 до ТКР–11). Данный стенд может эксплуатироваться в помещениях, где имеется сеть со сжатым воздухом (давление в сети должно быть не менее 150 кПа), а также необходимо присутствие выпускной трубы, выходящей за пределы помещения.
Испытательная установка состоит из следующих конструктивных элементов и систем: каркас стенда, на котором располагаются все системы и элементы; испытательная установка в виде турбокомпрессора; проточная часть стенда, по которой двигается рабочее тело (здесь под рабочим телом подразумевается как рабочее тело для компрессора, так и для турбины); камера сгорания; топливная система; система зажигания; масляная система; первичные измерительные преобразователи; система сбора и обработки информации.
Каркас стенда состоит из двух металлических плит 2 и 4, соединенных между собой стойками 3 с помощью гаек 1. Нижняя плита 1 устанавливается на ножках 25 на столе высотой 600 – 800 мм над уровнем пола.
Во избежание ситуаций, связанных с проблемой монтажа на стенд разных турбокомпрессоров, а точнее с различным расположением монтажных конструктивных элементов, на данном стенде отсутствует непосредственное крепление агрегата к каркасу испытательной установки. Связь турбокомпрессора с каркасом осуществляется через переходники 40 на входе в компрессор и 39 на выходе из турбины. Эти элементы могут быть выполнены в различных исполнениях, в соответствии с конструктивными особенностями конкретного турбокомпрессора. В нашем же случае переходник 40 соединяется с входным патрубком компрессора через резьбу, а 39 с выходным патрубком турбины с помощью шпилек и гаек. Переходники 40 и 39 установлены на стойках 45 и 34 соответственно, и прижимаются к ним с помощью скоб 44 и 35. Стойки 45 и 34 соединены с плитой 4 с помощью болтового соединения 46.
Проточная часть стенда состоит из гибких дюритовых и металлических патрубков, соединяющих выходной патрубок компрессора с входным фланцем на турбине. На выходе из компрессора патрубок 6 с помощью ленточных хомутов 7 соединен с термоанемометрическим датчиком расхода воздуха 8. Дюритовый патрубок 9 с помощью аналогичных хомутов соединяет датчик 8 с системой дросселирующих патрубков 13.
Данный элемент представляет собой сваренные трубопроводы, в которых происходит регулирование расхода воздуха как по количеству, так и по направлению течения потока, замер параметров газа на выходе из компрессора, кроме того, через патрубок 26 происходит подача сжатого воздуха из сети в камеру сгорания. Элемент 13 крепится к плите 4 с помощью фланца 55, наваренного на подводящий патрубок 26, который вставляется в отверстие в плите 4. Регулировка расхода воздуха осуществляется с помощью заслонок 10, 14, 15 и 17, которые приводятся в движение шаговыми двигателями 25 и 18. Эти двигатели установлены на платформе 19 и связаны с плитой 4 двумя винтами 16. Оси заслонок 14 и 17 находятся непосредственно на валу шаговых двигателей, а вращение заслонок 10 и 15 передается через шестеренчатые передачи, дабы изменить направление вращения этой заслонки. После элемента 13 располагается еще один термоанемометрический датчик расхода воздуха 20, который через гибкий патрубок 22 соединен с металлическим патрубком 21 на входе в камеру сгорания.
Камера сгорания 66 представляет собой элемент, в котором происходит подвод тепла к рабочему телу. В связи с высокой температурой камеры сгорания, патрубок 21 на входе, а также все трубопроводы после нее, изготавливается из жаропрочной стали. Камера сгорания соединяется с плитой 4 при помощи гибких закаленных пластин 57 и 67, охватывающих ее цилиндрический корпус, который в свою очередь установлен на специальной подставке 52.
Соединяющим звеном между камерой сгорания 66 и входным фланцем на турбине являются патрубок 27 и переходник 29. Патрубок 27 может иметь разновидности своей формы, в зависимости от конструкции испытуемого турбокомпрессора. В переходнике 29 располагаются первичные измерительные преобразователи для замера параметров газа на входе в турбину.
Переходник 39 на выходе из турбины соединяется с выпускным патрубком 33, задачей которого является отвод отработавших газов в атмосферу. Он крепится к плите 4 с помощью скоб 32.
К системе зажигания относятся такие элементы, как: свеча зажигания 58, ввернутая в корпус камеры сгорания; высоковольтный провод 59; катушка зажигания 56.
Масляная система стенда состоит из следующих элементов: масляный бак 31 со встроенным масляным насосом; двигатель масляного насоса 47; подводящая 48 и отводящая 49 трубки масляной магистрали. Масляный бак установлен на плите 2, а масляная магистраль проложена через специальное отверстие в плите 4.
Топливная система состоит из топливного бака 51 с электрическим насосом погруженного типа 54; подводящей 50 и сливной 53 топливных магистралей; регулятора расхода топлива плунжерного типа 61; шагового двигателя 60 для привода регулятора расхода топлива; датчика расхода топлива 64, соединенного с регулятором 61 и форсункой 65 топливными трубками 62 и 63. Топливный бак установлен на плите 2, а все остальные элементы топливной аппаратуры на плите 4. Их взаимосвязь с баком осуществляется с помощью топливной магистрали, которая проведена к баку через специальные отверстия в плите 4.
Первичные измерительные преобразователи представляют собой датчики, замеряющие физические величины и преобразующие эти величины в универсальный выходной сигнал в виде напряжения, силы тока и частоты. На данном стенде применяются следующие датчики: датчик абсолютного давления на входе в компрессор 43 и выходе из него 11; в качестве датчика температуры на входе и выходе из компрессора, применяются термопреобразователи сопротивления 42 и 12; для определения крутящего момента по скручиванию вала, используются оптоволоконные датчики 41 и 39; для замера параметров отработавших газов на выходе из турбины и входе в нее, применяются датчики давления 36 и 28, а также хромель-алюмелевые термопары 37 и 30; для измерения расхода воздуха через компрессор и расхода газа через турбину, используются термоанемометрические датчики расхода газа 8 и 20.
В качестве системы сбора и обработки информации используется ЭВМ 23, куда стекаются сигналы со всех датчиков. Помимо этого у ЭВМ есть еще ряд функций, связанных с управлением различными органами и системами стенда для достижения максимальной автоматизации проведения испытаний.
Процесс испытания турбокомпрессора выглядит следующим образом. Как уже говорилось в пункте 4.3, для вывода турбокомпрессора на рабочий режим, необходимо сначала подать воздух из сети питания по трубопроводу 26 в камеру сгорания, а только потом для совершения работы на турбине использовать сжатый воздух из компрессора. В этом случае работа стенда выглядит следующим образом. ЭВМ подает сигнал на включение электродвигателя 47 для создания давления в масляной системе. Шаговым двигателем 25 устанавливается следующее положение заслонок: 10 и 14 находятся в открытом состоянии, а 15 в закрытом. Этим самым обеспечивается выход воздуха из компрессора в атмосферу, а в камеру сгорания попадает воздух из сети питания. Шаговым двигателем 18 устанавливается необходимый расход газа через турбину. Затем подается сигнал на включение электробензонасоса 54 и топливо подается в камеру сгорания. Нужный расход топлива для достижения необходимого состава смеси в камере сгорания и температуры газа на выходе из нее регулируется при помощи элемента 61. Регулятор расхода топлива имеет плунжерный механизм, который в зависимости от положения вала шагового двигателя 60 пропускает определенный объем топлива в топливную трубку 62, а остальное топливо через сливную магистраль 50 попадает обратно в бак.
Зажигание топливно-воздушной смеси в камере сгорания происходит от свечи зажигания 58, напряжение на которую передается через высоковольтный провод 59 от катушки зажигания 56.
Затем газ от камеры сгорания через трубопровод 27 и переходник 29 попадает в проточную часть турбины, где совершается работа расширения, которая создает крутящий момент на валу турбокомпрессора. После турбины отработавший газ через трубопровод 33 выводится в окружающую среду.
После того, как вал турбокомпрессора достиг определенной частоты вращения, шаговым двигателем 25 устанавливаются следующие положения заслонок: 10 и 14 закрыты, а 15 открыта. Таким образом перекрывается подача сжатого воздуха из сети питания, а воздух, засасываемый из атмосферы через воздушный фильтр 5, на выходе из компрессора устремляется не в атмосферу, а в камеру сгорания, и далее на турбину.
При испытаниях турбокомпрессора регулирующими параметрами являются температура газа на входе в турбину, которая устанавливается регулятором расхода топлива 61, и расход газа, регулируемый заслонкой 17, которая приводится в движение шаговым двигателем 18.
При раздельных испытаниях турбины и компрессора, данный стенд нуждается в некоторой перенастройке. В этом случае из схемы исключается зубчатая передача между заслонками, положение заслонки 15 фиксируется в закрытом состоянии, а заслонки 14 – в открытом. При этом режимы работы компрессора и турбины устанавливаются с помощью изменения расхода воздуха через компрессор и турбину, а также температурой газа на выходе из камеры сгорания. Все эти параметры регулируются ЭВМ с помощью шаговых двигателей 25, 18 и 60 соответственно.
10 Вопросы безопасности жизнедеятельности и экологии при проведении испытаний турбокомпрессоров
Под термином «безопасность жизнедеятельность» подразумевается система законодательных актов и соответствующих им социально-экономических, технических, санитарно-гигиенических и организационных мероприятий, обеспечивающих безопасность, сохранение здоровья и работоспособности человека в процессе труда.
Цель БЖД – это достижение безопасности человека в среде обитания. Безопасность человека определяется отсутствием производственных и непроизводственных аварий, стихийных и других природных бедствий, опасных факторов, вызывающих травмы или резкое ухудшение здоровья, вредных факторов, вызывающих заболевания человека и снижающих его работоспособность.
Безопасность имеет прямое отношение ко всем людям. БЖД – это научная дисциплина, изучающая опасность и защиту от нее. Безопасность – это цель, а безопасность жизнедеятельности – это средства, пути и методы ее достижения.
Нормативно техническая документация, определяющая требования к стандартам и техническим условиям и разрабатываемая на основе высших достижений отечественной и зарубежной науки и техники, обеспечивает требования БЖД (шум, эмиссия вредных веществ, вибрация и т.п.), требования технической эстетики.
Большое значение имеет учет вопросов безопасности еще на стадии проектирования объектов. Это позволяет заблаговременно выявить потенциальные опасности и вредности, создаваемые данным объектом и разработать мероприятия по уменьшению или полному исключению их воздействий на окружающую среду и человека.
10.1 Анализ устойчивости работы технических систем в разрабатываемом стенде
Повседневная деятельность человека потенциально опасна, так как является процессом использования техники, а последнее связано с выработкой, хранением и преобразованием химической, электрической и других видов энергии в условиях воздействия внешней среды.
Опасность появляется в результате неконтролируемого выхода энергии, накопленной в оборудовании и материалах, непосредственно в человеке и окружающей среде и сопровождается возникновением происшествий с гибелью людей или ухудшением их здоровья, загрязнением материальных и природных ресурсов.
Наличие потенциальной опасности в системе не всегда сопровождается ее негативным воздействием на человека. Для реализации такого воздействия необходимо выполнить три условия: опасность (вредность) реально существует; человек находится в зоне действия опасности; человек не имеет достаточных средств защиты.
Под устойчивостью любой технологической системы следует понимать возможность сохранения ею работоспособности при нештатном внешнем воздействии, а также приспособленность системы к восстановлению в случае повреждения.
Повышение устойчивости технической системы и объектов достигается за счет проведения организационно-технических мероприятий, которым предшествует всегда исследование устойчивости работы конкретного объекта (анализ отказов технических систем и возможных ошибочных действий обслуживающего персонала), а именно, оценка опасности выхода из строя или разрушения отдельных элементов или всего объекта в целом.
Используя действующие Госты системы ССБТ, проведем конкретный анализ опасных и вредных факторов, которые могут иметь место в ходе выполнения испытаний турбокомпрессоров на проектируемом стенде.
Опасные и вредные производственные факторы (ГОСТ 12.0.003-74) подразделяются на четыре группы: физические, химические, биологические и психофизические.
В нашем случае к вредным для здоровья физическим факторам относятся:
– повышенная температура воздуха рабочей зоны (вследствие присутствия камеры сгорания непосредственно на столе стенда);
– повышенные уровни шума и вибрации (вследствие высоких частот вращения вала турбокомпрессора, а также истечения и засасывания воздуха на установке с большими скоростями);
– запыленность и загазованность рабочей зоны (связано с наличием выхода скоростного потока воздуха из установки на режимах пуска, а также наличия камеры сгорании в которой образуются вредные для здоровья и окружающей среды отработавшие газы);
К химически опасным факторам при работе на стенде относятся:
– наличие паров топлива (оказывает общетоксическое и раздражающее воздействие на организм человека);
– наличие масла (есть вероятность возникновения канцерогенного воздействия на организм);
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
