стенд для испытания двигателей

Стенд испытания двигателей с гидротормозом

Гидравлический тормоз, это имитатор нагрузки при испытаниях мощных двигателей. Это устройство не имеет ничего общего с механическим тормозом, применяемым на некоторых автомобилях, и управляемых гидравликой.

Поскольку при испытаниях выделяется большое количество тепла, то его нетрудно отвести из системы в теплообменные приспособления и затем снова подать воду в контур управления нагрузкой.

Заказать звонок Отправить заявку

Что такое гидравлический динамометр и какова история его создания.

Динамометр Грэхама-Дезагюльера был изобретен Джорджем Грэхамом и упоминается в трудах Джона Дезагюльера в 1719 году. Дезагюльеры модифицировали первые динамометры, и инструмент стал известен как динамометр Грэхама-Дезагюльера.

Многие сейчас подумали про гидротормоз для испытания двигателей. Нет, Грэхам-Дезагюльер изобрел вовсе не гидротормоз для измерения мощности двигателя. Первый динамометр выглядел как стрелочный прибор для измерения силы человеческой руки.

Динамометр Грэхама-Дезагюльера служил для определения силы сжатия человеческой руки.

В последствии динамометр был заменен тензометрическим датчиком силы и тензостанцией для пересчета силы в крутящий момент двигателя.

Но вернемся к истории гидротормоза.

Производитель динамометров для двигателей и транспортных средств Froude Hofmann из Вустера (Великобритания) приписывают Уильяму Фруду изобретение гидравлического динамометра в 1877 году и утверждают, что первые динамометры были изготовлены в 1881 году их предшественницей Heenan & Froude.

Фруд родился в Дартингтоне, Девон, Англия, в семье Роберта Фруда.

В 1877 году Фруду было поручено изготовить машину, способную поглощать и измерять мощность больших морских двигателей. Он изобрел и построил первый в мире гидротормоз, называемый также гидравлический динамометр, который в последствии привел к созданию компании Heenan & Froude Ltd в Бирмингеме.

Фруд решил использовать тот же принцип, который приводит в движение морские суда. Судовой двигатель вращает вал грибного винта. В результате часть воды, попавшей в зону гребного винта отбрасывается назад, создавая тягу и приводя судно в движение. Также большая часть энергии уходит на преодоление гидродинамического сопротивления воды и ее нагрев.

Гидротормоз - это устройство для поглощения механической энергии, передаваемой через вал от двигателя и обычно состоит из статора и ротора, установленного в корпусе с воздушным зазором, который заполняется водой.

Для стенда испытаний двигателя гидротормоз является управляемым имитатором реальной нагрузки двигателя.

Когда ротор вращается, механическая энергия передается воде из-за турбулентности и трения. Перемещение воды из камер статора в камеры вращающегося ротора, требует большого количества энергии. Эта энергия нагревает воду за счет трения, когда вода проходит через гидротормоз. Почти вся поглощаемая системой мощность двигателя преобразуется в нагрев воды. Очень небольшое количество энергии забирается подшипниками и уходит на трение внутри уплотнений.

Вода должна постоянно проходить через устройство в количестве, пропорциональному поглощаемой мощности. Температура воды на выходе из устройства должна быть ниже 120-160F (50-70°C) для предотвращения образования накипи и кавитации. Вода поступает в центр устройства и после прохождения через камеры в статоре и роторе вытекает из корпуса через сливное отверстие.

Гидротормоз

Стенды для испытания двигателей в России

Решения для измерения мощности двигателей в России несколько отличались от типовых стендов на основе гидротормозов. Из-за индустриальной гонки в СССР ставились задачи максимально быстро выпускать продукцию, по этой причине на создание испытательного оборудования не выделялось достаточно средств. Стенды собирались из того что можно было найти на предприятии.

Самым популярным и дешевым решением было нагружение двигателей с помощью мощных асинхронных двигателей, работающих в режиме генератора или генераторов переменного тока.

Стенд для испытания двигателей на основе асинхронного двигателя, который использовался для силовых установок знаменитых ЗИЛов

У таких стендов есть несколько существенных недостатков:

Узкий диапазон оборотов поддержания нагрузки в районе 3000-3500 об/мин
Как правило для измерения мощности и крутящего момента использовались методы расчета из токовых характеристик двигателя или генератора с учетом его КПД, которые имеют большую погрешность
Невозможность измерения нагрузки с помощью тензометрического датчика силы из-за сильного электромагнитного поля. Наведенное напряжение даст большие отклонения от реальных величин
С прогревом электродвигателя или генератора не сильно, но все же меняется его характеристики

Основное преимущество таких стендов - низкая стоимость и высокая скорость изготовления.

Такие решения существуют и по сей день и как правило основная причина их покупки- возможность холодной обкатки.

Вернемся из прошлого в настоящее:

Современные динамометрические гидравлические (и не только) системы, обычно используют тензодатчик, установленный на моментом рычаге, который прикреплен к корпусу гидротормоза. Корпус / статор установлен на подшипниках, а ротор установлен на роликовых подшипниках внутри корпуса, так что он может вращаться независимо от ротора и рамы. Тензодатчик соединяет рычаг с рамой гидротормоза и предотвращает вращение корпуса, когда корпус пытается вращаться в том же направлении, что и ротор. (Третий закон Ньютона).

Так что гидротормоз в стенде для испытания двигателей является по сути лишь средством регулирования нагрузки на двигатель, а измерение крутящего момента происходит по старинке, измерением момента силы реакции, передаваемой корпусу гидротормоза от приводимой в движение воды.

Сила реакции гидротормоза измеряется обычно тензорезисторным датчиком/тензостанцией.

Гидротормоз

Так выглядит современный гидротормоз, который производится компанией PowerTest по сей день.