Класифікація й організація випробувань

Випробування є основою об’єктивної оцінки технічного стану і якості ГПА. Тільки випробування дозволяють прийняти відповідне рішення на всіх стадіях життєвого циклу агрегату: при постановці його на виробництво, при атестації на категорію якості, при введенні в експлуатацію, при визначенні можливості продовження чи необхідності припинення його серійного випуску і та ін. Випробування за призначенням класифікують на дослідницькі, контрольні, порівняльні й визначальні (ГОСТ 16504-81).

Дослідницькі випробування проводять з метою вивчення визначених характеристик і властивостей агрегату. Дослідницькі випробування, проведені в процесі створення агрегату, можна розділити на два основних етапи. На першому етапі, коли вибирається випробування і відпрацьовується принципова схема агрегату з метою одержання оптимальних вихідних параметрів і характеристик. Дослідження проводяться на моделях, що відрізняються від натуральних виробів. На другому етапі при відпрацьовуванні зовнішніх характеристик з урахуванням відповідності технічному завданню, експлуатаційним нормам, проводяться на натуральних стендах з максимальним наближенням до умов експлуатації [1, 2].

Призначення контрольних випробувань – контроль якості агрегату. Якщо метою випробування є встановлення відповідності характеристик агрегату (вузла чи системи) заданим вимогам, то в цьому випадку при випробуваннях можуть контролюватися лише ті параметри, що визначені цими вимогами. Прикладом контрольних випробувань можуть служити приймально-здавальні і періодичні випробування, задачею яких є тільки перевірка відповідності характеристик агрегату вимогам нормативно-технічної документації (НТД).

Контрольні випробування дослідних зразків ГПА підрозділяються на попередні і прийомні (державні, міжвідомчі і відомчі). Контрольні випробування агрегатів, що серійно виготовляються, поділяються на приймально-здавальні, періодичні, інспекційні, типові, атестаційні і сертифікаційні.

Порівняльні випробування проводяться для аналогічних по характеристикам чи однакових агрегатів для порівняння характеристик якості в ідентичних умовах.

При визначальних випробуваннях значення параметрів агрегату чи систем і вузлів визначаються з заданими значеннями точності і довірчою ймовірністю.

За тривалістю проведення випробування поділяються на нормальні, прискорені і скорочені. При нормальних випробуваннях необхідний обсяг інформації про характеристики агрегату одержують за такий же інтервал часу, як і в передбачених умовами експлуатації. При прискорених випробуваннях використовуються методи і засоби, що забезпечують одержання інформації в більш короткий термін. Скорочені випробування проводяться по скороченій програмі.

За умовами і місцем проведення випробування підрозділяються на стендові, натуральні й експлуатаційні.

Створення ГПА являє собою єдиний процес, що включає в себе цілий ряд етапів, зв’язаних із проектуванням, виготовленням і випробуванням як окремих вузлів і систем, так і всього агрегату вцілому. Особлива роль при створенні нових типів ГПА приділяється всебічним випробуванням, що дозволяють перевірити працездатність, виявити причини відхилення від нормального функціонування вузлів і систем агрегату в процесі його доведення. Доводочні випробування є різновидом дослідницьких і проводяться в процесі розробки агрегату для оцінки впливу внесених у конструкцію змін з метою досягнення заданих показників якості.

Обґрунтована система випробування, що ефективно об’єднує методичне, технічне й організаційне питання, сприяє прискоренню робіт з доведення конструкцій нових агрегатів.

Основу системи випробування ГПА складають стендові випробування вузлів і систем разом з випробуванням агрегату в цілому. Процес доводочних випробувань включає методичну підготовку, матеріально-технічне забезпечення і власне доведення конструкції. Структура поетапної системи доводочних випробувань ГПА з авіаприводом представлена на рис. 15.

Першим етапом доводочних випробувань є випробування моделей знову розроблювальних вузлів і систем. Метою випробування модельних зразків є оцінка правильності вибору основних параметрів і характеристик зразка, оцінка правильності виконаних розрахунків, дослідження функціональних залежностей вихідних параметрів систем від вхідних і ін. [2].

Типовий обсяг дослідницьких і експериментальних робіт для ГПА містить у собі проведення модельних випробувань різних варіантів проточної частини нагнітача на аеродинамічному стенді, елементів всмоктувальної камери і вихідного тракту агрегату на стенді, статистичних продувок, у кінцевих ущільненяхущільненнях нагнітача і т.і.

Особливість першого етапу полягає в дослідницькому характері випробувань. Результати цих випробувань є найважливішою інформацією для уточнення розрахунків конструкцій і обґрунтування режимів стендових і інших видів випробуваннь агрегату і його елементів, що відрізняються від експлуатаційних. Оцінка надійності на цьому етапі є другорядним питанням, тому що наробіток моделей невеликий і визначається тривалістю дослідницьких випробувань. На підставі результатів робіт першого етапу приймається рішення про вибір того чи іншого варіанта конструкції вузла чи системи при виготовленні дослідного зразка агрегату.

Рис.15. Структура поетапної системи доводочних випробувань ГПА

Другим етапом доводочних випробувань є стендові випробування вузлів і систем агрегату.

Цілями цих випробувань є уточнення характеристик окремих вузлів і систем. Оцінка міцносних міцностних властивостей і запасів їхньої працездатності в умовах перевантажень, перевірка відповідності дійсних режимів роботи елементів розрахунковим режимам і т.д. З урахуванням апріорної інформації про агрегати-аналоги, що мають високий технічний рівень, виділяють вузли і системи агрегату, які необхідно випробовувати.

На основі отриманого переліку елементів, що підлягають випробуванням, розробляються методики випробування і створюються стенди чи реконструютьсяреконструюються вже наявні. При випробуваннях на спеціалізованих стендах по можливості імітують функціонування зовнішніх пристроїв, з якими з’єднується випробуваний вузол. На цьому ж етапі випробувань на спеціальному стенді досліджуються газодинамічні характеристики нагнітача на повітрі чи на модельному газі.

Третім етапом доводочних випробувань є попередні випробування агрегату. Вони проводяться з метою визначення відповідності агрегату технічному завданню, вимогам стандартів і технічної документації і рішення питання про можливість представлення його на приймальні випробування. Особливість цього етапу полягає у виконанні всього комплексу функціональних випробувань і випробувань на надійність, передбачених системою досліджень.

У процесі проведення цих випробувань виконуються дослідження газодинамічних характеристик нагнітача на природному газі з метою підтвердження відповідності отриманих газодинамічних характеристик вимогам технічних умов. Газодинамічні випробування нагнітача на природному газі проводяться в складі газоперекачувального агрегату на блоці випробувальних стендів (БВС). Типовий обсяг випробувань містить у собі автоматичні запуски агрегату на різних режимах, нормальні й аварійні зупинення агрегату (не менш 40 пусків і зупинень); зняття не менш 8 точок характеристик нагнітача; визначення шумових характеристик агрегату і вимір рівнів шуму на робочих місцях; визначення безповоротних втрат масла в системах змащення двигуна, змащення й ущільнення нагнітача; перевірку роботи системи ущільнення, системи охолодження масла на робочих і аварійних режимах; перевірку ефективності роботи системи автоматичного регулювання; перевірку загазованості контейнера турбоагрегату; перевірку роботи систем пожежогасіння й протизледенінняпротиобліденіння; визначення ефективності підігріву циклового повітря вихлопними газами; перевірку роботи агрегату при відключенні зовнішнього електроживлення; перевірку зручності проведення усіх видів технічного обслуговування агрегату і достатності комплекту інструментів і пристосувань і т.д.

Четвертим етапом є державні приймальні випробування ГПА, у процесі яких встановлюється відповідність агрегатів технічному завданню, вимогам стандартів і технічної документації, оцінюється технічний рівень і визначається можливість постановки продукції на виробництво. Єдність державних випробувань ГПА забезпечують наступні міри; наявність атестованого підрозділу для проведення випробувань; використання атестованих випробувальних стендів, що дозволяють відтворювати задані умови з необхідною точністю; застосування програм і атестаційних методик, що гарантують одержання результатів досліджень з необхідною точністю.

Одними з важливих етапів у процесі доведення ГПА є дослідно-промислова експлуатація дослідної серії (постановної постачальної партії) агрегатів, установлених на газопроводі, і періодичні випробування, що проводяться для оцінки стабільності показників якості серійної продукції. Крім того, доведення агрегатів продовжується шляхом удосконалювання конструкції і технології виготовлення в процесі серійного виробництва. З метою контролю якості на заводі проводять технологічні іспити вузлів і систем. Кожен нагнітач піддається приймально-здавальним випробуванням на стенді, з кожного п’ятнадцятого нагнітача знімаються газодинамічні характеристики на повітрі.

Кожен вид випробувань складається з наступних етапів: планування випробувань, підготовка, проведення випробування, обробка результатів, аналіз результатів, прийняття рішення.

На етапі планування випробування складається його програма, що повинна містити в собі мету і задачі випробувань, короткий опис об’єкта випробування, порядок обробки результатів випробувань, форму і порядок звітності.

Проведення випробування зв’язане з реалізацією програми випробувань. Необхідно відзначити, що не завжди в програмі можуть бути враховані всі особливості реальних ситуацій, що виникають у період випробувань. Тому випробувачі повинні бути готові до необхідності прийняття обґрунтованого оперативного рішення щодо корекції програми в ході проведення випробування. У більшості випробувань етап обробки результатів являє собою процес первинної (попередньої) обробки результатів, у ході якого здійснюється усереднення результатів вимірів, виключаються з обробки аномальні результати, проводяться необхідні розрахунки па-раметрів процесів, що відбуваються в агрегаті та ін. Результати прямих вимірів при випробуваннях і їхніх обробках можуть бути представлені у виді таблиць, графіків чи масивів чисел у пам’яті ЕОМ.

На наступному етапі аналізу результатів випробувань (вторинна обробка) здійснюється оцінка отриманих характеристик і параметрів агрегату, а також процесу функціонування вузлів і систем. За результатами вторинної обробки з урахуванням вимог НТД виконується уточнення технічних рішень.

У загальному випадку підготовку до випробування ГПА можна розділити на два етапи: перший етап містить у собі роботи, проведені порівняно задовго до випробувань; другий етап охоплює роботи, що проводяться безпосередньо перед випробуваннями.

На першому етапі підготовки проводиться вивчення технічної характеристики об’єкта випробувань, складаються схеми вимірів, встановлюються вихідні вимоги на створення (чи реконструкцію) випробувального стенда, складаються програми і методики випробувань.

У ході вивчення конструкції і документації повинні фіксуватися характерні параметри, що можуть мати значення з погляду і методик випробування і їхнього аналізу.

Схема вимірів розробляється таким чином, щоб забезпечити одержання з необхідною точністю необхідних даних, а також контроль режиму роботи й умов випробувань. Розробка схеми вимірів містить у собі встановлення параметрів, що підлягають виміру; вибір способів вимірів і приладів, що можуть забезпечити необхідну точність результатів випробувань; вибір методу установки приладів; розробку системи швидкого і надійного контролю показань вимірювального устаткування.

Особлива увага при розробці схеми вимірів повинна бути приділена можливості швидкого і надійного контролю справності роботи окремих вимірювальних пристроїв і приладів. Для цього виміри найбільш важливих величин повинні дублюватися. Особливо ретельно повинні продумуватися виміри тих величин, що безпосередньо впливають на підсумок випробування чи є показниками якості агрегату.

Розроблена схема вимірів є основою для виконання ескізів препарування агрегату, на яких вказуються місця і спосіб установки вимірювальних пристроїв. Крім того, розробляється перелік підготовчих заходів до випробувань, до яких відносяться: розробка конструкції штуцерів, бобишок і різних допоміжних деталей, необхідних для монтажу й установки приладів; уточнення місця розташування датчиків і приладів на агрегаті; монтаж приладів і імпульсних ліній тиску, компенсаційних проводів і кабелів від місць установки датчиків до вторинних приладів.

Конструкція вимірювальних пристроїв і місця їхньої установки повинні забезпечувати чітку реєстрацію необхідних величин; зручність при монтажі, обслуговування і ремонті; збереження міцності об’єкта випробувань; протікання робочого процесу, що підлягає перевірці, без зміни.

При відсутності випробувального устаткування необхідно скласти вихідні вимоги на створення чи реконструкцію наявного випробувального стенда. Вихідні вимоги є первинним джерелом для розробки технічної документації і створюються на основі аналізу досягнень в області науково-дослідних і експериментальних робіт з цієї теми.

Основою для проведення випробувань служать програма і методика випробувань, що входять до складу конструкторської документації агрегату і є організаційно-методичним документом. Програма і методика випробувань розробляються на підставі ретельного вивчення схеми і конструкції агрегату.

Безпосередньо перед випробуваннями агрегатів необхідно перевірити наявність діючих клейм і свідчень про перевірку приладів органами державної чи відомчої метрологічної служби; скласти акт про готовність загальностанційних систем; заповнити карти передпускового огляду систем агрегату, двигуна, газових комунікацій і засобів пожежогасіння; заповнити карти передпускової перевірки попереджувальної сигналізації і захистів агрегату; провести випробування масла в системах змащення й ущільнення.

У період підготовки і безпосередньо під час проведення випробування оформлюються наступні документи: добова відомість, відомість оцінки параметрів роботи агрегату, оперативний журнал змінного інженера; журнал обліку дефектів, виявлених при монтажі, налагодженні й випробуваннях; акти на аварійні зупинки агрегату (при їхній наявності). За результатами випробувань складається звітна документація, передбачена програмою і методикою випробувань.

2.7.2. Класифікація випробувальних стендів

Випробувальним стендом звичайно називається встановлене у визначеному місці на підприємстві чи в науково-дослідній установі устаткування для проведення випробувань агрегатів, їхніх вузлів і систем, вимірювальних пристроїв і інших складових частин виробів [1].

Стенди для випробувань і досліджень ГПА як у цілому, так і окремих його вузлів і систем являють собою складні технічні комплекси, що включають у себе енергетичне устаткування із системою керування; робочу частину для установки експериментальних вузлів; вимірювальну апаратуру і ряд інших систем і вузлів.

Різноманітні випробувальні стенди по виду проведених випробувань умовно можна розділити на три групи: стенди для проведення науково-дослідних робіт, експериментально-доводочні стенди для натурних випробувань дослідних зразків; технологічні стенди для перевірки якості готової продукції.

За типом проведених випробувань стенди поділяються на гідравлічні, газодинамічні, механічні, міцностні та ін., а по виду випробуваного об’єкта розрізняють стенди для випробувань нагнітачів, мультиплікаторів, ущільнень, вихлопних пристроїв, арматури і т.д.

На стендах експериментально-дослідницьких лабораторій проводяться випробування визначеного призначення. Так, аеродинамічні стенди служать для дослідження робочого процесу в проточній частині нагнітачів і приводних турбін; стенди підшипників і ущільнень – для обробки нових конструкцій цих вузлів і визначенні їхніх характеристик та ін.

З метою зниження витрат на проведення наукових досліджень експериментальні дослідження в більшості випадків проводять на модельних установках. Так, наприклад, газодинамічні дослідження проточних частин відцентрових компресорних машин, що працюють на різних сумішах газів, проводять на модельному газі - повітрі. Геометричні розміри об’єктів випробувань також, як правило, зменшують до розмірів, обумовлених конструкцією модельного нагнітача.

На випробувальних стендах серійного виробництва (експериментально-доводочні і технологічні стенди) випробовуються повнорозмірні агрегати і вузли. На цих стендах проводять відпрацьовування режимів роботи виробів, перевіряють якість продукції, що випускається, по параметрах, що характеризує ефективність роботи випробуваних об’єктів. На цих стендах проводять приймально-здаточніздавальні, контрольні, технологічні, а також ресурсні випробування.

Як і більшість дослідницьких, такі стенди промисловістю не випускаються, вони проектуються і виготовляються силами заводів-виробників.

Важливим етапом при створенні таких стендів є їхнє метрологічне забезпечення. Стенди повинні бути обладнані вимірювально-реєструючою апаратурою, що створює єдність і повторюваність випробувань, і забезпечувати нормовані навантаження на об’єкт випробувань.

Експериментально-доводочні стенди для натурних випробувань розміщують як у спеціальних будівлях, так і на відкритих площадках.

Аналіз проспектів ведучих закордонних фірм в області компресоро- і газотурбобудування свідчить, що кращим є індивідуальне легке укриття для компресора і привода (електричного чи газотурбінного). Стосовно до ГПА блочно-контейнерного виконання цілком природним є розміщення експериментально-доводочних стендів натурних випробувань на відкритій площадці. Керування роботою стендів виконується з окремого приміщення – пультової.

2.7.3. Технічні вимоги й устаткування випробувань випробувальної станції

Технічні вимоги до випробувальної станції в основному визначаються призначенням стендів, тобто видами випробувань, що на них проводяться. Незалежно від рівня і класу випробувань ГПА конструкція випробувальної станції повинна забезпечити технологічний цикл випробувань, що складає з наступних основних етапів: доставка зі складального цеху блоків і вузлів випробувального агрегату; установка (монтаж) агрегату на стенді і приєднання до систем, що забезпечують процес випробувань, перевірка і налагодження систем агрегату; випробування агрегату по затвердженій програмі; демонтаж, навантаження, частковий консервація і доставка в складальний цех чи на площадку реалізації.

Випробувальна станція натурних випробувань ГПА містить у собі власне ГПА і герметичний замкнутий газовий контур стенда. До складу станції повинні також входити компресор для заповнення і продувки газового контуру, система продувки газових контурів інертним газом, маслосистема з насосною станцією, пультова система автоматичного керування (САК) агрегатом, системи підготовки пускового і паливного газу приводного газотурбінного двигуна чи трансформаторна станція для приводного електродвигуна. Випробувальна станція повинна мати газо- й електропостачання з розрахунку споживаної потужності при випробуваннях. Система електропостачання повинна забезпечувати потребу станції чи агрегату в струмі як перемінного, так і постійної напруги V = 380/220 і 27 В.

Випробувальна станція повинна забезпечуватись необхідними підйомно-транспортними механізмами. Площадка зі стендами повинна бути обладнана під’їзними коліями. Для проведення монтажно-складальних робіт і технічного обслуговування агрегатів та допоміжних систем випробувальна станція повинна мати виробничий блок з побутовими приміщеннями, забезпечуватися стисненим повітрям (до 0,6 МПа), технічною і питною водою, теплом, мати телефонний зв’язок. Через випромінювання шуму виробнича площадка зі стендами повинна розташовуватися на достатньому видаленні від житлової забудови. По суті випробувань станція для натурних випробувань ГПА аналогічна КС магістрального газопроводу, тому її проектування повинне виконуватися відповідними проектними організаціями з урахуванням норм, що висуваються компресорним станціям газопроводів (ОНТП 51-1-85. Магістральні трубопроводи. 4.1. Газопроводи).