层板节流器测试台的设计与实现

２０１４年第６期液压与气动

ｄｏｉ：１０．１１８３２／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—４８５８．２０１４．０６．０２４

层板节流器测试台的设计与实现王占勇，周凯，刘振岗（海军航空工程学院青岛校区，山东青岛２６６０４１）摘要：介绍了某型发动机层板节流器测试系统工作原理、功能和特点，并利用平板电脑、ＰＬＣ和变频器技术设计了该装置的控制系统，最后，通过实验，验证了系统的可行性和实用性。关键词：层板节流器；平板电脑；ＰＬＣ；变频器中图分类号：Ｉ＇Ｉ－１１３７文献标志码：Ｂ文章编号：１０００－４８５８（２０１４）０６－００９９－０４

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引言燃油调节系统（简称燃调）是飞机发动机的控制核心，主要用于供给并调节发动机在各种工作状态下所需的燃油，发动机的转速、排气温度和加速时间等关键性能指标均是燃调调节的产物。然而，影响燃调动态调节品质的决定因素是其内部的层板节流器，层板节流器流量性能的变化，对发动机性能的发挥有这至关重要的影响。层板节流器是常用的流量控制器件，它通过改变各层节流片上的节流口面积或者增减节流片的数量来调节单位时间里流经节流器的燃油流量，从而控制调节机构的运动速度。燃调内部的层板节流器，在流量上属小流量器件，易受不确定因素扰动而产生流量波动。某型涡喷发动机在使用和维修过程中，发动机的加速和加力性能参数经常偏离出厂设定值，且绝大多数情况都是由于层板节流器流量性能变化引起的，当发生节流片松动错位、节流孔磨损和因油液污染阻塞节流孔等情况后，均会改变层板节流器的装机标准流量值，造成了发动机工作不正常，甚至危及发动机的安全。实际工作中，使用单位经常采用清洗或更换不同流量的层板节流器来排除发动机性能故障。目前，各使用单位均缺乏层板节流器性能检测设备，对于其实际流量是否正常、清洗后的流量是否达到标准，各单位不能现场进行技术鉴定和判断，因此影响了发动机使用。受使用单位的委托，我们设计、开发了某型发动机层板节流器测试台，并配发到相关单位使用，完全达到了设计要求。１测试技术标准发动机燃调由主燃油系统和加力燃油系统组成。主燃油系统内部的层板节流器有６个，用于控制发动机稳态和过度态性能的调节，是半程加速时间和全程加速时间的主要影响因素。加力燃油系统的层板节流器有２个，用于调节发动机加力供油量，确保发动机顺利接通加力。这些节流器壳体上均标有出厂实测流量值，其技术标准见表ｌ所示。

收稿日期：２０１４－０１－０６作者简介：王占勇（１９“一），男，河北黄骅人，高级工程师，硕士，主要从事流体传动的教学与科研工作。

万方数据１００液压与气动２０１４年第６期表１某型发动机常用层板节流器技术标准燃调内部各层板节流器入口压力标准流量值序号名称ｋｇ／＇ｅｍ２ｃｍ３／ｍｉｎ

ｌ升压限制器低空节流器１０２００—４００２升压限制器高空节流器

ｌＯ１８０～４００

３超转组件节流器１０８０—１３０４液压延迟器正行程节流器

１０８５—１３５

５液压延迟器反行程节流器１０３００一３６０６随动活塞节流器

１０１５０～３２０

７加力泵随动活塞节流器１０１５００—２０００８加力开关节流器１０２８０—３００

例如，主燃油系统的重要部件之一为升压限制器，用来控制快推油门杆时供油量的增加速度，实现最佳加速供油量。此部件内有２个层板节流器，分别是低空和高空层板节流器。低空层板节流器的作用是限制地面或低空加速时，进入升压限制器活塞右室的油液流量；高空层板节流器用来限制高空加速时进入升压限制器活塞右室的油液流量。当发动机排故试车时，各单位主要通过更换这两个层板节流器，使发动机加速时间与履历本的出厂记载数值保持一致。２测试系统的工作原理和功能层板节流器测试台主要用于发动机内部各层板节流器的性能测试，由燃油系统和自动控制系统构成。２．１燃油系统燃油系统的功能是提供具有足够流量的有压油源。根据测试技术标准，层板节流器测试台燃油系统的组成和工作原理见图１所示。

图１燃油测试系统工作原理１）有压油源的形成当系统通电，变频器控制油泵３工作，油箱２２内

的燃油通过过滤器ｌ、球阀２后向供油管路输出，油泵出Ｅｌ压力由压力表２３指示；从油泵输出的燃油经蓄能器５、精密过滤器６到达层板节流器的人口，层板节流器入口测试压力由压力表９（或压力变送器８）指示；测试台通过改变变频器的频率和控制伺服调节阀７的开度，确保系统压力达到测试基准值，使之满足测试要求。安全阀４确保系统压力不要超过系统耐压值。２）平均流量的测量层板节流器人口压力符合要求后，即可进行流量值的测试。当需手动测试时，打开开关１０，燃油通过层板节流器１３流入量筒１６内，通过计时器计时至规定时间后，将量筒移出并关闭开关１０，然后将量筒收集的油液实际数值除以测试时间，即得到单位时间内的平均流量。当需自动测试时，自动控制系统接通电磁阀１２，燃油通过层板节流器１３流人特制不锈钢量筒１４内，此量筒内安装采用磁致伸缩技术的液位传感器，油浮子随着燃油不断流人而逐渐升高，自动计时器同步计时，燃油升到规定位值后，关闭电磁阀１２。根据定义，将采集到的不锈钢量筒的燃油累积值除以测试时间，即得到单位时间内的平均流量。接通电磁阀１５，即可排出不锈钢量筒内的燃油。２．２自动控制系统自动控制系统功能是完成对变频器和伺服调节阀等部件的供电和操纵，能高效、准确、可靠地完成各层板节流器的压力和流量等技术指标的自动控制和测试。测试台主要以平板电脑、ＰＬＣ作为控制系统的核心，对测试台工作状态进行控制和调节，能够完成层板节流器的自动检测，并能对测试台各部分的工作和测试结果进行实时显示和打印。图２是自动控制系统的硬件组成框图，主要由平板电脑、打印机、ＰＬＣ、变频器、伺服调节阀、输入输出模块、压力变送器、位移传感器、电磁阀和各开关按钮等组成。

－■—’－模——正酬压力变送器卜瑟

拟Ｐ量

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Ｃ开————叫

开关量输出：电磁通断阀等

关

量＋——一开关量输入：各开关、按钮

图２控制系统硬件组成框图

万方数据２０１４年第６期液压与气动１０１

测试台选用ＰＰＣ—Ｌ１２８Ｔ平板电脑为上位机，具有１２．１时ＴＦＴＸＧＡＬＣＤ，可选电阻式触摸屏，内置Ｉｎｔｅｌ⑧ＡｔｏｍＴＭ处理器Ｎ２７０，１．６ＧＨｚ，可支持高达２ＧＢＤＤＲ２内存、一个内置ＳＡＴＡ２．５时硬盘和６个ＵＳＢ２．０端口，通过ＲＳ－４８５总线自动控制数据流。ＰＬＣ控制器选用ｌ台ＦＸｌＮ一１４ＭＲ为下位机，此控制器集成了８点开关量输入和６点开关量输出来完成开关信号的处理；Ａ／Ｄ模拟量输入模块采用ｌ块ＦＸ２Ｎ．２ＡＤ能完成２路模拟量的采集；Ｄ／Ａ模拟量输出采用１块扩展模块ＦＸｌｎ—ｌＤＡ—ＢＤ能完成１路模拟量输出；变频器选用ＦＲ—Ｄ７４０－２．２Ｋ—ＣＨＴ系列。３设计特点３．１结构层板节流器测试台实际结构见图３所示。它由箱体、操纵面板、泵站、流量测量装置和工控电气箱等组成。图３测试台实际结构效果测试台前部自上至下主要有操纵面板、专用盖板、集油池、油箱和前门构成。当层板节流器需要手动测试时，将盖板揭去，在集油池内可用量筒进行手动节流器流量测试。打开测试台的前门是内置的层板节流器主体部分泵站和压力与流量测试部分等；中部是操纵面板，左侧是电气系统的电气控制显示与操纵区，右侧是机械仪表与开关操纵与显示区。３．２燃油压力的调节泵源由一台可实现无级调节变频隔爆三相电机和高精度齿轮泵组成。电机选用４级电机，转速范围０～１４３０ｒ／ｍｉｎ；为了确保系统和被测试件的安全，安全阀采用某公司生产的弹簧直接载荷式安全阀，设定工作压力为２ＭＰａ，当系统过压时，安全阀自动卸压。为使压力满足测试要求，测试系统通过变频器和调节阀的配合工作，实现对压力的调节。变频器通过控制电机的转速，调节油泵３的燃油流量输出，并与采用回油调节的伺服调节阀７配合控制测试条件。调节阀７是一Ｅｌ径为ＤＮｌ０的智能电动调节阀，型号为ＺＱＳＪＰ一１６Ｃ，调节精度较高。控制系统由ＰＩＥ实时采集流量传感器和压力传感器的信号，按预设的参数进行调节。３．３流量自动测量装置为准确实现层板节流器小流量的测量，利用磁致伸缩位移传感技术和不锈钢防浪桶组合形成平均流量自动测量装置。采用磁致伸缩技术的位移传感器主要由探测杆、变送器和非接触浮球组成。探测杆内装有磁致伸缩线（波导线），由不导磁的不锈钢管制成。浮球装在探测杆上，内装一组永久磁铁，它可以沿着探测杆随液位变化而变化。当变送器通电时，脉冲发送器和接受器开始工作，发送器在波导丝中定时向下端发送低电流询问脉冲信号，伴随产生沿波导丝方向前进的垂直环形磁场以光速传输。当脉冲环形磁场与浮球中的永久磁场相遇时，二者的磁场矢量相叠加形成螺旋磁场产生扭应力脉冲，以声速传输返回到变送器内的接受器接收并检测出来。根据从发出询问脉冲到接收返回扭应力脉冲的时间差，即可精确计算出液面高度并转换成４～２０ｍＡ

的输出信号。它的输出信号是一个真正的绝对位置输出，而不是比例的或需要再放大处理的信号，所以不存在信号漂移或变值的情况，因此不必像其他液位传感器一样需要定期重标和维护，非常适用于燃油流量的测量。它由于利用非接触的敏感元件，减少了磨损机会，比较可靠耐用；数据传输采用高频脉冲信号，抗干扰能力强。另外还具有精度高、安装方便、环境适应性强等特点。不锈钢防浪筒的设计，由于流经层板节流器燃油直接从防浪筒上盖喷出，可防止液流直接喷到浮球上或造成油面波动，从而形成测量误差。本测量装置设计了一个环形防浪板，液流首先喷到防浪板上，由防浪板将油液均布分散开，燃油从四周侧壁均匀流到防浪筒下部。４结论层板节流器测试台经试用表明：（１）以平板电脑和ＰＩＥ作为控制核心，采用变频器与伺服阀相结合作为燃油系统压力的调节策略，实现了测试的自动化，提高了工作效率，得到了比较理想的控制效果；（２）测试台结构合理、功能齐全、设计精巧简捷和安全可靠，而且还具有控制灵活、操作方便等优点，完全达到了设计要求，能够完成发动机燃油调节系统各层板节流器的性能检测。进行必要的加、改装后也可（下转第１０４页）