某型機(jī)葉片水流量控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用

袁紅會(huì)，姚曉穎，姜雷

(中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110043)

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某型機(jī)葉片水流量控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用

袁紅會(huì)，姚曉穎，姜雷

(中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110043)

摘要：為檢測(cè)某型發(fā)動(dòng)機(jī)高、高/低導(dǎo)葉片水流量，開(kāi)發(fā)了葉片水流量控制系統(tǒng)，采用手動(dòng)/自動(dòng)兩種控制方式實(shí)現(xiàn)水流量控制。詳細(xì)介紹了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)原理及系統(tǒng)應(yīng)用。通過(guò)驗(yàn)證，系統(tǒng)能夠克服原控制系統(tǒng)存在的弊端，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)工藝要求，大大提高了工作效率。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)；發(fā)動(dòng)機(jī)；葉片檢測(cè)；水流量；

0引言

葉片水流量試驗(yàn)是葉片檢測(cè)的重要工序，是葉片檢測(cè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，關(guān)系到葉片氣孔的冷卻性能是否滿(mǎn)足繼續(xù)裝配試車(chē)的工藝要求。伴隨著公司大修生產(chǎn)任務(wù)的增加，現(xiàn)有的水流量試驗(yàn)控制設(shè)備存在著諸多弊端：1) 一次只測(cè)量一片葉片，工作效率低；2) 只具有流量數(shù)據(jù)采集、顯示和保存功能，系統(tǒng)功能單一；3) 數(shù)據(jù)單機(jī)存儲(chǔ)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。為此，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了葉片水流量試驗(yàn)控制系統(tǒng)，采用手動(dòng)/自動(dòng)兩種控制方式實(shí)現(xiàn)水流量控制，手動(dòng)控制方式通過(guò)電氣操作面板實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)控制方式通過(guò)在計(jì)算機(jī)中安裝LabVIEW軟件，編寫(xiě)系統(tǒng)操作界面及軟件控制程序?qū)崿F(xiàn)。

新開(kāi)發(fā)系統(tǒng)兼容性高，能對(duì)三種不同規(guī)格型號(hào)的葉片(高渦工作葉片，高、低導(dǎo)向葉片)進(jìn)行水流量試驗(yàn)控制，大大提高了葉片水流量試驗(yàn)效率；同時(shí)軟件可以采集、顯示葉片流量、壓力和溫度數(shù)據(jù)，具備葉片數(shù)據(jù)錄入、導(dǎo)入、保存、查詢(xún)、配臺(tái)和串臺(tái)等功能。

1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用手動(dòng)/自動(dòng)控制方式，兩種控制方式相互獨(dú)立，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)；手動(dòng)方式下，通過(guò)操作電氣操作面板上的控制按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)水流量試驗(yàn)；自動(dòng)控制方式下，采用程序控制，硬件選用工控機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡，軟件采用LabVIEW軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)水流量試驗(yàn)。

根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用需求，系統(tǒng)包含的標(biāo)準(zhǔn)儀器有：計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡(PCI-6528)、接線(xiàn)盒(SCB-100)、執(zhí)行元件(繼電器、接觸器、電磁閥和指示燈)及控制線(xiàn)纜構(gòu)成。

模擬量信號(hào)傳輸由計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡(PCI-6238)、隔離配電器(WP-6233)、流量傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器組成。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2系統(tǒng)實(shí)施

2.1　電氣操作面板

按照設(shè)計(jì)要求，操作面板具備高渦，高/低導(dǎo)葉片流量顯示表，溫度表檢測(cè)水箱溫度。手動(dòng)操作時(shí)的指令元件和各種操作的狀態(tài)顯示。電氣操作面板如圖2所示。

圖2　電氣操作面板圖

各種操作指令按鈕和旋鈕以及全部指示燈的釋義如表1所示。

表1　操作面板指令釋義表

2.2　電氣控制原理

水流量試驗(yàn)需要在一定的試驗(yàn)壓力范圍內(nèi)進(jìn)行，系統(tǒng)采用變頻器進(jìn)行調(diào)速實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)壓力的自動(dòng)調(diào)節(jié)。將安裝在管路上的壓力變送器輸出的4～20mA的電流信號(hào)作為反饋信號(hào)輸入到變頻器中，試驗(yàn)壓力的目標(biāo)值直接在變頻器中設(shè)定，通過(guò)在變頻器中設(shè)置相應(yīng)的功能參數(shù)，進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，實(shí)時(shí)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)管路壓力保持在一定的范圍之內(nèi)，保證葉片水流量試驗(yàn)的順利進(jìn)行。系統(tǒng)主電路原理如圖3所示。

圖3　系統(tǒng)主電路原理

手動(dòng)控制下，將手/自動(dòng)切換旋鈕SA1旋轉(zhuǎn)到手動(dòng)位置，通過(guò)電氣操作面板上的指令控制按鈕完成對(duì)高渦泵、高低導(dǎo)泵、高低導(dǎo)進(jìn)水閥、換向閥及計(jì)量啟?？刂疲瑥亩瓿扇~片高渦、高/低導(dǎo)水流量試驗(yàn)控制。

圖4　系統(tǒng)控制回路原理

自動(dòng)控制下，將手/自動(dòng)切換旋鈕旋SA1轉(zhuǎn)到自動(dòng)位置，通過(guò)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)水流量試驗(yàn)控制。開(kāi)關(guān)量控制信號(hào)通過(guò)編寫(xiě)LabVIEW程序由計(jì)算機(jī)輸出到數(shù)據(jù)采集卡，通過(guò)信號(hào)電纜輸入到接線(xiàn)盒(SCB-100)，完成對(duì)高渦、高低導(dǎo)泵、進(jìn)水閥的啟?？刂埔约坝?jì)量啟動(dòng)控制。系統(tǒng)控制回路原理如圖4所示。

2.3　數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)采用傳感器將采集的流量、溫度、壓力物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成4-20 mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，然后此信號(hào)經(jīng)隔離配電器WP-6233送至PCI-6238數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采集。在上位機(jī)LabVIEW軟件中進(jìn)行處理分析，包括數(shù)據(jù)的平均值濾波、計(jì)算、實(shí)時(shí)顯示、保存、查詢(xún)等。高渦流量數(shù)據(jù)采集如圖5所示。

圖5　高渦葉片流量數(shù)據(jù)采集

PCI-6238是NI公司M系列多功能數(shù)據(jù)采集卡，具有8路模擬信號(hào)輸入通道，采樣率為250 kS/s，輸入范圍為4 mA～20 mA；2路模擬量輸出通道，分辨率為16位；10路數(shù)字I/O，數(shù)字觸發(fā)；NI-DAQmx測(cè)試軟件和硬件配置支持。

對(duì)系統(tǒng)而言，由于現(xiàn)場(chǎng)8路傳感器輸出均為4mA-20mA的電流信號(hào)，所以采用PCI-6238數(shù)據(jù)采集卡及相關(guān)附件完全能夠滿(mǎn)足水流量的數(shù)據(jù)采集功能。PCI-6528數(shù)據(jù)采集卡是NI公司專(zhuān)用的數(shù)字IO卡，具有組隔離16路漏極 /源極輸入(±30 VDC)；24路輸出(±60 VDC，單通道3.5 A，所有通道150 mA)；24路輸入(±60 VDC)；高電流驅(qū)動(dòng)，工業(yè)級(jí)24 V邏輯閥值。針對(duì)本系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制信號(hào)為10路輸出，5路輸入，從DIO點(diǎn)數(shù)需求及驅(qū)動(dòng)能力上選用PCI-6528及相關(guān)附件能夠滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)的控制要求。

需要注意的是在接線(xiàn)盒SCB-100上有6個(gè)開(kāi)關(guān)，針對(duì)不同的功能板卡開(kāi)關(guān)的位置設(shè)置是不同的，要根據(jù)所需測(cè)量功能進(jìn)行正確的設(shè)置，否則會(huì)造成控制功能紊亂，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致數(shù)據(jù)采集卡損壞。

2.4　系統(tǒng)軟件

由于LabVIEW具有作為一種圖形化的編程語(yǔ)言，在數(shù)據(jù)采集、儀器控制、測(cè)量分析與數(shù)據(jù)顯示方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，能為各種應(yīng)用提供必要的開(kāi)發(fā)工具，內(nèi)含豐富的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)信號(hào)分析以及控制等子程序，用戶(hù)利用創(chuàng)建和調(diào)用子程序的方法編寫(xiě)程序，使創(chuàng)建的程序模塊化，易于調(diào)試、理解和維護(hù)，而且程序編程簡(jiǎn)單、直觀。

因此，系統(tǒng)采用LabVIEW軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)，界面友好、美觀、便于操作。由于NI公司的數(shù)據(jù)采集卡與LabVIEW軟件具有完美、可靠的兼容性，所以本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集卡采用美國(guó)NI公司的PCI-6528和PCI-6238，實(shí)現(xiàn)水流量試驗(yàn)設(shè)備信號(hào)的控制和數(shù)據(jù)采集。高渦工作葉片水流量試驗(yàn)軟件設(shè)計(jì)流程如圖6所示。當(dāng)啟動(dòng)采集卡進(jìn)行多緩沖連續(xù)數(shù)據(jù)采集時(shí)，可以隨時(shí)啟動(dòng)數(shù)據(jù)保存按鈕進(jìn)行數(shù)據(jù)保存。高、低導(dǎo)導(dǎo)向葉片水流量試驗(yàn)流程與高渦葉片相似。

圖6　高渦工作葉片水流量試驗(yàn)軟件流程圖

3系統(tǒng)功能驗(yàn)證

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高渦(高導(dǎo)、低導(dǎo))工作葉片數(shù)據(jù)錄入、水流量采集、配臺(tái)、串臺(tái)、設(shè)備穩(wěn)定性試驗(yàn)等功能，下面以高渦葉片測(cè)量為例對(duì)系統(tǒng)的功能進(jìn)行驗(yàn)證和說(shuō)明。

3.1　水流量數(shù)據(jù)采集

葉片水流量控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高渦泵的啟?？刂啤⒂?jì)量啟動(dòng)控制、超壓、超差報(bào)警指示以及試驗(yàn)壓力、溫度及流量數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)功能。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了累積流量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析，將合格的葉片數(shù)據(jù)信息保存在ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)合格表中，報(bào)廢的葉片數(shù)據(jù)信息保存在ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)報(bào)廢表中。

操作過(guò)程說(shuō)明：在左邊的時(shí)間文本框和選擇文本框中輸入和選擇相應(yīng)的文本信息，按下高渦泵啟動(dòng)按扭，啟動(dòng)高渦泵，按下計(jì)量1按扭、計(jì)量2按扭，待計(jì)時(shí)結(jié)束數(shù)據(jù)保存按扭變成綠色，按下數(shù)據(jù)保存按扭，數(shù)據(jù)自動(dòng)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，操作界面如圖7所示。

圖7　高渦工作葉片水流量采集與控制界面

3.2　高渦工作葉片配臺(tái)

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在高渦工作葉片配臺(tái)界面輸入發(fā)動(dòng)機(jī)號(hào)、任務(wù)號(hào)、爐號(hào)，則將合格的葉片數(shù)據(jù)信息查詢(xún)出來(lái)，能將查詢(xún)結(jié)果顯示在表格中。在去向任務(wù)號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)號(hào)、試車(chē)類(lèi)型及次數(shù)文本框中輸入相應(yīng)信息，點(diǎn)擊“正常配臺(tái)”按鈕，如果顯示高渦72片工作葉片都是合格的，則完成配臺(tái)功能。軟件還能對(duì)葉片數(shù)據(jù)刪除、保存，操作界面如圖8所示。

3.3　高渦工作葉片串臺(tái)

如果系統(tǒng)的高渦葉片配臺(tái)界面中顯示的葉片信息少于72片，說(shuō)明配臺(tái)沒(méi)有成功，需要在串臺(tái)界面中選擇所需要的發(fā)動(dòng)機(jī)葉片重新進(jìn)行配臺(tái)。軟件串臺(tái)界面實(shí)現(xiàn)了查詢(xún)功能，能將查詢(xún)結(jié)果顯示在表格中。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了將選中的所需葉片數(shù)據(jù)(一行或多行中指定列的內(nèi)容)添加到相應(yīng)配臺(tái)界面表格中指定的列，且在配臺(tái)界面表格中的最后一行追加，進(jìn)行再次配臺(tái)，直至配臺(tái)成功，操作界面見(jiàn)圖9所示。

圖9　高渦工作葉片串臺(tái)界面

4結(jié)語(yǔ)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工藝技術(shù)要求，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套包含手動(dòng)/自動(dòng)控制方式的葉片水流量試驗(yàn)控制系統(tǒng)，具有操作簡(jiǎn)單、界面友好、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、模塊化編程、程序清晰易讀、完善的數(shù)據(jù)處理與分析功能。

系統(tǒng)能對(duì)三種不同規(guī)格的葉片進(jìn)行水流量試驗(yàn)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、計(jì)算、保存和查詢(xún)，滿(mǎn)足了現(xiàn)場(chǎng)的工藝技術(shù)要求。

系統(tǒng)經(jīng)過(guò)調(diào)試，已應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)葉片水流量試驗(yàn)與控制，極大的提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，為發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配和試車(chē)有序進(jìn)行提供了強(qiáng)有力保證。

參考文獻(xiàn):

[1] 王磊，陶梅.精通LabVIEW 8.0[M]. 北京:電子工業(yè)出版社，2007.10.

[2] 雷振山.LabVIEW 7 Express 實(shí)用技術(shù)教程[M]. 北京:中國(guó)鐵道出版社，2005.

[3] 陳志光，秦朝葵，孫秀麗.虛擬儀器的溫度流量測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 自動(dòng)化儀表，2009，30(6):54-56.

[4] 黃竹青，劉偉.虛擬儀器下回?zé)嵯到y(tǒng)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)研究[J]. 自動(dòng)化儀表，2009，30(7):48-60.

Development and Application of Flow Rate Controlling System of Areo-Engine Blade

YUAN Hong-hui, YAO Xiao-ying，JIANG Lei

(AVIC Shenyang Liming Aero-Engine (Group) Co.， Ltd.，Shenyang 110043,China)

Abstract:In order to test the flow rate of the high pressure turbine vane and the high/low pressure turbine guide vane, a controlling system for the vane flow rate is developed, which is operated in the automatic and manual control mode which are used to control its flow rate. This paper introduces in detail its overall structure, principle and application. The system can be used to overcome the shortcoming of the old control system， meet the process requirements and improve the working efficiency greatly by the experimental verification.

Keywords:aircraft; areo-engine; blade measurement; water flow rate

中圖分類(lèi)號(hào)：V231.3;TP273

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1671-5276(2015)02-0188-04

作者簡(jiǎn)介：袁紅會(huì)(1983-)，女，遼寧葫蘆島人，工程師，碩士，主要從事電子電器(氣)及數(shù)采系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。

收稿日期：2013-12-24