燃?xì)廨啓C(jī)葉片水流量測(cè)量機(jī)研制

王俊濤++巴曉玉++姜雷++劉淞寧

摘要：燃?xì)廨啓C(jī)葉片水流量測(cè)量機(jī)是一種燃?xì)廨啓C(jī)透平葉片的內(nèi)部型腔結(jié)構(gòu)采用水流量測(cè)量進(jìn)行測(cè)量檢測(cè)的裝置及方法。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)和地面燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)計(jì)中，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，渦輪透平前的溫度也不斷提高，這不僅依賴工藝水平的提升，也要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn)，因而渦輪透平葉片的冷卻設(shè)計(jì)及冷卻效果試驗(yàn)也在不斷完善。現(xiàn)有的檢測(cè)渦輪葉片水流量的裝置不能夠同時(shí)滿足上述兩點(diǎn)要求，無法進(jìn)行燃?xì)廨啓C(jī)透平葉片水流量的測(cè)量。因此，立項(xiàng)進(jìn)行設(shè)計(jì)研制了設(shè)備燃?xì)廨啓C(jī)透平葉片水流量測(cè)量機(jī)。

Abstract： Lamina water flux measuring machine of gas turbine is a device and method for measuring and detecting the internal cavity structure of gas turbine by water flow measurement. As the continuous development of science and technology， temperature before the turbine is rising in the design of aero engine and ground gas turbine， which depends on the advance of technical level and design of structure. At the same time， we need to do well in the cooling design of lamina before turbine. Because of unsatisfactory design of current machine， we can not measure gas turbine lamina flow. So design of lamina water flux measuring machine of gas turbine we introduce is very necessary.

關(guān)鍵詞：可編程序控制器；電磁流量計(jì)；液位傳感器

Key words： programmable logic controller；electromagnetism flowmeter；liquid level sensor

中圖分類號(hào)：TK474.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）36-0114-02

0 引言

燃?xì)廨啓C(jī)透平葉片水流量測(cè)量機(jī)是一種燃?xì)廨啓C(jī)透平冷卻葉片采用水流量測(cè)量進(jìn)行測(cè)量檢測(cè)的裝置及方法。尤其重型燃?xì)廨啓C(jī)透平葉片，葉片尺寸大，要求試驗(yàn)用的水流量比其它渦輪葉片要求用的水流量大得多，水流量值范圍為：39500g/min～11300g/min；其試驗(yàn)要求的壓力比其它發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片水流量試驗(yàn)時(shí)的壓力低得多，為0.02MPa，脈動(dòng)可達(dá)到0.002MPa。它是采用高位水箱給葉片試驗(yàn)、檢測(cè)提供水介質(zhì)，通過可選擇品種的各種流量計(jì)傳感器、PLC可編程序控制器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行電氣控制和數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算、處理，用打印機(jī)打印測(cè)試數(shù)據(jù)，并通過PC監(jiān)測(cè)機(jī)及顯示器組態(tài)模擬實(shí)施顯示。經(jīng)過試驗(yàn)、檢測(cè)投產(chǎn)運(yùn)行，狀態(tài)良好，水液壓力和流量穩(wěn)定。該設(shè)備控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)、性能指標(biāo)完全達(dá)到生產(chǎn)工藝要求，解決了大型葉片型腔的無法檢測(cè)的問題，提供了大型葉片型腔結(jié)構(gòu)的檢測(cè)設(shè)備、方式及方法，以及工藝生產(chǎn)檢測(cè)所需要的技術(shù)數(shù)據(jù)保存、存儲(chǔ)、輸出顯示、打印等設(shè)施和手段。

1 研制目標(biāo)及設(shè)備的設(shè)計(jì)原理

1.1 設(shè)計(jì)要求

①根據(jù)葉片種類要求2種測(cè)量類型：Φ15、Φ25。

②每次測(cè)量時(shí)間（周期）：1min。

③采用上位PC機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)模擬動(dòng)畫顯示、g/s、g/min實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示。

④操作者數(shù)據(jù)輸入、測(cè)量數(shù)據(jù)打印輸出。

⑤流量檢測(cè)精度：±0.2%。

1.2 系統(tǒng)組成及原理

1.2.1 測(cè)量裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)組成及原理

該測(cè)量裝置機(jī)械系統(tǒng)包括高位水箱、下水箱、水泵、液位計(jì)、電磁流量計(jì)、各種閥門、主體框架及扶梯等。參見圖1。

①主體框架的一側(cè)安裝有扶梯，用于上部高位水箱結(jié)構(gòu)的處理和操作之用。高位水箱內(nèi)部安裝有液位計(jì)，用于測(cè)量水位高度，通過計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理進(jìn)行模擬顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；其高度用來保證試驗(yàn)所需要的壓力，并設(shè)計(jì)成高度可調(diào)整結(jié)構(gòu)，精確地調(diào)整靜態(tài)水位的壓力，以保證水位壓力的精確數(shù)值。

②下水箱用于試驗(yàn)存儲(chǔ)及供水。下水箱通過水泵、過濾器、各種閥門、電動(dòng)閥門及管路系統(tǒng)為上水箱提供檢測(cè)用的水源。

③高位水箱的一側(cè)沿固定水位開有溢流口，并依次通過溢流口、溢流閥與下水箱連接，根據(jù)供水速率的大小調(diào)整溢流口的高度及大小，使高出水位的水直接流回下水箱，使高位水箱保持水位不變。

④高位水箱底部開有回水口，回水口通過管路、電磁閥、電磁流量計(jì)、回水閥及水管、葉片卡具連接被測(cè)量的葉片。在卡具的出水口前端安裝有壓力表，用于測(cè)量達(dá)到葉片的水的壓力，根據(jù)此壓力調(diào)整上水箱的水位高度。

⑤電磁流量計(jì)用于測(cè)量水的流量，是該系統(tǒng)地關(guān)鍵部件。采用德國(guó)E+H公司PROMAG53W系列的電磁流量計(jì)。根據(jù)葉片行腔大小設(shè)計(jì)兩路獨(dú)立測(cè)量系統(tǒng)，可以根據(jù)實(shí)際測(cè)量物件進(jìn)行自動(dòng)選擇。流量計(jì)獲得的水流量數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)，經(jīng)過運(yùn)算進(jìn)行數(shù)據(jù)處理保存，并實(shí)時(shí)顯示。

⑥被測(cè)葉片通過工作臺(tái)上的葉片卡具進(jìn)行裝卡，并通過卡具的回水口連接到下水箱，完成整個(gè)工作循環(huán)。

1.2.2 電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

電氣控制系統(tǒng)包括：PLC可編程控制器、電磁流量計(jì)、液位計(jì)、A/D轉(zhuǎn)換器、主計(jì)算機(jī)、操作箱、控制柜、打印機(jī)等。endprint

操作箱用于操作控制，操作者可以進(jìn)行方式選擇、啟動(dòng)、停止及運(yùn)行狀態(tài)顯示監(jiān)測(cè)等。各種控制、數(shù)據(jù)信號(hào)分別通過PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和邏輯控制，并提供給計(jì)算機(jī)進(jìn)行狀態(tài)顯示及存儲(chǔ)打印。其執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括3個(gè)電動(dòng)閥門、1個(gè)水泵電機(jī)。3個(gè)電動(dòng)閥門分別是1個(gè)進(jìn)水電動(dòng)閥（總）、2個(gè)回水電動(dòng)閥，用以控制上水、測(cè)量、放水、方式選擇等。其中，由于被測(cè)葉片種類不同，相互間流量值變化很大，為保證測(cè)試精度，采用兩種規(guī)格的電磁流量計(jì)獨(dú)立分開測(cè)量，通過兩個(gè)獨(dú)立的回水電動(dòng)閥進(jìn)行兩種流量測(cè)量的選擇。并具有動(dòng)作狀態(tài)指示。

該測(cè)量裝置采用PLC控制器對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集運(yùn)算、邏輯控制、操作處理、顯示、故障狀態(tài)顯示，且能夠用打印機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)；利用計(jì)算機(jī)課實(shí)時(shí)顯示出試驗(yàn)數(shù)據(jù)；包括流量數(shù)據(jù)的克/秒、克/分、時(shí)間，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模擬，操作數(shù)據(jù)輸入：包括葉片零件號(hào)、批次號(hào)、操作者，并通過打印機(jī)打印。

2 水流量檢測(cè)工作邏輯流程

該測(cè)量系統(tǒng)所用水必須為純凈水，工作環(huán)境潔凈無塵。開始工作，首先安裝好標(biāo)準(zhǔn)葉片，接通電源，電源、PLC控制器及電磁流量計(jì)工作正常的情況下，無任何報(bào)警信號(hào)指示時(shí)，啟動(dòng)水泵電機(jī)，水泵從下水箱抽水加壓，下水箱中的水經(jīng)第一電動(dòng)閥和進(jìn)水閥進(jìn)入上水箱，當(dāng)上水箱的水位的水壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，液位計(jì)發(fā)出信號(hào)，表示系統(tǒng)可以開始測(cè)量。

選擇葉片種類的測(cè)量方式，即“品種1”、“品種2”，啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的電動(dòng)閥——回水閥，水經(jīng)過電磁流量計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)葉片流回下水箱。此時(shí)檢查壓力表數(shù)值是否達(dá)到工藝要求的數(shù)據(jù)，如有誤差，必須對(duì)上水箱的溢流閥位置進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，直到壓力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)為止，則葉片水壓正常。

換下標(biāo)準(zhǔn)葉片，安裝待檢葉片。按下測(cè)試按鈕開始計(jì)量，通過電磁流量計(jì)測(cè)量出每秒鐘水的流量（g/s）和每分鐘的流量（g/min），通過控制系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)算處理和存儲(chǔ)，由顯示器顯示這些數(shù)據(jù)并由打印機(jī)打印出來。當(dāng)一分鐘測(cè)試完成后，電動(dòng)閥自動(dòng)關(guān)閉，第一電動(dòng)閥換向，水直接流回下水箱，上水箱的水位保持不變。

檢驗(yàn)被測(cè)數(shù)據(jù)是否符合標(biāo)準(zhǔn)葉片標(biāo)定值，若符合，結(jié)束測(cè)試，將水泵停止，清理水箱?；蛘咄瓿梢环昼姕y(cè)試后，繼續(xù)更換葉片，再進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，開始新的測(cè)試工作。測(cè)試期間，為便于工人觀測(cè)，計(jì)算機(jī)始終監(jiān)測(cè)并模擬顯示整個(gè)系統(tǒng)工作變化情況。

3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)狀態(tài)模擬顯示（圖2）

“組態(tài)王”是運(yùn)行于Microsoft Windows XP/NT中文平臺(tái)的全中文界面的組態(tài)軟件，窗體框架結(jié)構(gòu)，界面直觀易學(xué)易用。采用了多線程、COM組件等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)多任務(wù)，軟件運(yùn)行穩(wěn)定可靠。我們可以通過簡(jiǎn)單的模塊組合工作，就可實(shí)現(xiàn)所需的軟件功能。它將人機(jī)界面、硬件通訊、數(shù)據(jù)庫(kù)、趨勢(shì)曲線、報(bào)表、報(bào)警以及網(wǎng)絡(luò)功能集成為一個(gè)個(gè)的功能模塊，根據(jù)用戶需求進(jìn)行豐富的設(shè)計(jì)。

4 結(jié)論

該水流量檢測(cè)系統(tǒng)采用OMRON可編程序控制器（PLC），利用流量計(jì)進(jìn)行高位水箱檢測(cè)葉片行腔結(jié)構(gòu)的方法，完全達(dá)到工藝指標(biāo)和生產(chǎn)操作要求，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便，水流量十分穩(wěn)定無波動(dòng)，易于維護(hù)修理和操作。同時(shí)組態(tài)界面模擬狀態(tài)顯示，更加人性化，更具有先進(jìn)性，其性能也穩(wěn)定可靠。

參考文獻(xiàn)：

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