加注系統(tǒng)控制端動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)研究

俞文文

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)的加注系統(tǒng)靜態(tài)檢測(cè)方法難以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)控的問題，研究了加注系統(tǒng)狀態(tài)信息獲取方法，提出了穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)特征相融合的高壓氣動(dòng)球閥開閉性能檢測(cè)與評(píng)價(jià)方法。通過位移傳感器和壓力傳感器測(cè)取二位五通閥和高壓氣動(dòng)球閥的動(dòng)態(tài)信號(hào)，試驗(yàn)結(jié)果表明，各參數(shù)可有效反映加注系統(tǒng)的工作狀態(tài)變化，能夠?yàn)榘l(fā)射場(chǎng)故障檢測(cè)及發(fā)射保障提供有力的支持。

Abstract： Aiming at the problem that traditional static detection method of fuel supply system is difficult to realize dynamic monitoring， a state information acquisition method of fuel supply system was studied， and a testing and evaluating method of switching performance of high pressure pneumatic ball valve was proposed， which was combined with steady and transient characteristics. Dynamic signals of two bit five through valve and high pressure pneumatic ball valve were measured by displacement sensor and pressure sensor. Testing results show that the parameters can effectively reflect the change of working state of fuel supply system， which can provide strong support for fault detection and launch support of launch site.

關(guān)鍵詞：加注系統(tǒng)；控制端；動(dòng)態(tài)檢測(cè)；氣動(dòng)球閥

Key words： fuel supply system；control end；dynamic testing；pneumatic ball valve

中圖分類號(hào)：TP212.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）28-0151-03

0 引言

隨著發(fā)射技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)發(fā)射場(chǎng)設(shè)施設(shè)備也必須借助各種技術(shù)先進(jìn)的檢測(cè)診斷儀器設(shè)備，研究形成適用有效、檢測(cè)準(zhǔn)確、判斷正確的發(fā)射場(chǎng)設(shè)施設(shè)備檢測(cè)診斷技術(shù)，對(duì)發(fā)射場(chǎng)設(shè)施設(shè)備進(jìn)行適時(shí)的性能狀態(tài)檢測(cè)，以確保及時(shí)進(jìn)行故障診斷。從而及時(shí)、全面、準(zhǔn)確地獲取設(shè)施設(shè)備的性能狀態(tài)和故障信息。在發(fā)射技術(shù)中，加注系統(tǒng)發(fā)揮著極為關(guān)鍵的作用。加注系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)端、控制端、終端和監(jiān)控端組成。其中的重要設(shè)備氣動(dòng)球閥作為加注系統(tǒng)的控制端更是發(fā)揮著其神經(jīng)中樞的作用。對(duì)于加注系統(tǒng)的檢測(cè)大多數(shù)只停留在靜態(tài)檢測(cè)[1]，難以在加注系統(tǒng)運(yùn)行過程中對(duì)其實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)控，以實(shí)現(xiàn)故障的及早診斷。長(zhǎng)期使用過程中，系統(tǒng)控制端的單元二位五通閥和高壓氣動(dòng)球閥可能會(huì)出現(xiàn)疲勞狀況，導(dǎo)致打開或關(guān)閉不到位或出現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間的遲滯現(xiàn)象，影響系統(tǒng)的加注過程。

1 加注系統(tǒng)檢測(cè)

1.1 方案設(shè)計(jì)

高壓氣動(dòng)球閥由球閥本體和氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分組成[2]，如圖1所示。

其中，換向動(dòng)作是由氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)—?dú)飧昨?qū)動(dòng)球閥閥桿轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)球體正反向回轉(zhuǎn)90°來實(shí)現(xiàn)的[3，4]。設(shè)備工作原理是首先壓縮空氣由二位五通閥及管路a進(jìn)入高壓氣動(dòng)球閥兩側(cè)的氣缸，如圖2所示，通過活塞推動(dòng)齒條向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，齒條帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，中心軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)球閥本體產(chǎn)生關(guān)閉動(dòng)作[5]，在進(jìn)行關(guān)閉同時(shí)，齒條推動(dòng)內(nèi)活塞向里運(yùn)動(dòng)，將內(nèi)腔的氣體通過管路b排出。反之，閥門打開。

為了對(duì)加注系統(tǒng)運(yùn)行過程中的性能參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)，設(shè)計(jì)表1所示的加注系統(tǒng)檢測(cè)方案。

系統(tǒng)需要的主要設(shè)備有：拉繩位移傳感器、氣壓傳感器（3個(gè)）、信號(hào)記錄儀，以及信號(hào)線與電源導(dǎo)線等。三個(gè)氣壓傳感器的安裝方式如圖3所示，位移傳感器則安裝于氣路控制閥中下部的缺口處，并在系統(tǒng)正式測(cè)試前消除空回。

1.2 檢測(cè)步驟

根據(jù)加注系統(tǒng)檢測(cè)的方案設(shè)計(jì)進(jìn)行檢測(cè)，具體步驟如下：

①通過軟件設(shè)置好信號(hào)曲線，將曲線下載給信號(hào)控制系統(tǒng)，信號(hào)控制系統(tǒng)對(duì)定位器輸出階躍信號(hào)；

②定位器將電信號(hào)轉(zhuǎn)成相應(yīng)的氣信號(hào)給氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)閥芯組件做90°轉(zhuǎn)角運(yùn)動(dòng)（直行程做上下直線運(yùn)動(dòng)），使閥門開啟或關(guān)閉；

③在閥門開啟或關(guān)閉的過程中，信號(hào)控制系統(tǒng)按大于50Hz的頻率不斷地采集壓力傳感器和定位器的閥位反饋的信號(hào)。

試驗(yàn)過程中，各項(xiàng)數(shù)據(jù)通過軟件在曲線上直接提取，并生成報(bào)告。

2 檢測(cè)結(jié)果及分析

通過運(yùn)行該檢測(cè)系統(tǒng)，采集4路傳感器的信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行濾波去掉噪聲，以球閥旋轉(zhuǎn)的角度為橫坐標(biāo)，以進(jìn)出氣口壓力為縱坐標(biāo)，則球閥的壓力-時(shí)間曲線如圖4所示。

圖4反應(yīng)了球閥在開啟和關(guān)閉全過程中，進(jìn)氣口壓力變化曲線。球閥開啟過程：球閥在開啟前，球閥轉(zhuǎn)動(dòng)角度保持在0度，進(jìn)氣口壓力在二位五通閥的控制下由0逐漸增加到大約4兆帕即球閥開啟拐點(diǎn)，進(jìn)氣口提供開啟動(dòng)力；經(jīng)過拐點(diǎn)后球閥開始逐漸打開角度逐漸變大，而進(jìn)氣口壓力稍微降低但總體變化不大，直至角度越過穩(wěn)定值85.02°撞擊到限位器上再回彈至穩(wěn)定角度，整個(gè)回彈過程轉(zhuǎn)角過沖量為4.98°；經(jīng)歷了過沖過程后，球閥開啟到位且角度穩(wěn)定不變，而進(jìn)氣口壓力仍在增加直至5兆帕氣源壓力值。球閥關(guān)閉過程：球閥在關(guān)閉前，球閥轉(zhuǎn)動(dòng)角度穩(wěn)定在85.02°，進(jìn)氣口壓力在二位五通閥的作用下由5兆帕逐漸減少到大約1兆帕即球閥關(guān)閉拐點(diǎn)；經(jīng)過拐點(diǎn)后球閥開始逐漸關(guān)閉角度逐漸變小，而進(jìn)氣口壓力基本不變，直至角度越過穩(wěn)定值0.04°撞擊到限位器上再回彈至穩(wěn)定角度，整個(gè)回彈過程轉(zhuǎn)角過沖量為2.21°；經(jīng)歷了過沖過程后，球閥關(guān)閉到位且角度穩(wěn)定不變，而進(jìn)氣口壓力仍在減少直至0兆帕。整個(gè)過程通過圖4可以獲得球閥開關(guān)進(jìn)氣口壓差均值為2.7609兆帕，球閥轉(zhuǎn)角穩(wěn)定值為0.04°、85.02°，轉(zhuǎn)角過沖量為4.98°、2.21°。

為了進(jìn)一步研究球閥工作過程中的參數(shù)反映的工作狀態(tài)變化，設(shè)置帶執(zhí)行端和不帶執(zhí)行端兩種球閥，并研究球閥工作狀態(tài)變化對(duì)球閥進(jìn)出口壓力的影響。

圖5中兩球閥的進(jìn)氣口、出氣口壓力差與角度曲線上的開關(guān)閉過沖量，用于評(píng)價(jià)球閥開閉工作性能穩(wěn)定性。帶執(zhí)行端球閥通過曲線反應(yīng)的過沖量較大，而右側(cè)不帶執(zhí)行端的球閥過沖量較小，說明執(zhí)行端對(duì)開閉工作性能穩(wěn)定性有一定的影響，執(zhí)行端對(duì)系統(tǒng)慣性有一定的影。

利用不同球閥做相應(yīng)的試驗(yàn)，獲得球閥的進(jìn)出氣口壓力差—時(shí)間曲線，如圖6所示。整個(gè)曲線相比較，第二個(gè)球閥較為扁窄，說明第二個(gè)球閥的開啟和關(guān)閉力矩不大。試驗(yàn)實(shí)際恰恰如此，在對(duì)第二個(gè)球閥進(jìn)行測(cè)試的過程中，在球閥的下端并未接執(zhí)行關(guān)閉機(jī)構(gòu)，所以阻力較小，通過曲線也證明該點(diǎn)。根據(jù)球閥開閉阻力矩值，評(píng)價(jià)球閥磨損程度和阻滯（積垢）程度。通過這兩個(gè)曲線的對(duì)比，說明如果針對(duì)同一球閥在使用過程不同時(shí)期對(duì)其測(cè)試，壓力差角度曲線中間越來越寬，說明球閥阻力越來越大，在球閥使用條件不變的情況下說明球閥使用質(zhì)量在退化，可能是球閥執(zhí)行端銹蝕、結(jié)晶等原因造成卡滯。因此，通過該曲線的寬窄變化可以反映球閥的使用狀態(tài)質(zhì)量的情況。

3 結(jié)論

本文研究了加注系統(tǒng)狀態(tài)信息獲取方法，提出了穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)特征相融合的高壓氣動(dòng)球閥開閉性能檢測(cè)與評(píng)價(jià)方法，為發(fā)射場(chǎng)故障檢測(cè)及發(fā)射保障提供了有力的支持，希望能對(duì)今后發(fā)射場(chǎng)工作提供有力支持。

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