袁紅會，姚曉穎，姜雷

(中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責任公司，遼寧 沈陽 110043)

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某型機葉片水流量控制系統(tǒng)的開發(fā)和應用

袁紅會，姚曉穎，姜雷

(中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責任公司，遼寧 沈陽 110043)

摘要：為檢測某型發(fā)動機高、高/低導葉片水流量，開發(fā)了葉片水流量控制系統(tǒng)，采用手動/自動兩種控制方式實現(xiàn)水流量控制。詳細介紹了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)原理及系統(tǒng)應用。通過驗證，系統(tǒng)能夠克服原控制系統(tǒng)存在的弊端，滿足現(xiàn)場工藝要求，大大提高了工作效率。

關(guān)鍵詞：飛機；發(fā)動機；葉片檢測；水流量；

0引言

葉片水流量試驗是葉片檢測的重要工序，是葉片檢測的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，關(guān)系到葉片氣孔的冷卻性能是否滿足繼續(xù)裝配試車的工藝要求。伴隨著公司大修生產(chǎn)任務的增加，現(xiàn)有的水流量試驗控制設(shè)備存在著諸多弊端：1) 一次只測量一片葉片，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)單機存儲，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。為此，設(shè)計開發(fā)了葉片水流量試驗控制系統(tǒng)，采用手動/自動兩種控制方式實現(xiàn)水流量控制，手動控制方式通過電氣操作面板實現(xiàn)，自動控制方式通過在計算機中安裝LabVIEW軟件，編寫系統(tǒng)操作界面及軟件控制程序?qū)崿F(xiàn)。

新開發(fā)系統(tǒng)兼容性高，能對三種不同規(guī)格型號的葉片(高渦工作葉片，高、低導向葉片)進行水流量試驗控制，大大提高了葉片水流量試驗效率；同時軟件可以采集、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、導入、保存、查詢、配臺和串臺等功能。

1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用手動/自動控制方式，兩種控制方式相互獨立，優(yōu)勢互補；手動方式下，通過操作電氣操作面板上的控制按鈕來實現(xiàn)水流量試驗；自動控制方式下，采用程序控制，硬件選用工控機、數(shù)據(jù)采集卡，軟件采用LabVIEW軟件開發(fā)平臺，通過計算機控制實現(xiàn)水流量試驗。

根據(jù)系統(tǒng)應用需求，系統(tǒng)包含的標準儀器有：計算機、數(shù)據(jù)采集卡(PCI-6528)、接線盒(SCB-100)、執(zhí)行元件(繼電器、接觸器、電磁閥和指示燈)及控制線纜構(gòu)成。

模擬量信號傳輸由計算機、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)實施

2.1　電氣操作面板

按照設(shè)計要求，操作面板具備高渦，高/低導葉片流量顯示表，溫度表檢測水箱溫度。手動操作時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

水流量試驗需要在一定的試驗壓力范圍內(nèi)進行，系統(tǒng)采用變頻器進行調(diào)速實現(xiàn)試驗壓力的自動調(diào)節(jié)。將安裝在管路上的壓力變送器輸出的4～20mA的電流信號作為反饋信號輸入到變頻器中，試驗壓力的目標值直接在變頻器中設(shè)定，通過在變頻器中設(shè)置相應的功能參數(shù)，進行PI調(diào)節(jié)，實時控制電機的轉(zhuǎn)速，從而實現(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的順利進行。系統(tǒng)主電路原理如圖3所示。

圖3　系統(tǒng)主電路原理

手動控制下，將手/自動切換旋鈕SA1旋轉(zhuǎn)到手動位置，通過電氣操作面板上的指令控制按鈕完成對高渦泵、高低導泵、高低導進水閥、換向閥及計量啟?？刂?，從而完成葉片高渦、高/低導水流量試驗控制。

圖4　系統(tǒng)控制回路原理

自動控制下，將手/自動切換旋鈕旋SA1轉(zhuǎn)到自動位置，通過系統(tǒng)軟件設(shè)計實現(xiàn)水流量試驗控制。開關(guān)量控制信號通過編寫LabVIEW程序由計算機輸出到數(shù)據(jù)采集卡，通過信號電纜輸入到接線盒(SCB-100)，完成對高渦、高低導泵、進水閥的啟?？刂埔约坝嬃繂涌刂?。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、壓力物理信號轉(zhuǎn)換成4-20 mA的標準電流信號，然后此信號經(jīng)隔離配電器WP-6233送至PCI-6238數(shù)據(jù)采集卡進行采集。在上位機LabVIEW軟件中進行處理分析，包括數(shù)據(jù)的平均值濾波、計算、實時顯示、保存、查詢等。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測試軟件和硬件配置支持。

對系統(tǒng)而言，由于現(xiàn)場8路傳感器輸出均為4mA-20mA的電流信號，所以采用PCI-6238數(shù)據(jù)采集卡及相關(guān)附件完全能夠滿足水流量的數(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，工業(yè)級24 V邏輯閥值。針對本系統(tǒng)的現(xiàn)場控制信號為10路輸出，5路輸入，從DIO點數(shù)需求及驅(qū)動能力上選用PCI-6528及相關(guān)附件能夠滿足現(xiàn)場的控制要求。

需要注意的是在接線盒SCB-100上有6個開關(guān)，針對不同的功能板卡開關(guān)的位置設(shè)置是不同的，要根據(jù)所需測量功能進行正確的設(shè)置，否則會造成控制功能紊亂，嚴重的甚至會導致數(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言，在數(shù)據(jù)采集、儀器控制、測量分析與數(shù)據(jù)顯示方面具有明顯的優(yōu)勢，能為各種應用提供必要的開發(fā)工具，內(nèi)含豐富的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)信號分析以及控制等子程序，用戶利用創(chuàng)建和調(diào)用子程序的方法編寫程序，使創(chuàng)建的程序模塊化，易于調(diào)試、理解和維護，而且程序編程簡單、直觀。

因此，系統(tǒng)采用LabVIEW軟件平臺開發(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NI公司的PCI-6528和PCI-6238，實現(xiàn)水流量試驗設(shè)備信號的控制和數(shù)據(jù)采集。高渦工作葉片水流量試驗軟件設(shè)計流程如圖6所示。當啟動采集卡進行多緩沖連續(xù)數(shù)據(jù)采集時，可以隨時啟動數(shù)據(jù)保存按鈕進行數(shù)據(jù)保存。高、低導導向葉片水流量試驗流程與高渦葉片相似。

圖6　高渦工作葉片水流量試驗軟件流程圖

3系統(tǒng)功能驗證

系統(tǒng)實現(xiàn)了高渦(高導、低導)工作葉片數(shù)據(jù)錄入、水流量采集、配臺、串臺、設(shè)備穩(wěn)定性試驗等功能，下面以高渦葉片測量為例對系統(tǒng)的功能進行驗證和說明。

3.1　水流量數(shù)據(jù)采集

葉片水流量控制系統(tǒng)實現(xiàn)了高渦泵的啟?？刂?、計量啟動控制、超壓、超差報警指示以及試驗壓力、溫度及流量數(shù)據(jù)監(jiān)測功能。

系統(tǒng)實現(xiàn)了累積流量數(shù)據(jù)進行計算和分析，將合格的葉片數(shù)據(jù)信息保存在ORACLE數(shù)據(jù)庫合格表中，報廢的葉片數(shù)據(jù)信息保存在ORACLE數(shù)據(jù)庫報廢表中。

操作過程說明：在左邊的時間文本框和選擇文本框中輸入和選擇相應的文本信息，按下高渦泵啟動按扭，啟動高渦泵，按下計量1按扭、計量2按扭，待計時結(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)自動保存在數(shù)據(jù)庫中，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

系統(tǒng)實現(xiàn)了在高渦工作葉片配臺界面輸入發(fā)動機號、任務號、爐號，則將合格的葉片數(shù)據(jù)信息查詢出來，能將查詢結(jié)果顯示在表格中。在去向任務號、發(fā)動機號、試車類型及次數(shù)文本框中輸入相應信息，點擊“正常配臺”按鈕，如果顯示高渦72片工作葉片都是合格的，則完成配臺功能。軟件還能對葉片數(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

如果系統(tǒng)的高渦葉片配臺界面中顯示的葉片信息少于72片，說明配臺沒有成功，需要在串臺界面中選擇所需要的發(fā)動機葉片重新進行配臺。軟件串臺界面實現(xiàn)了查詢功能，能將查詢結(jié)果顯示在表格中。

系統(tǒng)實現(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)添加到相應配臺界面表格中指定的列，且在配臺界面表格中的最后一行追加，進行再次配臺，直至配臺成功，操作界面見圖9所示。

圖9　高渦工作葉片串臺界面

4結(jié)語

根據(jù)現(xiàn)場的工藝技術(shù)要求，設(shè)計開發(fā)了一套包含手動/自動控制方式的葉片水流量試驗控制系統(tǒng)，具有操作簡單、界面友好、實時數(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)能對三種不同規(guī)格的葉片進行水流量試驗，并對數(shù)據(jù)進行實時顯示、計算、保存和查詢，滿足了現(xiàn)場的工藝技術(shù)要求。

系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試，已應用于現(xiàn)場進行發(fā)動機葉片水流量試驗與控制，極大的提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，為發(fā)動機的裝配和試車有序進行提供了強有力保證。

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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

中圖分類號：V231.3;TP273

文獻標志碼：B

文章編號：1671-5276(2015)02-0188-04

作者簡介：袁紅會(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)計工作。

收稿日期：2013-12-24