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        航空潤滑油大流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的研制*

        2015-06-09 20:20:13信彥峰桑培勇賈正紅卜慶娟
        計量技術(shù) 2015年7期
        關(guān)鍵詞:換向器變溫油液

        信彥峰 桑培勇 賈正紅 卜慶娟

        (國防科技工業(yè)4113二級計量站,新鄉(xiāng) 453049)

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        航空潤滑油大流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的研制*

        信彥峰 桑培勇 賈正紅 卜慶娟

        (國防科技工業(yè)4113二級計量站,新鄉(xiāng) 453049)

        航空潤滑油大流量標(biāo)準(zhǔn)裝置采用靜態(tài)質(zhì)量法工作原理和變溫變粘度方法,可變粘度范圍寬,準(zhǔn)確度高。簡要介紹了航空潤滑油大流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的原理、構(gòu)成,對裝置主要子系統(tǒng)設(shè)計方案進行了闡述。該裝置實際應(yīng)用效果良好。

        航空潤滑油;大流量;標(biāo)準(zhǔn)裝置;變粘度

        0 引言

        我站作為國防科技工業(yè)專業(yè)流量計量站于2010年成功研制4050號航空潤滑油大流量標(biāo)準(zhǔn)裝置,是目前國內(nèi)最大的航空潤滑油流量標(biāo)準(zhǔn)裝置,流量范圍達(dá)到0.04~80m3/h,擴展不確定度優(yōu)于0.05%(k=2);裝置最大技術(shù)特點在于采用介質(zhì)變溫手段實現(xiàn)了介質(zhì)變粘度功能,變溫范圍:-20~130℃,粘度變化范圍(3~1000)×10-6m2/s。裝置建成后已為國防軍工、民航及高校等行業(yè)提供了近千次的測試服務(wù),裝置運行狀態(tài)良好,應(yīng)用前景廣闊。由于目前國內(nèi)同類裝置還很少,在此將裝置大致設(shè)計方案與大家交流探討。

        1 裝置工作原理

        裝置采用靜態(tài)質(zhì)量法工作原理,結(jié)構(gòu)及原理如圖1所示。

        圖1 裝置結(jié)構(gòu)原理圖

        本裝置主要子系統(tǒng)包含:油箱系統(tǒng)、變溫系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、稱重系統(tǒng)、換向計時系統(tǒng)、管道閥門系統(tǒng)和計算機控制采集系統(tǒng)等。其工作過程為:油箱內(nèi)油液經(jīng)變溫后,由油泵抽出,經(jīng)穩(wěn)壓、整流后進入實驗管道,油液經(jīng)換向器的旁通管路循環(huán)回油箱完成循環(huán)。經(jīng)調(diào)節(jié),當(dāng)油液流量、溫度等符合要求后啟動換向器,油液進入稱重容器,換向器光電開關(guān)同步觸發(fā)計時器開始計時,當(dāng)達(dá)到所需要的稱量值時,再次啟動換向器,使油液進入旁通管路流回油箱,計時器同時停止計時。此時,采集秤的讀數(shù)m和時間t,即可計算出流經(jīng)待校流量計的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量流量qm。計算公式如下:

        (1)

        式中:qm為瞬時質(zhì)量流量,kg/s;m為測量時間內(nèi)稱量容器內(nèi)的液體質(zhì)量示值,kg;t為測量時間,s;Cf為浮力修正系數(shù)。

        2 技術(shù)方案

        2.1 變溫系統(tǒng)設(shè)計

        裝置采用了變溫方法實現(xiàn)了裝置流體的變粘度功能,可變粘度范圍寬且可反復(fù)進行。變溫系統(tǒng)也是本裝置最大的創(chuàng)新點,特別是低溫液體流量標(biāo)準(zhǔn),國內(nèi)極少應(yīng)用。裝置變溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。

        圖2 油液變溫系統(tǒng)布局圖

        裝置用4050號航空潤滑油物理性能大致如下:

        1)比熱容:20℃時,1816J/(kg·℃),35℃時,1648 J/(kg·℃);

        2)導(dǎo)熱系數(shù):50℃時,0.152W/(m·℃)。

        3)制冷系統(tǒng):按照將1500kg航空潤滑油(4050號)在6h內(nèi)從常溫(25℃左右)冷卻至-40℃指標(biāo)設(shè)計。經(jīng)計算需冷量約為20kW。實際選配了煙臺產(chǎn)低溫冷水機組(型號:LSLG-4000W)一臺,在上述工況下的產(chǎn)冷量為26.1kW。該制冷機組采用四組進口螺桿壓縮機,通過四組壓縮機的分別啟停實現(xiàn)溫度控制,制冷效果較好(低溫達(dá)到-20℃以下),但溫控精度不高(±3℃左右)。如果經(jīng)費條件允許可考慮采用溫控精度更高的變頻壓縮機組。

        4)加熱系統(tǒng):采用電加熱管直接加熱,溫度控制由溫控器通過PID智能可控硅溫度控制。經(jīng)計算確定電加熱器功率。采用了鹽城產(chǎn)40kW電加熱器,實際使用加熱效率高,溫控精度較高(±2℃以內(nèi))。

        另外,為節(jié)能和提高效率,如圖2所示裝置采用了強制循環(huán)方法提高熱交換效率,且采用旁通循環(huán)變溫以減少熱量損失;油箱內(nèi)部用隔板一分為二,兩腔容積比約1:2,可通過閥門組的切換實現(xiàn)對兩個分油箱內(nèi)油液進行分別變溫,以滿足不同流量實驗要求,實際變溫效率大大提高。

        2.2 換向系統(tǒng)設(shè)計

        同步快速換向系統(tǒng)(換向器)是使油液在旁通管路和稱重油箱間轉(zhuǎn)換的機構(gòu),也是影響系統(tǒng)準(zhǔn)確度的主要因素之一。要求其動作靈敏,換向靈活,無介質(zhì)飛濺和泄漏,正程和回程時間差盡量小(一般不應(yīng)超過0.02s)。考慮到安全及減少揮發(fā)等因素,裝置采用3套口徑分別為DN15、DN40、DN100的閉式氣動換向器。

        本裝置設(shè)計了一種換向時間可調(diào)節(jié)的換向系統(tǒng)。該換向系統(tǒng)主要包括換向器主體、電磁閥、驅(qū)動氣缸、調(diào)節(jié)閥等。其工作原理如圖3所示。

        1.驅(qū)動氣缸;2.換向器;3.電磁閥;4.調(diào)節(jié)閥;5.調(diào)節(jié)閥圖3 可調(diào)節(jié)換向系統(tǒng)工作原理圖

        具體實施方式:換向系統(tǒng)采用氣動驅(qū)動方式,其中二位五通電磁閥3是壓縮空氣的進氣換向閥,在二位五通電磁閥的R出口和S出口分別安裝調(diào)節(jié)閥4和調(diào)節(jié)閥5,兩個調(diào)節(jié)閥門分別位于不同的氣體回路上,因此它們之間的調(diào)節(jié)是互相獨立、互相不干擾的。驅(qū)動氣缸1和換向器2共用一根主軸和底座,因此通過調(diào)節(jié)兩個氣路閥門即可實現(xiàn)換向系統(tǒng)換向時間的精準(zhǔn)調(diào)節(jié),實現(xiàn)換向系統(tǒng)的高精度換向。

        2.3 動力系統(tǒng)設(shè)計

        2.3.1 油泵系統(tǒng)

        油泵的性能直接影響裝置的整體性能。選擇油泵的主要考慮因素為系統(tǒng)的流量范圍、介質(zhì)性質(zhì)、工作溫度范圍及輸出流量的穩(wěn)定性等。對于本項目而言,選擇的油泵最大流量應(yīng)大于80m3/h,油泵所有構(gòu)件特別是密封件要耐油蝕、耐高低溫(-20~150℃),適用于高粘度(1000×10-6m2/s以上)。同時,輸出的流量要穩(wěn)定。根據(jù)系統(tǒng)要求,項目選用的三臺油泵的主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

        表1 油泵技術(shù)性能表

        其中雙螺桿泵屬于容積式泵,具有耐溫、適用高粘度及流量穩(wěn)定的優(yōu)點,但成本較高。離心泵具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、耐高溫、閥門調(diào)節(jié)性好等優(yōu)點。此外,在油泵的安裝調(diào)試過程中,我們注意到:油泵在高粘度、大流量下工作時通常吸程有限,嚴(yán)重時會造成出口壓力、流量劇烈波動,甚至抽真空混入氣泡。因此進口管道設(shè)計盡量短而直,且油泵中心盡量低于儲油面,以改善進口工作條件。油泵入口如果裝有過濾器,選擇過流面積要大(大于3DN)。

        2.3.2 流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)

        本裝置采用變頻器+三相異步電動機+電動閥門的調(diào)速方法對裝置流量進行調(diào)節(jié)。其中采用變頻調(diào)節(jié)可調(diào)范圍寬,可省去電機軟啟動裝置,且節(jié)能降耗、降噪作用顯著。配合采用電動V型調(diào)節(jié)球閥,實際調(diào)整效果良好。

        2.4 稱量系統(tǒng)的設(shè)計

        裝置采用高精度電子秤作為稱量器具,不但準(zhǔn)確度高,而且RS232接口便于數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)自動化。本裝置稱重部分采用三個可切換稱重臺位,滿足寬量程需要。根據(jù)裝置流量范圍,以最短測量時間30s確定稱量,我們選用了量程1500kg、150kg、6kg梅特勒電子秤,分度值d分別為10g、1g及0.1g。經(jīng)測試三臺電子秤的準(zhǔn)確度均優(yōu)于0.02%。

        3 小結(jié)

        航空潤滑油大流量標(biāo)準(zhǔn)裝置建成后滿足了國防科技工業(yè)對高粘度油品流量儀表計量的需求,尤其通過變溫能模擬流量儀表的實際工作狀態(tài),最大程度地保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。同時,裝置采用變溫變粘度方法不同于國家計量院的油品混合變粘度方法,為流量計量行業(yè)開展變粘度研究提供了另一種試驗手段。裝置運行狀態(tài)良好,后續(xù)工作思路包括:采用更好的保溫措施使變溫實驗更加節(jié)能高效;推進建標(biāo)工作,以提供更加廣泛的檢定、校準(zhǔn)服務(wù);開展更多的變溫、變粘度試驗研究,為理論研究提供更多的實驗數(shù)據(jù)。

        [1] 蘇彥勛,李金海.流量計量.北京:中國計量出版社,1991

        [2] 段慧明,翟秀貞.液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置.北京:中國計量出版社,2000

        [3] 仝衛(wèi)國,李國光,蘇杰.計量測試技術(shù).北京:中國計量出版社,2006

        [4] 蘇彥勛,梁國偉,盛健.流量計量與測試.北京:中國計量出版社,2007

        [5] 信彥峰,賈正紅,桑培勇.液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置換向器的一種調(diào)整方法[J].計量技術(shù),2012,(7):74-76

        國防軍工計量“十一五”科研計劃項目(A11403104)

        10.3969/j.issn.1000-0771.2015.07.06

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