王俊濤++巴曉玉++姜雷++劉淞寧

摘要：燃氣輪機葉片水流量測量機是一種燃氣輪機透平葉片的內(nèi)部型腔結(jié)構(gòu)采用水流量測量進行測量檢測的裝置及方法。在航空發(fā)動機和地面燃氣輪機的設(shè)計中，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)計的改進，因而渦輪透平葉片的冷卻設(shè)計及冷卻效果試驗也在不斷完善。現(xiàn)有的檢測渦輪葉片水流量的裝置不能夠同時滿足上述兩點要求，無法進行燃氣輪機透平葉片水流量的測量。因此，立項進行設(shè)計研制了設(shè)備燃氣輪機透平葉片水流量測量機。

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；液位傳感器

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

中圖分類號：TK474.8 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）36-0114-02

0 引言

燃氣輪機透平葉片水流量測量機是一種燃氣輪機透平冷卻葉片采用水流量測量進行測量檢測的裝置及方法。尤其重型燃氣輪機透平葉片，葉片尺寸大，要求試驗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；其試驗要求的壓力比其它發(fā)動機渦輪葉片水流量試驗時的壓力低得多，為0.02MPa，脈動可達到0.002MPa。它是采用高位水箱給葉片試驗、檢測提供水介質(zhì)，通過可選擇品種的各種流量計傳感器、PLC可編程序控制器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行電氣控制和數(shù)據(jù)采集、運算、處理，用打印機打印測試數(shù)據(jù)，并通過PC監(jiān)測機及顯示器組態(tài)模擬實施顯示。經(jīng)過試驗、檢測投產(chǎn)運行，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、性能指標(biāo)完全達到生產(chǎn)工藝要求，解決了大型葉片型腔的無法檢測的問題，提供了大型葉片型腔結(jié)構(gòu)的檢測設(shè)備、方式及方法，以及工藝生產(chǎn)檢測所需要的技術(shù)數(shù)據(jù)保存、存儲、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)計原理

1.1 設(shè)計要求

①根據(jù)葉片種類要求2種測量類型：Φ15、Φ25。

②每次測量時間（周期）：1min。

③采用上位PC機進行現(xiàn)場設(shè)備實時狀態(tài)模擬動畫顯示、g/s、g/min實時數(shù)據(jù)顯示。

④操作者數(shù)據(jù)輸入、測量數(shù)據(jù)打印輸出。

⑤流量檢測精度：±0.2%。

1.2 系統(tǒng)組成及原理

1.2.1 測量裝置機械結(jié)構(gòu)組成及原理

該測量裝置機械系統(tǒng)包括高位水箱、下水箱、水泵、液位計、電磁流量計、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，用于測量水位高度，通過計算機數(shù)據(jù)處理進行模擬顯示及數(shù)據(jù)存儲；其高度用來保證試驗所需要的壓力，并設(shè)計成高度可調(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下水箱用于試驗存儲及供水。下水箱通過水泵、過濾器、各種閥門、電動閥門及管路系統(tǒng)為上水箱提供檢測用的水源。

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、回水閥及水管、葉片卡具連接被測量的葉片。在卡具的出水口前端安裝有壓力表，用于測量達到葉片的水的壓力，根據(jù)此壓力調(diào)整上水箱的水位高度。

⑤電磁流量計用于測量水的流量，是該系統(tǒng)地關(guān)鍵部件。采用德國E+H公司PROMAG53W系列的電磁流量計。根據(jù)葉片行腔大小設(shè)計兩路獨立測量系統(tǒng)，可以根據(jù)實際測量物件進行自動選擇。流量計獲得的水流量數(shù)據(jù)傳送到計算機，經(jīng)過運算進行數(shù)據(jù)處理保存，并實時顯示。

⑥被測葉片通過工作臺上的葉片卡具進行裝卡，并通過卡具的回水口連接到下水箱，完成整個工作循環(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、液位計、A/D轉(zhuǎn)換器、主計算機、操作箱、控制柜、打印機等。endprint

操作箱用于操作控制，操作者可以進行方式選擇、啟動、停止及運行狀態(tài)顯示監(jiān)測等。各種控制、數(shù)據(jù)信號分別通過PLC進行數(shù)據(jù)處理和邏輯控制，并提供給計算機進行狀態(tài)顯示及存儲打印。其執(zhí)行機構(gòu)包括3個電動閥門、1個水泵電機。3個電動閥門分別是1個進水電動閥（總）、2個回水電動閥，用以控制上水、測量、放水、方式選擇等。其中，由于被測葉片種類不同，相互間流量值變化很大，為保證測試精度，采用兩種規(guī)格的電磁流量計獨立分開測量，通過兩個獨立的回水電動閥進行兩種流量測量的選擇。并具有動作狀態(tài)指示。

該測量裝置采用PLC控制器對測量數(shù)據(jù)進行采集運算、邏輯控制、操作處理、顯示、故障狀態(tài)顯示，且能夠用打印機測試數(shù)據(jù)；利用計算機課實時顯示出試驗數(shù)據(jù)；包括流量數(shù)據(jù)的克/秒、克/分、時間，現(xiàn)場實時動態(tài)模擬，操作數(shù)據(jù)輸入：包括葉片零件號、批次號、操作者，并通過打印機打印。

2 水流量檢測工作邏輯流程

該測量系統(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工作正常的情況下，無任何報警信號指示時，啟動水泵電機，水泵從下水箱抽水加壓，下水箱中的水經(jīng)第一電動閥和進水閥進入上水箱，當(dāng)上水箱的水位的水壓達到設(shè)定值時，液位計發(fā)出信號，表示系統(tǒng)可以開始測量。

選擇葉片種類的測量方式，即“品種1”、“品種2”，啟動對應(yīng)的電動閥——回水閥，水經(jīng)過電磁流量計和標(biāo)準(zhǔn)葉片流回下水箱。此時檢查壓力表數(shù)值是否達到工藝要求的數(shù)據(jù)，如有誤差，必須對上水箱的溢流閥位置進行反復(fù)調(diào)整，直到壓力達到標(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。按下測試按鈕開始計量，通過電磁流量計測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)進行運算處理和存儲，由顯示器顯示這些數(shù)據(jù)并由打印機打印出來。當(dāng)一分鐘測試完成后，電動閥自動關(guān)閉，第一電動閥換向，水直接流回下水箱，上水箱的水位保持不變。

檢驗被測數(shù)據(jù)是否符合標(biāo)準(zhǔn)葉片標(biāo)定值，若符合，結(jié)束測試，將水泵停止，清理水箱。或者完成一分鐘測試后，繼續(xù)更換葉片，再進行連續(xù)測量，開始新的測試工作。測試期間，為便于工人觀測，計算機始終監(jiān)測并模擬顯示整個系統(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”是運行于Microsoft Windows XP/NT中文平臺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)，實現(xiàn)了實時多任務(wù)，軟件運行穩(wěn)定可靠。我們可以通過簡單的模塊組合工作，就可實現(xiàn)所需的軟件功能。它將人機界面、硬件通訊、數(shù)據(jù)庫、趨勢曲線、報表、報警以及網(wǎng)絡(luò)功能集成為一個個的功能模塊，根據(jù)用戶需求進行豐富的設(shè)計。

4 結(jié)論

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

參考文獻：

[1]電氣設(shè)計手冊[M].科技出版社.

[2]CQMA1H軟件編程手冊[M].上海OMRON.

[3]別路，陳墾，杜炳銳.集流式電磁流量組合測井的應(yīng)用[J].價值工程，2012（07）.endprint