0 引言

        燃?xì)廨啓C(jī)透平葉片水流量測量機(jī)是一種燃?xì)廨啓C(jī)透平冷卻葉片采用水流量測量進(jìn)行測量檢測的裝置及方法。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)動機(jī)渦輪葉片水流量試驗(yàn)時的壓力低得多，為0.02MPa，脈動可達(dá)到 0.002MPa。它是采用高位水箱給葉片試驗(yàn)、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(jìn)行電氣控制和數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算、處理，用打印機(jī)打印測試數(shù)據(jù)，并通過 PC 監(jiān)測機(jī)及顯示器組態(tài)模擬實(shí)施顯示。經(jīng)過試驗(yàn)、檢測投產(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(jī)進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)備實(shí)時狀態(tài)模擬動畫顯示、g/s、g/min 實(shí)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(jī)械結(jié)構(gòu)組成及原理

        該測量裝置機(jī)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(jī)數(shù)據(jù)處理進(jìn)行模擬顯示及數(shù)據(jù)存儲；其高度用來保證試驗(yàn)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(yàn)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(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(dú)立測量系統(tǒng)，可以根據(jù)實(shí)際測量物件進(jìn)行自動選擇。流量計獲得的水流量數(shù)據(jù)傳送到計算機(jī)，經(jīng)過運(yùn)算進(jìn)行數(shù)據(jù)處理保存，并實(shí)時顯示。

        ⑥被測葉片通過工作臺上的葉片卡具進(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(jī)、操作箱、控制柜、打印機(jī)等。

 

        操作箱用于操作控制，操作者可以進(jìn)行方式選擇、啟動、停止及運(yùn)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(jìn)行數(shù)據(jù)處理和邏輯控制，并提供給計算機(jī)進(jìn)行狀態(tài)顯示及存儲打印。其執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括 3 個電動閥門、1個水泵電機(jī)。3 個電動閥門分別是 1 個進(jìn)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(dú)立分開測量，通過兩個獨(dú)立的回水電動閥進(jìn)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(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)測試數(shù)據(jù)；利用計算機(jī)課實(shí)時顯示出試驗(yàn)數(shù)據(jù)；包括流量數(shù)據(jù)的克/秒、克/分、時間，現(xiàn)場實(shí)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(jī)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(jī)，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(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，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(dá)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(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(jìn)行運(yùn)算處理和存儲，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(yàn)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(jìn)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(jī)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(yùn)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(shí)現(xiàn)了實(shí)時多任務(wù)，軟件運(yùn)行穩(wěn)定可靠。我們可以通過簡單的模塊組合工作，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、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(jìn)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(jìn)行高位水箱檢測葉片行腔結(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)簡單、方便，水流量十分穩(wěn)定無波動，易于維護(hù)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(jìn)性，其性能也穩(wěn)定可靠。

 

編輯：電磁流量計

版權(quán)：中國航發(fā)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)集團(tuán)有限責(zé)任公司  王俊濤 WANG Jun-tao ；巴曉玉 BA Xiao-yu ；姜雷 JIANG Lei ；劉淞寧 LIU Song-ning

轉(zhuǎn)載本文請注明網(wǎng)址和原文作者版權(quán)