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，通過可選擇品種的各種流量計傳感器、PLC 可編程序控制器、數據采集系統進行電氣控制和數據采集、運算、處理，用打印機打印測試數據，并通過 PC 監測機及顯示器組態模擬實施顯示。經過試驗、檢測投產運行，狀態良好，水液壓力和流量穩定。該設備控制系統、數據采集系統技術先進、性能指標完全達到生產工藝要求，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構的檢測設備、方式及方法，以及工藝生產檢測所需要的技術數據保存、存儲、輸出顯示、打印等設施和手段。

 

1 研制目標及設備的設計原理

1.1 設計要求

        ①根據葉片種類要求 2 種測量類型：Φ15、Φ25。

        ②每次測量時間（周期）：1min。

        ③采用上位 PC 機進行現場設備實時狀態模擬動畫顯示、g/s、g/min 實時數據顯示。

        ④操作者數據輸入、測量數據打印輸出。

        ⑤流量檢測精度：±0.2%。

 

1.2 系統組成及原理

1.2.1 測量裝置機械結構組成及原理

        該測量裝置機械系統包括高位水箱、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主體框架的一側安裝有扶梯，用于上部高位水箱結構的處理和操作之用。高位水箱內部安裝有液位計，用于測量水位高度，通過計算機數據處理進行模擬顯示及數據存儲；其高度用來保證試驗所需要的壓力，并設計成高度可調整結構，精確地調整靜態水位的壓力，以保證水位壓力的精確數值。

 

        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為上水箱提供檢測用的水源。

        ③高位水箱的一側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，根據供水速率的大小調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，根據此壓力調整上水箱的水位高度。

        ⑤電磁流量計用于測量水的流量，是該系統地關鍵部件。采用德國 E+H 公司 PROMAG53W 系列的電磁流量計。根據葉片行腔大小設計兩路獨立測量系統，可以根據實際測量物件進行自動選擇。流量計獲得的水流量數據傳送到計算機，經過運算進行數據處理保存，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。

 

1.2.2 電氣控制系統結構及工作原理

        電氣控制系統包括：PLC 可編程控制器、電磁流量計、液位計、A/D 轉換器、主計算機、操作箱、控制柜、打印機等。

 

        操作箱用于操作控制，操作者可以進行方式選擇、啟動、停止及運行狀態顯示監測等。各種控制、數據信號分別通過 PLC 進行數據處理和邏輯控制，并提供給計算機進行狀態顯示及存儲打印。其執行機構包括 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。并具有動作狀態指示。

 

        該測量裝置采用 PLC 控制器對測量數據進行采集運算、邏輯控制、操作處理、顯示、故障狀態顯示，且能夠用打印機測試數據；利用計算機課實時顯示出試驗數據；包括流量數據的克/秒、克/分、時間，現場實時動態模擬，操作數據輸入：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

        該測量系統所用水必須為純凈水，工作環境潔凈無塵。開始工作，首先安裝好標準葉片，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，下水箱中的水經第一電動閥和進水閥進入上水箱，當上水箱的水位的水壓達到設定值時，液位計發出信號，表示系統可以開始測量。

 

        選擇葉片種類的測量方式，即“品種 1”、 “品種 2”，啟動對應的電動閥—— — 回水閥，水經過電磁流量計和標準葉片流回下水箱。此時檢查壓力表數值是否達到工藝要求的數據，如有誤差，必須對上水箱的溢流閥位置進行反復調整，直到壓力達到標準為止，則葉片水壓正常。換下標準葉片，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），通過控制系統進行運算處理和存儲，由顯示器顯示這些數據并由打印機打印出來。當一分鐘測試完成后，電動閥自動關閉，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。檢驗被測數據是否符合標準葉片標定值，若符合，結束測試，將水泵停止，清理水箱。或者完成一分鐘測試后，繼續更換葉片，再進行連續測量，開始新的測試工作。測試期間，為便于工人觀測，計算機始終監測并模擬顯示整個系統工作變化情況。

3 數據采集系統狀態模擬顯示（圖 2 ）

        “組態王”是運行于 Microsoft Windows XP/NT 中文平臺的全中文界面的組態軟件，窗體框架結構，界面直觀易學易用。采用了多線程、COM 組件等新技術，實現了實時多任務，軟件運行穩定可靠。我們可以通過簡單的模塊組合工作，就可實現所需的軟件功能。它將人機界面、硬件通訊、數據庫、趨勢曲線、報表、報警以及網絡功能集成為一個個的功能模塊，根據用戶需求進行豐富的設計。

 

4 結論

        該水流量檢測系統采用 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構的方法，完全達到工藝指標和生產操作要求，設備結構簡單、方便，水流量十分穩定無波動，易于維護修理和操作。同時組態界面模擬狀態顯示，更加人性化，更具有先進性，其性能也穩定可靠。

 

編輯：電磁流量計

版權：中國航發沈陽黎明航空發動機集團有限責任公司  王俊濤 WANG Jun-tao ；巴曉玉 BA Xiao-yu ；姜雷 JIANG Lei ；劉淞寧 LIU Song-ning

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