CN102980616A - 一种发动机喷嘴流量精测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发动机喷嘴流量精测系统，由液压源、测控台、装卡台三部分组成，其中液压源由试验介质容器和测量装置组成，用于给系统提供具有稳定压力的试验介质；测控台由液路管路和测控系统组成，用于将液压源输出的带压试验介质平稳输送到装卡台上，并依据装卡台的压力反馈信号，使试验介质输送稳定到预定的压力值；装卡台由储液台、装卡装置及测量装置组成，用于喷嘴安装、固定，提供可靠密封和实时液流压力。本发明通过对喷嘴流量的测定，确定了喷嘴对发动机动力、燃烧充分性及稳定性的影响。本发明具有测量效率高、测量精度高和智能化程度高等优点，能够用于多种型号发动机喷嘴的流量测量。

Description

一种发动机喷嘴流量精测系统

技术领域

本发明一种发动机喷嘴流量测量系统，可用于航空、航天发动机喷嘴在指定压力作用下流量的测定。

背景技术

喷嘴的流量精度对发动机动力及燃烧的充分性及稳定性具有重要影响，在特定压力作用下通过喷嘴液体的流量能否满足设计要求和流量测量系统精度有直接关系。但现有测量系统通过手动调节流量及压力，流量测量精度较差且对操作人员的要求较高，在测量时工作噪音较大，压力波动较大，不能够精确控制，同时在测量的过程中必须依靠标准喷嘴，测量的结果只能表达所测喷嘴合格或者不合格，不能给出具体测量数值，结果也不能保存和打印，特别是压力不能够精确控制严重影响了流量测量的结果，故现有流量测量装置存在精度差、不能测定具体流量值、不便控制、噪音大等缺点。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种发动机喷嘴流量精测系统，能获得具体测量值，测量精度高，操作方便，压力稳定，所测喷嘴型号多。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括液压源、测控台及装卡台，

所述的液压源包括压力容器、差压变送器、压力变送器和截止阀，压力容器内储液并接入高压气源，差压变送器指示压力容器内的液位，压力变送器指示压力容器内的压力，压力容器输出的带压流体通过截止阀连接测控台；

所述的测控台包括截止阀、电磁阀、流量调节阀和电磁流量计；所述的带压流体进入测控台后分为两路，分别用于测流量范围为8-20L/min和0-8L/min的喷嘴，每路依次经过截止阀、电磁流量计、流量调节阀后并为一路，通过电磁阀进入装卡台；

所述的装卡台上方通过气动压紧装置形成压力密封腔，通过所述电磁阀的带压液流进入压力密封腔后经喷嘴流入装卡台储水灌中，装卡台上装有压力变送器调节流量调节阀的开度大小，以控制压力密封腔的压力稳定；通过喷嘴的流量经过电磁流量计采集和工控机处理后进行显示、存储和打印。

所述的装卡台上有两个工位，当一个工位在试验时，另一个工位则用于产品的拆卸及装卡，可大大提高工作效率。

本发明的有益效果是：

（1）本发明采用高精度流量压力测量反馈系统，通过计算机控制技术，使喷嘴的流量测量具有能获得具体测量值且精确、操作简单、效率高、应用喷嘴系列宽等特点。

（2）本发明采用高压压缩空气驱动压力容器中流体介质取代漩涡水泵驱动流体介质使整个系统的工作噪音明显降低，且输出液流压力稳定，压力波动小。

（3）本发明装卡台喷嘴放置后采用气动控制压紧密封及双工位操作结构，使喷嘴安装和取卸简单易行，工作效率很大提高。

附图说明

图1为喷嘴测试系统工作过程框图；

图2为喷嘴测试系统原理图；

图3为装卡台密封腔密封结构图；

图4为密封圈受力分析模型图；

图5为工控机测试试验流程框图；

图6为流量反馈控制原理框图；

图7为测控台操作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明的技术解决方案之一为：喷嘴流量精测系统由液压源、测控台及装卡台三部分组成，其中液压源提供系统所需液流及压力，液压源输出的带压流体通过测控台的控制阀门及压力传感器、电磁流量计，最后进入装卡台液压腔，装卡台液压腔的压力变送器与测控台电磁流量计下位的流量调节阀形成闭环控制系统，通过测控台的流量调节阀将装卡台液压腔中的压力稳定到精确值，喷嘴放置于装卡台的工装中，测控台控制的装卡台气缸输入0.5MPa的低压气体充入装卡台气缸，将喷嘴固定，当喷嘴放置完成后电磁阀打开，液体从喷嘴体上的小孔流过，通过喷嘴的流量经过测控台电磁流量计采集、工控机处理将进行显示、存储和打印。

本发明的技术解决方案之二为：液压源由压力容器、差压变送器和压力变送器、电磁阀电动球阀和截止阀组成。进行喷嘴流量测量前，容器内充入3/4容积的自来水；测量时，上部通入1MPa压力的稳定气体，其作用是初步稳定液压源压力，为测控台提供喷嘴要求的测量介质及测量压力；差压变送器用于指示压力容器液位，压力变送器用于指示压力容器内压力，其作用首先是使操作者在测控台上能够直接观察压力容器内压力及液位的变化，其次是在压力容器内压力或水位不能满足要求时，发出信号，通过测控台的控制系统和相关阀门对压力容器进行充气和加水。。

本发明的技术解决方案之三为：测控台由工控机、截止阀、电磁阀、调压阀、压力变送器、流量调节阀、电磁流量计和过滤器组成；通过工控机、阀门及压力变送器、电磁流量计对喷嘴流量的过程控制及测量，对喷嘴装卡控制，对液压源控制。喷嘴流量控制和测量系统部分，根据喷嘴流量的不同而设计的两路流量测量系统，用于不同流量范围的产品的测量，当所测流量在0-8L/min范围时，使用第一路系统；当所测流量在8-20L/min范围时，使用第二路系统。两路系统分别装有电磁流量计及流量调节阀。电磁流量计用于测量系统流量，流量调节阀则根据系统控制信号调节阀门开度，从而稳定试验压力。

本发明的技术解决方案之四为：工控机由采集卡、驱动卡、信号调理、功率放大、串口通信、串口发送、工作软件、打印机、显示器组成。

上述方案的原理是：处理部分负责气、液系统压力、流量数据采集、分析，控制气路系统内的切换电磁阀，调节液路系统内的流量调节阀，发送数据给数显仪表显示，管理部分负责接收人工控制指令，执行试验数据查询，生成和打印试验数据报表，

本发明的技术解决方案之五为：测控台流量调节与装卡台喷嘴安装处压力形成PID调节反馈环节，保证喷嘴进口压力精确维持在0.5MPa，当喷嘴进口压力大于或小于0.5MPa，通过压力反馈，进行流量调节阀的自动调节，直至喷嘴进口压力达到0.5MPa。

本发明的技术解决方案之六为：装卡台用于产品的固定安装，由气动卡具及转台组成，气动卡具用于产品的安装，并保证密封以提供喷嘴所需的工作压力。转台上有两个工位，当一个工位在试验时，另一个工位则用于产品的拆卸及装卡，可大大提高工作效率。

本发明的技术解决方案之七为：喷嘴装卡结构采用橡胶圈的串、并联结和结构，根据装卡台密封结构图4分析：喷嘴装卡时，各个密封圈受力可视为2#件与3#件密封圈并联，同时与4#件和5#件密封圈串联，最后与1#件密封圈并联，见图4；通过结构关系匹配，保证橡胶压缩量范围为17%～33%，满足装卡台喷嘴密封要求。

如图1所示，喷嘴测试系统由液压源、测控台、装卡台三部分组成。如图2所示液压源进口接水源及高压空气、液压源出口接截止阀K3。K3出口带压液流进入测控台后分两路，一路用于测流量范围为8-20L/min的喷嘴，另一路用于测流量范围为0-8L/min的喷嘴。两路不能同时工作，流量测量时一路导通，另一路关断，最后经控制电磁阀B5进入装卡台。装卡台上方通过气动压紧装置用于形成喷嘴压力密封腔，工作时，通过电磁阀B5的液流进入带压密封腔后经喷嘴孔流出，装卡台上装有压力变送器P4用于作为闭环系统中的流量调节阀开度大小调节，以控制装卡台内密封腔的压力稳定。最后通过喷嘴液流进入装卡台储水灌中。整个系统的显示、测量、计数、控制等功能通过工控机完成。

如图2液压源部分所示，液压源主要由压力容器、差压变送器YW、压力变送器P3、安全阀A1、电动球阀DQ和截止阀K2组成。进行喷嘴流量测量时，容器上部通入稳定的压缩气体，下部为测量介质，其目的为稳定液压源压力，并向系统提供喷嘴要求的测量介质及测量压力。差压变送器用于液位指示，液压源通过控制系统和相关阀门进行放气和加水。压力变送器用于指示容器内压力，使操作者在测控台上就能观察容器内压力及液位的变化。

如图2测控台部分所示，由于测控台是针对喷嘴系列的流量测量，流量调节阀不全是在全开状态下工作，同时管路的流量并不能满足喷嘴系列额定压力下的流量要求。因此管路中增加了流量调节阀HC1、HC2，如图1所示电磁流量计L1、L2安装于流量调节阀HC1、HC2的上游，可防止管路中介质产生空洞现象，使液体中混入空气，从而影响测量精度，并对流量调节阀的行程及阀芯形状进行了特殊设计。

如图2所示，装卡台上压力变送器P4输出作为液流回路的反馈环节，通过数字PID调节控制调节阀HC1、HC2开度大小，使装卡台密封腔内压力稳定在指定值。

如图3图示，为适应不同规格的喷嘴流量检测，装卡室设计成由橡胶件1#、2#、3#、4#、5#密封的活块组装形式。在气缸推杆压力的作用下，装卡室形成一个密闭的液腔，工作介质只从喷嘴流出。由于橡胶件1#、2#、3#、4#、5#相互串、关联，经过对每一个橡胶件的压缩量进行计算得知橡胶压缩量范围约为17%～33%，满足静密封15%～45%压缩量的密封要求。

如图4所示，喷嘴装卡时，各个密封圈受力可视为2#件与3#件密封圈并联，同时与4#件和5#件密封圈串联，最后与1#件密封圈并联。

如图5所示，为本发明的工控机测试试验流程框图，首先由操作人员启动测试试验，工控机接收到命令后，进入压力数据采集循环，对采集上来的压力数据同时进行串口发送、串口通信、分析判断，其中串口发送是将压力数据发送给数显仪表进行显示，串口通信是给气路系统中的压力控制器发送调整信号并接收反馈信号，分析判断是将压力数据与给定参数进行比对，判断压力数据曲线是否大或小，如果未达到则继续进行压力数据采集，如果达到则计算出此刻的流量数据最大值，并保存数据、生成数据报表，完成测试后继续等待下一个测试试验命令。

如图6所示，为本发明的压力控制器控制原理框图，本发明采用了数字PID增量公式为数学模型，以采样时刻的偏差（偏差=目标压力给定值—压力反馈值）计算控制量与上一时刻控制量的累加，并输出到流量调节阀的执行元件，从而调节喷嘴前压力趋近给定值，满足控制精度要求。PID增量按下公式计算：

PID增量＝K_P[e(k)-e(k-1)]+K_Ie(k)+K_D[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]

简写为：PID增量＝Ae(k)-Be(k-1)+Ce(k-2)

式中， $A=K_P(1+\frac{T}{T_I}+\frac{T_D}{T}),$ $B=K_P(1+2\frac{T_D}{T}),$ $C=K_P\frac{T_D}{T},$ 它们都是与采样周期T、增益KP积分时间常数TI、微分时间常数TD有关的系数，e(k)为当前偏差；e(k-1)为上次偏差；e(k-2)为上两次偏差；K_P为比例系数；K _I为积分系数；K_D为微分系数；

在测试试验启动时，首先给控制算法传入预定的目标控制压力，控制算法根据此刻压力数据、目标控制压力和上一次的开度，按照PID增量模型计算出开度偏差值，工控机根据这个开度偏差值生成压力控制信号，并发送给压力控制器，流量调节阀接收到信号后，进行自身开度调整，流量调节阀开度的调整引起流量调节阀之后的管路流量变化，引起压力变化，流量调节阀后的实际压力由压力变送器器回送到工控机，再次进入控制算法，继续进行下一次的开度调整，最终使流量调节阀后的管路实际压力与目标压力无限逼近。

如图7所示：该流程通过工控机及外设完成。开机后，系统自检及配置，若检测到错误，错误信息显示，待操作者解决，直至无错误。软件初始系统采用默认配置方案。操作者也可自行配置，以便适应不同喷嘴系列要求。在参数操作方面系统采用数据库存储试验喷嘴系列数据方式，同时操作者也可以添加新产品型号参数、修改和删除已有产品型号参数，确保型号参数无丢失。同时喷嘴具体流量数据是确定待测喷嘴合格与否的重要标准，因此系统设计了以下功能：①将数据保存到硬盘指定位置，确保数据永久保存；②查看历史试验数据，以作比较；③数据按照指定的报表样式打印。

Claims (2)

1.一种发动机喷嘴流量精测系统，包括液压源、测控台及装卡台，其特征在于：

所述的液压源包括压力容器、差压变送器、压力变送器和截止阀，压力容器内储液并接入高压气源，差压变送器指示压力容器内的液位，压力变送器指示压力容器内的压力，压力容器输出的带压流体通过截止阀连接测控台；

所述的测控台包括截止阀、电磁阀、流量调节阀和电磁流量计；所述的带压流体进入测控台后分为两路，分别用于测流量范围为8-20L/min和0-8L/min的喷嘴，每路依次经过截止阀、电磁流量计、流量调节阀后并为一路，通过电磁阀进入装卡台；

所述的装卡台上方通过气动压紧装置形成压力密封腔，通过所述电磁阀的带压液流进入压力密封腔后经喷嘴流入装卡台储水灌中，装卡台上装有压力变送器调节流量调节阀的开度大小，以控制压力密封腔的压力稳定；通过喷嘴的流量经过电磁流量计采集和工控机处理后进行显示、存储和打印。

2.根据权利要求1所述的发动机喷嘴流量精测系统，其特征在于：所述的装卡台上有两个工位，当一个工位在试验时，另一个工位则用于产品的拆卸及装卡。

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