CN111426483A

CN111426483A - 一种航空发动机燃烧室试验台测控系统

Info

Publication number: CN111426483A
Application number: CN202010373247.3A
Authority: CN
Inventors: 廖利华; 郭斌
Original assignee: Hunan Hanneng Technology Co ltd
Current assignee: Hunan Hanneng Technology Co ltd
Priority date: 2020-05-06
Filing date: 2020-05-06
Publication date: 2020-07-17

Abstract

一种航空发动机燃烧室试验台测控系统，包括电气控制系统、测试系统和操纵台，所述电气控制系统包括电气系统和操作控制系统，所述电气系统包含动力配电柜以及各下级电气柜，所述操作控制系统包括PLC控制系统和计算机系统，配合现场总线设备与操纵台，实现对试验设备的操作控制；所述测试系统包含前端信号采集装置、稳态数采系统与数采计算机，用于试验件的性能参数和设备必需的监控参数的测量；所述操纵台包含对气路、供水、加温、燃油、测试和加温装置的操作工位，采用按钮和/或指示灯和/或触摸屏进行操作。本发明的测控系统能精确调节控制试验器所需要气源的压力、流量，测量试验件进出口压力、温度、空气流量等参数，操作简单方便，处理反馈及时。

Description

一种航空发动机燃烧室试验台测控系统

技术领域

本发明属于燃烧室试验台技术领域，更具体地，涉及一种航空发动机燃烧室试验台测控系统。

背景技术

燃烧室是航空燃气涡轮发动机的三大核心部件之一，与燃烧相关的燃烧调整、低污染燃烧、燃烧室冷却等技术直接关系到航空燃气涡轮发动机的安全性和经济性。结合我国航空燃气涡轮发动机发电行业的现状，开展上述航空燃气涡轮发动机相关技术的研究，有利于促进航空燃气涡轮发动机燃烧技术的可持续发展、进一步提升我国航空燃气涡轮发动机发电技术领域的专业地位。

为开发先进的航空燃气涡轮发动机燃烧调整技术并逐步发展高效率的航空燃气涡轮发动机燃烧技术，首先要建立航空燃气涡轮发动机燃烧实验平台，试验台需要承担不同试验项目，如测量燃烧室总压恢复系数(σ)，燃烧室出口温度分布不均匀系数(OTDF)、燃烧室出口温度径向分布不均匀系数(RTDF)、燃烧效率η等，因此对于燃烧室试验台试验各试验件出口压力/温度/空气流量的参数采集、对各设备机构状态的监控并精确调节控制试验器所需要的气源压力、流量等是必不可少的功课，如何设计一个燃烧室试验台高效可靠稳定的测控系统是需要解决的问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明公开一种航空发动机燃烧室试验台测控系统，

本发明采用以下具体技术方案：

一种航空发动机燃烧室试验台测控系统，包括电气控制系统、测试系统和操纵台，所述电气控制系统包括电气系统和操作控制系统，用于试验台的运行操作、试验状态参数调节、报警保护、数据存储的试验过程控制，所述电气系统包含动力配电柜以及各下级电气柜，用于向用电设备提供电源，并配合操作控制系统在试验过程中的电气控制，所述操作控制系统包括PLC控制系统和计算机系统，配合现场总线设备与操纵台，用于对试验设备的操作控制；所述测试系统包含前端信号采集装置、稳态数采系统与数采计算机，用于试验件的性能参数和设备必需的监控参数的测量；所述操纵台包含对气路、供水、加温、燃油、测试和加温装置的操作工位，采用按钮和/或指示灯和/或触摸屏进行操作，远程操作用电设备，远程控制试验台各系统开关。

优选的，所述电气控制系统采用Profinet组态的分布式控制方式，下级电气柜包含点火供油电气控制柜、变频器电气控制柜、阀门电气控制柜、水泵电气控制柜，连接的用电设备包括电动阀门执行器、油泵电机、水泵电机、试验件点火装置。

优选的，所述电气控制系统还包括由特种变压器配电的电加温电气控制柜，所述电加温电气控制柜连接电加温器。

优选的，所述电气控制系统的各电气控制柜采用远程控制，通过操纵台进行操作。

优选的，所述电动阀门执行器的开向/关向运转采用模拟量信号和开关量信号控制，所述水泵电机的起动/停止采用软启动器控制。

优选的，所述测试系统的前端信号采集装置包括压力扫描阀/压力变送器/差压变送器、温度热电偶/铂电阻变送器、质量流量计，采集包括压力、差压、温度、流量信号。

优选的，所述前端信号采集装置采集到的信号经处理后接入稳态数采系统，数采信号由稳态数采系统采集、测量。

优选的，所述稳态数采系统采用基于以太网通讯和LXI总线的模块化数据采集方式。

优选的，所述操纵台设置手动操作按钮及数字显示仪表，手动操作按钮控制变频器启/停、阀门开/关，数字显示仪表包含变频器频率显示表、燃油流量显示表。

优选的，所述手动操作按钮均配带有相应指示灯，所述手动操作按钮与指示灯为硬线连接并独立于触摸屏。

本发明的有益效果为：测控系统能精确调节控制试验器所需要气源的压力、流量，测量试验件进出口压力、温度、空气流量等参数，操作简单方便，处理反馈及时。

附图说明

图1为电气系统原理框图；

图2为电加温器控制电路方框图；

图3为阀门控制电路方框图；

图4为操作控制系统原理框图；

图5为测试系统结构框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明。除非特别说明，本发明实施例中采用的原料和方法为本领域常规市购的原料和常规使用的方法。

实施例1

一种航空发动机燃烧室试验台测控系统，包括电气控制系统、测试系统和操纵台，电气控制系统包括电气系统和操作控制系统，用于试验台的运行操作、试验状态参数调节、报警保护、数据存储的试验过程控制，电气系统包含动力配电柜以及各下级电气柜，用于向用电设备提供电源，并配合操作控制系统在试验过程中的电气控制，操作控制系统包括PLC控制系统和计算机系统；测试系统包含前端信号采集装置、稳态数采系统与数采计算机，用于试验件的性能参数和设备必需的监控参数的测量；操纵台包含对气路、供水、加温、燃油、测试和加温装置的操作工位，采用按钮和/或指示灯和/或触摸屏进行操作，远程操作用电设备，远程控制试验台各系统开关。

如图1所示，电气控制系统采用Profinet组态的分布式控制方式，下级电气柜包含点火供油电气控制柜、变频器电气控制柜、阀门电气控制柜、水泵电气控制柜、操纵控制系统、监视系统等，连接的用电设备分别包括但不限于试验件点火装置、电动阀门执行器、油泵电机、水泵电机等，其控制均通过操纵台进行。电动阀门执行器的开向/关向运转采用模拟量信号和开关量信号控制，水泵电机的起动/停止采用软启动器控制。

电气控制系统同时还配备电加温电气控制柜，电加温电气控制柜连接电加温器，由特种变压器配电，特种变压器可根据具体的设备配置。如图2所示，电加温器电气控制柜的电加温器出口温度拟选用PID调节，采用远程控制，可由手动或自动控制。

点火供油电气控制柜根据试验件型号不同分为交流点火电路(点火电源：变频变能高能点火电源)、直流点火电路(点火电源：直流稳压电源)、直流油泵、直流电磁阀、油路转换电磁阀控制电路。其电路选用远程控制，并采用紧急切油等安全措施。

变频器电气控制柜主要由变频器、变频电机、燃油油泵、离合制动器等组成，可以根据试验件燃油油耗量，调节变频器频率，改变变频电机(油泵)转速变化，使油泵出口燃油流量与试验件燃油流量相等。变频器频率选用远程(手动/自动)模拟调节控制。

如图3所示，阀门电气控制柜向各类电动阀门(包括电动调节阀、电动闸阀、电动碟阀)提供所需电源和控制信号，通过改变各阀门的开度，实现试验台空气流量、压力、温度的调节，满足试验件所需要求。阀门选用远程、现场控制，同时能实现自动控制。

水泵电气控制柜向软起动器提供所需电源和控制信号，控制水泵的起、停。

如图4所示，操作控制系统与电气系统、稳态数采系统等共同完成试验台的运行操作、试验状态参数调节、报警保护、试验过程数据保存等试验全过程的控制。为满足试验台各项试验的多样性和控制要求，提高系统的可靠性、安全性和先进性，操作控制系统采用S1500系列PLC可编程控制器为控制核心，配合现场总线设备和触摸屏、计算机系统等设备，实现对试验设备的操作控制。计算机系统包括一台控制计算机和一台以太网交换机，其中控制计算机与数采计算机进行远程通讯，完成测试数据和过程数据交换，控制计算机同时完成各测试参数、过程参数、控制参数的实时采集、处理、存储、显示与数据记录等，PLC控制系统和计算机系统经Profinet工业以太网通讯，通过控制计算机实现数据交换，上传下达状态信号和命令信号，实现参数调节控制、高压水操作控制、电加温控制等功能。其中参数调节控制包括进口温度粗调、进口压力调节、进口流量调节等。

如图5所示，测试系统主要由前端信号采集装置、稳态数采系统与数采计算机等组成。需测量的参数有：温度、压力、燃油流量、空气流量(压差)，前端信号采集装置包括压力扫描阀/压力变送器/差压变送器、温度热电偶/铂电阻变送器、质量流量计等等，采集不同信号。例如，气体压力(总压、静压)通过取样探针采集，采用压力扫描阀测量；温度采用温度热电偶采集、测量，并采用稳态数采系统测量；燃油流量应采用质量流量计计采集、测量；数据采集信号应由稳态数采系统采集、测量，所有信号应经处理后再接入稳态数采系统。

稳态数采系统采用基于以太网通讯和LXI总线的模块化数据采集方式，设备自带开路监测、端对端自校准等功能，测试通道数量具有20％裕度，采集通道模块支持开关量信号(DIO通道)，可接收外部触发信号和输出数字信号进行简单的控制。数采计算机包括数据处理计算机和数据显示计算机、交换机等设备，数据处理计算机主要负责前端信号采集装置的测量数据和控制系统数据的系统同步，具备采集、汇总、转换、计算、加时间戳和实时转发等重要功能，数据显示计算机主要负责显示测试参数值供试验人员调节参数。

操纵台用于远程操作用电设备，远程控制试验台各系统开关，远程对气源系统、供水系统、加温装置进行远程操作，满足电气系统、PLC控制系统的需要和试验的操作要求。操纵台包含气路、燃油、供水等不同工位，每个工位设置手动操作按钮及数字显示仪表，手动操作按钮控制变频器启/停、阀门开/关，数字显示仪表包含变频器频率显示表、燃油流量显示表，动操作按钮均配带有相应指示灯，手动操作按钮与指示灯为硬线连接并独立于触摸屏。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种航空发动机燃烧室试验台测控系统，其特征在于，包括电气控制系统、测试系统和操纵台，所述电气控制系统包括电气系统和操作控制系统，用于试验台的运行操作、试验状态参数调节、报警保护、数据存储的试验过程控制，所述电气系统包含动力配电柜以及各下级电气柜，用于向用电设备提供电源，并配合操作控制系统在试验过程中的电气控制，所述操作控制系统包括PLC控制系统和计算机系统，配合现场总线设备与操纵台，用于对试验设备的操作控制；所述测试系统包含前端信号采集装置、稳态数采系统与数采计算机，用于试验件的性能参数和设备必需的监控参数的测量；所述操纵台包含对气路、供水、加温、燃油、测试和加温装置的操作工位，采用按钮和/或指示灯和/或触摸屏进行操作，远程操作用电设备，远程控制试验台各系统开关。

2.根据权利要求1所述的测控系统，其特征在于，所述电气控制系统采用Profinet组态的分布式控制方式，下级电气柜包含点火供油电气控制柜、变频器电气控制柜、阀门电气控制柜、水泵电气控制柜，连接的用电设备包括电动阀门执行器、油泵电机、水泵电机、试验件点火装置。

3.根据权利要求2所述的测控系统，其特征在于，所述电气控制系统还包括由特种变压器配电的电加温电气控制柜，所述电加温电气控制柜连接电加温器。

4.根据权利要求2或3所述的测控系统，其特征在于，所述电气控制系统的各电气控制柜采用远程控制，通过操纵台进行操作。

5.根据权利要求2所述的测控系统，其特征在于，所述电动阀门执行器的开向/关向运转采用模拟量信号和开关量信号控制，所述水泵电机的起动/停止采用软启动器控制。

6.根据权利要求1所述的测控系统，其特征在于，所述测试系统的前端信号采集装置包括压力扫描阀/压力变送器/差压变送器、温度热电偶/铂电阻变送器、质量流量计，采集包括压力、差压、温度、流量信号。

7.根据权利要求6所述的测控系统，其特征在于，所述前端信号采集装置采集到的信号经处理后接入稳态数采系统，数采信号由稳态数采系统采集、测量。

8.根据权利要求7所述的测控系统，其特征在于，所述稳态数采系统采用基于以太网通讯和LXI总线的模块化数据采集方式。

9.根据权利要求1所述的测控系统，其特征在于，所述操纵台设置手动操作按钮及数字显示仪表，手动操作按钮控制变频器启/停、阀门开/关，数字显示仪表包含变频器频率显示表、燃油流量显示表。

10.根据权利要求9所述的测控系统，其特征在于，所述手动操作按钮均配带有相应指示灯，所述手动操作按钮与指示灯为硬线连接并独立于触摸屏。