CN114264634B - 一种航空煤油在线测量装置 - Google Patents

Abstract

一种航空煤油在线测量装置属于在线测量技术领域，目的在于解决现有技术存在的测量准确性差以及重复性受影响的问题。本发明的一种航空煤油在线测量装置包括：L型管道，所述L型管道一端作为管道入口，一端作为管道出口；设置在所述L型管道拐角处并与所述管道出口同轴设置的涡轮旋转机构，所述涡轮旋转机构至少包括位于L型管道内部的和所述管道出口同轴设置的涡轮；以及设置在靠近管道出口位置一个径向截面处的测量系统，所述测量系统包括入射激光以及和入射激光成0°的0°测量单元以及和入射激光成90°的90°测量单元，所述入射激光垂直L型管道轴线方向设置，并位于L型管道外侧环形区域，所述入射激光经过的外侧环形区域部分作为测量区域。

Description

一种航空煤油在线测量装置

技术领域

本发明属于在线测量技术领域，具体涉及一种航空煤油在线测量装置。

背景技术

航空煤油是飞机使用的专用燃料，需要在高空低温低气压的严苛环境中连续燃烧，如果航空煤油杂质颗粒和游离水含量超标，将会严重威胁飞机的飞行安全，所以，在将航空煤油注入到飞机油箱之前要再次检测确认管道内航空煤油的纯净度。颗粒计数器和浊度仪常被用于抽样检测航空煤油中杂质颗粒含量和游离水含量是否超标。公开号为CN106483102A的中国专利公开了一项名称为用于航空煤油中游离水和微小杂质浓度在线检测的分析仪度在线检测的分析仪的技术方案，该分析仪采用激光散射技术对管道中航空煤油中的杂质颗粒和游离水含量进行在线测量，它的测量原理是：使用扩束后的激光穿过输油管道，在管道上与光束传播成0°和90°夹角的位置安装光强信号探测器，其中0°位置的探测器可以布置多个，0°位置安装的传感器用于游离水的测量，90°位置安装的传感器用于杂质颗粒的测量。但杂质颗粒和游离水一般认为在航空煤油中的分布是随机的，测量时一般采用过管道中心的测量光束测量，根据在不同角度接收到的信号的强度进行反演计算杂质颗粒和游离水的浓度，测量结果不准确。现有的杂质颗粒和游离水含量的测量方法一般基于抽样测量，无论是在线测量还是静态检测，测量光束口径一般会远小于容器的口径，不能覆盖测量容器截面的全部区域，因此，测量方法更偏向于使用统计学方法进行计算。如果杂质颗粒和游离水从测量光束以外的区域通过，那么就会带来测量偏差，杂质和游离水在容器中的分布会显著影响测量重复性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种航空煤油在线测量装置，解决现有技术存在的测量准确性差以及重复性受影响的问题。

为实现上述目的，本发明的一种航空煤油在线测量装置包括：

L型管道，所述L型管道一端作为管道入口，一端作为管道出口；

设置在所述L型管道拐角处并与所述管道出口同轴设置的涡轮旋转机构，所述涡轮旋转机构至少包括位于L型管道内部的和所述管道出口同轴设置的涡轮；

以及设置在靠近管道出口位置一个径向截面处的测量系统，所述测量系统包括入射激光以及和入射激光成0°的0°测量单元以及和入射激光成90°的90°测量单元，所述入射激光垂直L型管道轴线方向设置，并位于L型管道外侧环形区域，所述入射激光经过的外侧环形区域部分作为测量区域。

所述测量系统所在截面距离涡轮之间的距离为1倍-4倍L型管道的直径。

所述涡轮旋转机构还包括：

和所述涡轮同轴设置的旋转轴；

通过安装座设置在所述L型管道上的伺服电机，所述伺服电机通过联轴器和所述旋转轴同轴固定连接；

以及连接密封结构，所述旋转轴通过连接密封结构和所述安装座内部连接支撑。

所述连接密封结构包括：

支撑轴承，所述支撑轴承通过轴承压圈安装在所述安装座内，支撑轴承和所述安装座过渡配合；

以及设置在L型管道内部旋转轴和所述安装座之间动密封圈，所述动密封圈和所述旋转轴过盈配合，和所述安装座间隙配合。

所述支撑轴承采用背对背角接触球轴承。

所述旋转轴和所述动密封圈配合处的圆柱面的表面粗糙度优于0.8μm。

所述动密封圈和所述安装座配合面处涂有硅橡胶。

所述入射激光包括激光光源以及准直镜组；所述0°测量单元包括0°汇聚透镜和0°探测器，所述90°测量单元包括90°汇聚透镜和90°探测器；

所述激光光源发出的激光经准直镜组进行准直和扩束；扩束后的测量光束穿过测量区域，照射在测量区域的杂质颗粒和游离水，折射光经0°汇聚透镜后由0°探测器接收，用于计算测量区域游离水的含量，散射光经90°汇聚透镜后由90°探测器接收，用于计算测量区域中杂质颗粒的含量。

本发明的有益效果为：本发明的一种航空煤油在线测量装置在测量时，航空煤油在L型管道内流动，从管道入口进入，经涡轮转动机构发生旋转，在测量截面A-A处由测量系统进行测量，后经管道出口进入后续系统。在没有涡轮旋转机构干预的情况下，可以认为杂质颗粒和游离水在L型管道截面中的分布是近似均匀的，测量区域一般选在过中心的一个带状区域。本发明中加入了涡轮旋转机构，涡轮沿顺指针旋转，会搅动L型管道内的航空煤油一起转动，其旋转方向与涡轮旋转方向相同，在涡轮后的测量系统所在的管道截面A-A内，杂质颗粒和游离水会由于离心力的作用分散到管道的外侧环形区域内，测量系统的激光光源发出的光束经准直系统进行扩束，扩束后的直径可以覆盖外侧环形区域，因此在短时间内流过的航空煤油中的杂质颗粒和游离水有更大的概率被检测到。

在抽样检测和无涡轮旋转结构的测量装置中，需要假设杂质颗粒和游离水的分布符合一定的规律，通过统计学的方法对管道截面内的一部分区域进行采样测量，然后按照所假设的分布规律反算杂质颗粒和游离水的浓度。采样的区域通常选过管道中心的一个环形区域，对于不经过采样环形区域的杂质颗粒和游离水，不能被检测到，因此测量结果误差大。本发明在管道内部加入了涡轮旋转装置，由于涡轮产生的离心力作用，航空煤油中的杂质颗粒和游离水都被甩到管道的外侧环形区域，通过对环形区域截面进行检测，且测量系统是针对截面区域的外侧进行测量，可以覆盖大部分杂质颗粒和游离水的测量。本发明的测量结构对提高航空煤油中杂质颗粒和游离水的覆盖性有显著作用，有利于提高测量结果的准确性和可靠性。

附图说明

图1为本发明的一种航空煤油在线测量装置在线测量原理图；

图2为本发明的一种航空煤油在线测量装置整体结构示意图；

图3为本发明的一种航空煤油在线测量装置结构剖视图；

图4为图3的A-A剖视图；

其中：1、L型管道，101、管道入口，102、管道出口，103、外侧环形区域，104、测量区域，2、测量系统，201、激光光源，202、准直镜组，203、0°汇聚透镜，204、0°探测器，205、90°汇聚透镜，206、90°探测器，3、涡轮旋转机构，301、涡轮，302、旋转轴，303、安装座，304、伺服电机，305、联轴器，306、轴承压圈，307、支撑轴承，308、动密封圈，4、杂质颗粒，5、游离水。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明通过在测量管道中加入涡轮旋转机构3，使流动的航空煤油在管道中运行时在测量点之前的区域开始绕管道旋转运动，通过旋转的离心力作用将煤油中的杂质颗粒4和游离水5甩到管道的外侧环形区域103。测量时，测量光束不再是通过管道的中心区域，而是主要覆盖管道的外侧环形区域103，由于涡轮旋转机构3离心力的作用，杂质颗粒4和游离水5已经主要集中在管道的外侧环形区域103，因此测量的准确性和覆盖性会大大提高。

参见附图1-附图4，本发明的一种航空煤油在线测量装置包括：

L型管道1，所述L型管道1一端作为管道入口101，一端作为管道出口102；

设置在所述L型管道1拐角处并与所述管道出口102同轴设置的涡轮旋转机构3，所述涡轮旋转机构3至少包括位于L型管道1内部的和所述管道出口102同轴设置的涡轮301；

以及设置在靠近管道出口102位置一个径向截面处的测量系统2，所述测量系统2包括入射激光以及和入射激光成0°的0°测量单元以及和入射激光成90°的90°测量单元，所述入射激光垂直L型管道1轴线方向设置，并位于L型管道1外侧环形区域103。所述入射激光经过的外侧环形区域103部分作为测量区域104。

所述测量系统2所在截面距离涡轮301之间的距离为1倍-4倍L型管道1的直径。本实施例中，涡轮旋转机构3的电机为伺服电机304，根据管道内的航空燃油的流速不同，伺服电机304的工作转速为500rpm~3000rpm，截面A-A距离涡轮301的距离为1倍-4倍L型管道1的直径，该距离与伺服电机304的转速有关，转速越快，距离越远。

所述涡轮旋转机构3还包括：

和所述涡轮301同轴设置的旋转轴302；

通过安装座303设置在所述L型管道1上的伺服电机304，所述伺服电机304通过联轴器305和所述旋转轴302同轴固定连接；

以及连接密封结构，所述旋转轴302通过连接密封结构和所述安装座303内部连接支撑。

所述连接密封结构包括：

支撑轴承307，所述支撑轴承307通过轴承压圈306安装在所述安装座303内，支撑轴承307和所述安装座303过渡配合；

以及设置在L型管道1内部旋转轴302和所述安装座303之间动密封圈308，所述动密封圈308和所述旋转轴302过盈配合，和所述安装座303间隙配合。

所述支撑轴承307采用背对背角接触球轴承。

所述旋转轴302和所述动密封圈308配合处的圆柱面的表面粗糙度优于0.8μm。

所述动密封圈308和所述安装座303配合面处涂有硅橡胶。

所述入射激光包括激光光源201以及准直镜组202；所述0°测量单元包括0°汇聚透镜203和0°探测器204，所述90°测量单元包括90°汇聚透镜205和90°探测器206；

所述激光光源201发出的激光经准直镜组202进行准直和扩束；扩束后的测量光束穿过测量区域104，照射在测量区域104的杂质颗粒4和游离水5，折射光经0°汇聚透镜203后由0°探测器204接收，用于计算测量区域104游离水5的含量，散射光经90°汇聚透镜205后由90°探测器206接收，用于计算测量区域104中杂质颗粒4的含量。

进入L型管道1的航空煤油在经过涡轮旋转机构3搅动后，在测量截面A-A处由于离心力作用杂质颗粒4和游离水5进行重新分布，主要在管道的外侧环形区域103内，测量系统2通过扩束，主要覆盖环形区域即可覆盖大部分的杂质颗粒4和游离水5的测量。其特点是在经过截面A-A时，航空煤油在管道内的运动是沿管道轴线方向的平动和绕管道轴线方向的转动，测量系统2的有效区域不通过管道的中心，而是与L型管道1的内圆柱面相切，且覆盖外侧环形区域103的外侧区域，在有限的区域内覆盖大多数的测量对象，提高测量精度，提高采样的准确性，测量覆盖性更全面。

在进行检测时，伺服电机304始终处于运转状态，通过联轴节带动旋转轴302和涡轮301旋转，涡轮301旋转速度和方向与伺服电机304的速度相同。航空煤油进入L型管道1由于涡轮301的搅动，在到达测量截面A-A时，由于离心力的作用，绝大多数杂质颗粒4和游离水5会分布到L型管道1的外侧环形区域103中，通过对环形区域进行测量，就可以获取该时刻内通过A-A截面的杂质颗粒4和游离水5的浓度。本实施例中，测量系统2使用的激光光源201为940nm激光，经过准直系统准直和扩束后，测量光直径为20mm，0°探测器204和90°探测器206分别用于游离水5和杂质颗粒4的测量。

本发明的L型管道1直径典型值为100mm，测量系统2的激光光束扩束后的直径为20mm，实际应用中，L型管道1直径不受限于100mm，测量光束扩束后的直径与管道的直径比值应介于1:10至1:4之间；扩束光束直径越小，就需要将杂质颗粒4和游离水5集中到尽量外侧的环形区域，因此，所需要的涡轮301转速就越高；扩束光束直径越大，对光学系统的要求就越高，杂散光对系统的影响也越大。

Claims (8)

1.一种航空煤油在线测量装置，其特征在于，包括：

L型管道（1），所述L型管道（1）一端作为管道入口（101），一端作为管道出口（102）；

设置在所述L型管道（1）拐角处并与所述管道出口（102）同轴设置的涡轮旋转机构（3），所述涡轮旋转机构（3）至少包括位于L型管道（1）内部的和所述管道出口（102）同轴设置的涡轮（301）；

以及设置在靠近管道出口（102）位置一个径向截面处的测量系统（2），所述测量系统（2）的有效区域与L型管道（1）的内圆柱面相切，且覆盖外侧环形区域（103）的外侧区域，所述测量系统（2）包括入射激光以及和入射激光成0°的0°测量单元以及和入射激光成90°的90°测量单元，所述入射激光垂直L型管道（1）轴线方向设置，并位于L型管道（1）外侧环形区域（103），所述入射激光经过的外侧环形区域（103）部分作为测量区域（104）。

2.根据权利要求1所述的一种航空煤油在线测量装置，其特征在于，所述测量系统（2）所在截面距离涡轮（301）之间的距离为1倍-4倍L型管道（1）的直径。

3.根据权利要求1所述的一种航空煤油在线测量装置，其特征在于，所述涡轮旋转机构（3）还包括：

和所述涡轮（301）同轴设置的旋转轴（302）；

通过安装座（303）设置在所述L型管道（1）上的伺服电机（304），所述伺服电机（304）通过联轴器（305）和所述旋转轴（302）同轴固定连接；

以及连接密封结构，所述旋转轴（302）通过连接密封结构和所述安装座（303）内部连接支撑。

4.根据权利要求3所述的一种航空煤油在线测量装置，其特征在于，所述连接密封结构包括：

支撑轴承（307），所述支撑轴承（307）通过轴承压圈（306）安装在所述安装座（303）内，支撑轴承（307）和所述安装座（303）过渡配合；

以及设置在L型管道（1）内部旋转轴（302）和所述安装座（303）之间动密封圈（308），所述动密封圈（308）和所述旋转轴（302）过盈配合，和所述安装座（303）间隙配合。

5.根据权利要求4所述的一种航空煤油在线测量装置，其特征在于，所述支撑轴承（307）采用背对背角接触球轴承。

6.根据权利要求4所述的一种航空煤油在线测量装置，其特征在于，所述旋转轴（302）和所述动密封圈（308）配合处的圆柱面的表面粗糙度优于0.8μm。

7.根据权利要求4所述的一种航空煤油在线测量装置，其特征在于，所述动密封圈（308）和所述安装座（303）配合面处涂有硅橡胶。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种航空煤油在线测量装置，其特征在于，所述入射激光包括激光光源（201）以及准直镜组（202）；所述0°测量单元包括0°汇聚透镜（203）和0°探测器（204），所述90°测量单元包括90°汇聚透镜（205）和90°探测器（206）；

所述激光光源（201）发出的激光经准直镜组（202）进行准直和扩束；扩束后的测量光束穿过测量区域（104），照射在测量区域（104）的杂质颗粒（4）和游离水（5），折射光经0°汇聚透镜（203）后由0°探测器（204）接收，散射光经90°汇聚透镜（205）后由90°探测器（206）接收。