燃油喷嘴性能试验器研制.pdf

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机械工程师鬻莲e翻A粼le盎L差颡Gi瓣塞薹嚣燃油喷嘴性能试验器研制王野牧，陈文龙。郭政(沈阳工业大学机械工程学院，沈阳110870)摘要：燃油喷嘴性能试验器是测试航空发动机燃油喷嘴喷雾锥角、锥角偏心度及燃油分度不均匀度等性能指标的试验设备。针对技术要求，设计了一台喷嘴性能试验器，介绍了试验器的组成及工作原理，重点分析了液压系统，对测试过程作了简述。关键词：燃油喷嘴；试验器；液压系统中图分类号：TP273．5文献标志码：B文章编号：1002—2333(2017)09一0061一03Des堙nofFuelNozzlePerformanceTestBenchWANGYemu，CHENWelllong，GUOZheng(schoolofMechanicalEngineering，ShenyangUniversityofTechnology，Shenyang110870，China)Abstract：Fuelnozzleperfbmlancetestbenchisakindofequipmenttotesttheped’o瑚anceindexofspraynozzleconean91e，coneangleeccentricityandunevennessoffueldivisionoffuelnozzle．AccordingtothetechnicaIrequirements，anozzleperfbⅡnancetestbenchisdesigned．Thecompositionandworldngprincipleofthetestbenchareintroduced，thehydraulicsystemisanalyzed，andthetestingprocessisbrienydescribed．Keywords：fuelnozzle；testbench；hydraulicsystem0引言燃油喷嘴是航空发动机的重要组成部分，其质量的好坏直接影响着发动机的性能。燃油喷嘴试验器是专门为检测喷嘴性能而开发的一种试验设备，其中液压系统是试验器的关键部分。1试验器基本技术要求该试验器工作介质为RP一3航空煤油，过滤精度为3¨m，温度控制范围23±2℃，流量控制范围0~20mnin连续可测，流量测试精度±0．5％，供油压力范围0．1～6MPa，喷嘴入口处压力波动精度为±0．025MPa，重复精度为0．05MPa。测试的是一种双路双喷口形式的喷嘴，该喷嘴分为主、副两个油路，每个油路都具有较宽的供油范围，其中主油路0．833～10．42Umin，副油路0．083～1．66Umin。2试验器具体实施方案该试验器主要由液压控制系统、电气控制系统及机械部分组成。液压控制系统包括液压泵站、操作台及试验仓。电气控制系统包括电气柜、PLC及触摸屏等。试验器压力、流量由人工手动调节，测量值由PLc自动采集。2．J液压控制系统液压控制系统主要由液压泵站、操作台架及试验仓等部分组成。包含液压泵、高精度过滤器、溢流阀、节流阀、气动球阀、涡轮流量计、质量流量计、压力变送器、温度变送器、冷却控制单元等元器件。2．1．1液压泵站液压泵站为旁置式，选用德国哈威叶片泵，泵出口设置3¨m过滤精度的滤油器，上盖上布置有空气滤清器、温度变送器、浮球液位计、溢流阀、蓄能器。设置蓄能器主要是为了减少压力脉冲，增加被控制点的压力平稳性。三个蓄能器分别充人不同压力的氦气，根据测试压力的不网址：www．jxgcscom电邮：hrbengineer@163com2017年第9期l61 冷却控制单元图2液压泵站原理图机械工程师鱼翼。薹鬻gi麓蠢匿霆辫麓_萋薹{鬟鬻鬟羹羹羹|蓁妻鬻蘩蘩然褰||l瓣黪鬻戮鞣嚣蒸臻饕纂鏊鬟羹蠢奏垂羹来自操作台絮来州回油泵P—‘‘。’。。—卜——‘_■—‘⋯l塑：：竺堂竺!：圭兰塑一图3液压泵站实物图同而单独启用。气动球阀控制蓄能器的开闭。泵站旁布置有独立的冷却控制单元，在温度变送器及PLc作用下，能准确控制油液温度。2．1．2操作台操作台是试验时的具体操作工位．设计为琴台式，前后都有门，便于安装及维修。在操作台内部装有流量计、溢流阀、气动球阀、节流阀等元件，在其面板上装有各种指示灯、按钮及仪表。面板上防爆数显表作为二次仪表分别显示压力、流量及温度等值。两个溢流阀手柄可以调节系统的压力，一大一小，通过气动球阀的切换而启用。两个手动节流阀一个控制主油路，一个控制副油路，可以精确调节喷嘴人口处的压力及流量。喷嘴处的压力由两个压力变送器测得，大变送器在前，小变送器在后。当喷嘴处压力低时两个变送器都工作，以小变送器为准；当喷嘴处压力高时小变送器前的气动球阀关闭，只有大变送器工作。总油路上设置有大小两个涡轮流量计‘，根据总流量大小分别工作。副油路由于流量小，选用德国E+H公司生产的80A02型质量流量计。主油路流量值可以通过总油路与副油路流量差值间接得到。2．1．3试验仓试验仓是喷嘴的机械检测部分。为了避免不同测试图4操作台原理图1．压力表2．溢流阀3．气动球阀4埚轮流量计5．质量流量计6．节流阀7．压力变送器项目之间的相互影响，将试验器分成两部分。试验仓1测试喷嘴喷雾锥角及雾锥偏心角，试验仓2测试燃油分布不均匀度。两试验仓均与排风装置相连。1)喷雾锥角及雾锥偏心角的测量。采用探针法进行测量。试验仓1内设置有工业照相机及LED灯，在其一侧有观察窗和角度标尺，当喷油压力稳定时，旋转旋柄，人工观测探针针头与雾锥边界接触达到最佳位置时，操作计算机，由数据采集卡采集位移传感器的数据，并计算出喷雾锥角及雾锥偏心角。通过人工观察也可以得出喷雾锥角。2)燃油分布不均匀度的测量。燃油分布不均匀度的测量主要由12扇区分配器及玻璃量杯承担。试验仓2一侧开有观察窗，可以直观看到燃油喷射情况。喷嘴喷出的液流经过分配器流人到玻璃量杯中，通过观察量杯中液体的高度即可知道燃油分布的情况。2。2电气控制系统电气控制柜独立放置，内有断路器、接触器、中问继62l2017年第9期网址、^，、，州j×gcsc。m电邮hrbengineer@163com 机械工程师羹蓁霎羹嚣鬻錾黪黪鬻藕l|萋；纂篓篓嚣嚣攀爨辫戮蒸鬻鬻蓊囊囊i霉；黧萋e到A鬻|0是羹薹冀8；N篆霾离电器、热保护器、变频器、PLC等，主要是控制主油泵、回油泵、排风电动机及冷却控制单元的启停及安全运行。在操作台主面板上装有各类二次仪表，便于实时监测压力、流量和温度等变化。选用西门子S7—200PLC及扩展模块，配套西门子sman1000触摸屏作为控制中心。传感器图6探针法测喷雾锥角、雾锥偏心角结构图斑锄路祸轮潞缆·{诲恽』：苎蔓：!三二J6薪I：堡：：：：。】图8触摸孱操作窗口将压力、流量、温度、液位等信号传送至PLc，经过PLC运算控制相关设备的动作。触摸屏安装在操作台面板上，通过点击相关按钮可以执行压力切换、油路选择、蓄能器启停等工作，操作简单可靠。3试验器测试过程11开机前安全检查，确保油、电、气到位，将喷嘴安装到试验仓1工装上，打开喷嘴前端阀门。2)将溢流阀全部打开，启动主油泵，确认管道及元件无漏油，调定各部位溢流阀至规定值。3)调节操作台面板溢流阀设定压力上限。面板上有大小两个溢流阀，以2。5MPa为分界，当压力小于等于2．5MPa时小溢流阀前的气动球阀打开，小溢流阀工作；当压力大于2．5MPa时，气动球阀关闭，此时大溢流阀工作。4)待测喷嘴分为主、副两个油路，可以选择单个油路生效或者两者同时生效。通过点击触摸屏选择压力点，调节操作台面板上的节流阀可调整至设定压力值，启用蓄能器稳定压力。主要压力测点有0．1、0．2、0．3、0．5、0．51、0．58、0．8、0．85、0．98、1．0、1．84、1．96、2．0、2．35、2．96、3．0、3．5、4．0MPa，其中2．0MPa为最重要测试点。5)调节试验仓l上探针，测量喷嘴喷雾锥角及锥角偏心度。6)将喷嘴安装到试验仓2上，观察玻璃量杯中油液体积即可知喷嘴喷射燃油的分布情况。更换喷嘴，重复步骤3)~6)即可进行其他喷嘴的测试。4结语经过一年时间的设计、制造、安装及调试，燃油喷嘴性能试验器顺利通过了标准样件的检验，测试数据与样件数据高度吻合。该试验器采用的溢流阀与节流阀联合控制压力的方法简单可靠，调节精度高；采用PLc与触摸屏联合控制的方式操作便捷，使用简单；12扇区分配器与玻璃量杯测试燃油分布不均匀度方法简单易行，而且直观可靠。该试验器的成功研制为今后同类试验器的研制提供了一定的借鉴作用。[参考文献]雷天觉．液压工程手册[M]．北京：机械工业出版社，1990．左健民．液压与气压传动[M埘E京：机械工业出版社，2014．王野牧，谌超逸．活门组件综合试验器研制叨．机床与液压，2叭4，42(20)：50—53．王野牧，马洪义．电液伺服比例综合实验台设计和研究[J]．机械工程师，2011(51：37—39．王洁，李治不压井修井机撬装式液压控制系统研制叨．机床与液压，2016，44(2)：84—86．王春行．液压控制系统[M]．北京：机械工业出版社，1999．黄志坚，郝春玲．液压系统控制与PLc应用实例[M】．北京：中国电力出版社，2014．徐晓东，龚国芳，李喜莲，等．大型液压设备PLc控制系统设计叨．机床与液压，2008，36(3)：149—151．李德英．基于PLC的液压实验台监控系统的开发与研制[D]．长沙：中南大学，2010．陈冬雪．燃油总管试验器压力一流量控制系统的研究【D]．沈阳：沈阳工业大学，2007．刘汉斌，徐兵，刘伟，等．基于cAT技术的液压泵性能测试系统【盯．轻工机械，2010，28(5)：79—81．王静．大流量液压源恒温恒压控制及油液弹性模量研究[D]．杭州：浙江大学．2008．冯斌，龚国芳，杨华勇．大流量液压系统的油温控制[J]．浙江大学学报(工学版)，201l，45(4)：741—746．陈俊，张宝诚，马洪安，等．某型航空发动机燃油喷嘴的试验研究[J]．燃气涡轮试验与研究，2006，19(3)：40一43．崔智勇，吴晓，龚天翔．喷嘴流量控制性能控制[J]机械工程师，20l2f41：24—26．(编辑明涛)作者简介：王野牧(1965一)，男，副教授，研究方向为液压伺服控制技术、电液比例控制技术。收稿日期：2017一01一04网址v＼，v州．jxgcs．com电邮hrbengineer@163．com2017年第9期《63Ⅲ团嘲川同嘲同嘲呻m畔∞