某型機葉片水流量控制系統的開發和應用

袁紅會，姚曉穎，姜雷

(中航工業沈陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司，遼寧 沈陽 110043)

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某型機葉片水流量控制系統的開發和應用

袁紅會，姚曉穎，姜雷

(中航工業沈陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司，遼寧 沈陽 110043)

摘要：為檢測某型發動機高、高/低導葉片水流量，開發了葉片水流量控制系統，采用手動/自動兩種控制方式實現水流量控制。詳細介紹了系統總體結構、系統原理及系統應用。通過驗證，系統能夠克服原控制系統存在的弊端，滿足現場工藝要求，大大提高了工作效率。

關鍵詞：飛機；發動機；葉片檢測；水流量；

0引言

葉片水流量試驗是葉片檢測的重要工序，是葉片檢測的關鍵環節，關系到葉片氣孔的冷卻性能是否滿足繼續裝配試車的工藝要求。伴隨著公司大修生產任務的增加，現有的水流量試驗控制設備存在著諸多弊端：1) 一次只測量一片葉片，工作效率低；2) 只具有流量數據采集、顯示和保存功能，系統功能單一；3) 數據單機存儲，無法實現數據共享。為此，設計開發了葉片水流量試驗控制系統，采用手動/自動兩種控制方式實現水流量控制，手動控制方式通過電氣操作面板實現，自動控制方式通過在計算機中安裝LabVIEW軟件，編寫系統操作界面及軟件控制程序實現。

新開發系統兼容性高，能對三種不同規格型號的葉片(高渦工作葉片，高、低導向葉片)進行水流量試驗控制，大大提高了葉片水流量試驗效率；同時軟件可以采集、顯示葉片流量、壓力和溫度數據，具備葉片數據錄入、導入、保存、查詢、配臺和串臺等功能。

1系統總體結構

系統采用手動/自動控制方式，兩種控制方式相互獨立，優勢互補；手動方式下，通過操作電氣操作面板上的控制按鈕來實現水流量試驗；自動控制方式下，采用程序控制，硬件選用工控機、數據采集卡，軟件采用LabVIEW軟件開發平臺，通過計算機控制實現水流量試驗。

根據系統應用需求，系統包含的標準儀器有：計算機、數據采集卡(PCI-6528)、接線盒(SCB-100)、執行元件(繼電器、接觸器、電磁閥和指示燈)及控制線纜構成。

模擬量信號傳輸由計算機、數據采集卡(PCI-6238)、隔離配電器(WP-6233)、流量傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器組成。系統總體結構如圖1所示。

圖1　系統總體結構圖

2系統實施

2.1　電氣操作面板

按照設計要求，操作面板具備高渦，高/低導葉片流量顯示表，溫度表檢測水箱溫度。手動操作時的指令元件和各種操作的狀態顯示。電氣操作面板如圖2所示。

圖2　電氣操作面板圖

各種操作指令按鈕和旋鈕以及全部指示燈的釋義如表1所示。

表1　操作面板指令釋義表

2.2　電氣控制原理

水流量試驗需要在一定的試驗壓力范圍內進行，系統采用變頻器進行調速實現試驗壓力的自動調節。將安裝在管路上的壓力變送器輸出的4～20mA的電流信號作為反饋信號輸入到變頻器中，試驗壓力的目標值直接在變頻器中設定，通過在變頻器中設置相應的功能參數，進行PI調節，實時控制電機的轉速，從而實現管路壓力保持在一定的范圍之內，保證葉片水流量試驗的順利進行。系統主電路原理如圖3所示。

圖3　系統主電路原理

手動控制下，將手/自動切換旋鈕SA1旋轉到手動位置，通過電氣操作面板上的指令控制按鈕完成對高渦泵、高低導泵、高低導進水閥、換向閥及計量啟停控制，從而完成葉片高渦、高/低導水流量試驗控制。

圖4　系統控制回路原理

自動控制下，將手/自動切換旋鈕旋SA1轉到自動位置，通過系統軟件設計實現水流量試驗控制。開關量控制信號通過編寫LabVIEW程序由計算機輸出到數據采集卡，通過信號電纜輸入到接線盒(SCB-100)，完成對高渦、高低導泵、進水閥的啟停控制以及計量啟動控制。系統控制回路原理如圖4所示。

2.3　數據采集

系統采用傳感器將采集的流量、溫度、壓力物理信號轉換成4-20 mA的標準電流信號，然后此信號經隔離配電器WP-6233送至PCI-6238數據采集卡進行采集。在上位機LabVIEW軟件中進行處理分析，包括數據的平均值濾波、計算、實時顯示、保存、查詢等。高渦流量數據采集如圖5所示。

圖5　高渦葉片流量數據采集

PCI-6238是NI公司M系列多功能數據采集卡，具有8路模擬信號輸入通道，采樣率為250 kS/s，輸入范圍為4 mA～20 mA；2路模擬量輸出通道，分辨率為16位；10路數字I/O，數字觸發；NI-DAQmx測試軟件和硬件配置支持。

對系統而言，由于現場8路傳感器輸出均為4mA-20mA的電流信號，所以采用PCI-6238數據采集卡及相關附件完全能夠滿足水流量的數據采集功能。PCI-6528數據采集卡是NI公司專用的數字IO卡，具有組隔離16路漏極 /源極輸入(±30 VDC)；24路輸出(±60 VDC，單通道3.5 A，所有通道150 mA)；24路輸入(±60 VDC)；高電流驅動，工業級24 V邏輯閥值。針對本系統的現場控制信號為10路輸出，5路輸入，從DIO點數需求及驅動能力上選用PCI-6528及相關附件能夠滿足現場的控制要求。

需要注意的是在接線盒SCB-100上有6個開關，針對不同的功能板卡開關的位置設置是不同的，要根據所需測量功能進行正確的設置，否則會造成控制功能紊亂，嚴重的甚至會導致數據采集卡損壞。

2.4　系統軟件

由于LabVIEW具有作為一種圖形化的編程語言，在數據采集、儀器控制、測量分析與數據顯示方面具有明顯的優勢，能為各種應用提供必要的開發工具，內含豐富的數據采集、數據信號分析以及控制等子程序，用戶利用創建和調用子程序的方法編寫程序，使創建的程序模塊化，易于調試、理解和維護，而且程序編程簡單、直觀。

因此，系統采用LabVIEW軟件平臺開發，界面友好、美觀、便于操作。由于NI公司的數據采集卡與LabVIEW軟件具有完美、可靠的兼容性，所以本系統數據采集卡采用美國NI公司的PCI-6528和PCI-6238，實現水流量試驗設備信號的控制和數據采集。高渦工作葉片水流量試驗軟件設計流程如圖6所示。當啟動采集卡進行多緩沖連續數據采集時，可以隨時啟動數據保存按鈕進行數據保存。高、低導導向葉片水流量試驗流程與高渦葉片相似。

圖6　高渦工作葉片水流量試驗軟件流程圖

3系統功能驗證

系統實現了高渦(高導、低導)工作葉片數據錄入、水流量采集、配臺、串臺、設備穩定性試驗等功能，下面以高渦葉片測量為例對系統的功能進行驗證和說明。

3.1　水流量數據采集

葉片水流量控制系統實現了高渦泵的啟停控制、計量啟動控制、超壓、超差報警指示以及試驗壓力、溫度及流量數據監測功能。

系統實現了累積流量數據進行計算和分析，將合格的葉片數據信息保存在ORACLE數據庫合格表中，報廢的葉片數據信息保存在ORACLE數據庫報廢表中。

操作過程說明：在左邊的時間文本框和選擇文本框中輸入和選擇相應的文本信息，按下高渦泵啟動按扭，啟動高渦泵，按下計量1按扭、計量2按扭，待計時結束數據保存按扭變成綠色，按下數據保存按扭，數據自動保存在數據庫中，操作界面如圖7所示。

圖7　高渦工作葉片水流量采集與控制界面

3.2　高渦工作葉片配臺

系統實現了在高渦工作葉片配臺界面輸入發動機號、任務號、爐號，則將合格的葉片數據信息查詢出來，能將查詢結果顯示在表格中。在去向任務號、發動機號、試車類型及次數文本框中輸入相應信息，點擊“正常配臺”按鈕，如果顯示高渦72片工作葉片都是合格的，則完成配臺功能。軟件還能對葉片數據刪除、保存，操作界面如圖8所示。

3.3　高渦工作葉片串臺

如果系統的高渦葉片配臺界面中顯示的葉片信息少于72片，說明配臺沒有成功，需要在串臺界面中選擇所需要的發動機葉片重新進行配臺。軟件串臺界面實現了查詢功能，能將查詢結果顯示在表格中。

系統實現了將選中的所需葉片數據(一行或多行中指定列的內容)添加到相應配臺界面表格中指定的列，且在配臺界面表格中的最后一行追加，進行再次配臺，直至配臺成功，操作界面見圖9所示。

圖9　高渦工作葉片串臺界面

4結語

根據現場的工藝技術要求，設計開發了一套包含手動/自動控制方式的葉片水流量試驗控制系統，具有操作簡單、界面友好、實時數據顯示、模塊化編程、程序清晰易讀、完善的數據處理與分析功能。

系統能對三種不同規格的葉片進行水流量試驗，并對數據進行實時顯示、計算、保存和查詢，滿足了現場的工藝技術要求。

系統經過調試，已應用于現場進行發動機葉片水流量試驗與控制，極大的提高了產品的生產效率，為發動機的裝配和試車有序進行提供了強有力保證。

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Development and Application of Flow Rate Controlling System of Areo-Engine Blade

YUAN Hong-hui, YAO Xiao-ying，JIANG Lei

(AVIC Shenyang Liming Aero-Engine (Group) Co.， Ltd.，Shenyang 110043,China)

Abstract:In order to test the flow rate of the high pressure turbine vane and the high/low pressure turbine guide vane, a controlling system for the vane flow rate is developed, which is operated in the automatic and manual control mode which are used to control its flow rate. This paper introduces in detail its overall structure, principle and application. The system can be used to overcome the shortcoming of the old control system， meet the process requirements and improve the working efficiency greatly by the experimental verification.

Keywords:aircraft; areo-engine; blade measurement; water flow rate

中圖分類號：V231.3;TP273

文獻標志碼：B

文章編號：1671-5276(2015)02-0188-04

作者簡介：袁紅會(1983-)，女，遼寧葫蘆島人，工程師，碩士，主要從事電子電器(氣)及數采系統設計工作。

收稿日期：2013-12-24