航空發(fā)動機試車臺燃油系統(tǒng)發(fā)展趨勢

肖連勇

【摘 要】燃油系統(tǒng)作為航空發(fā)動機試車臺重要的工藝系統(tǒng)設(shè)備，用于給在試發(fā)動機提供加壓的、可控的、連續(xù)的燃油，同時燃油系統(tǒng)還需要具有過濾、除水、除氣、調(diào)壓、流量測量、應急供油等功能。本文主要從航空發(fā)動機是車臺燃油系統(tǒng)主要特點，發(fā)展趨勢，燃油系統(tǒng)主要功能及實現(xiàn)方法，典型的燃油系統(tǒng)設(shè)計等幾個方面來闡述，僅供同行參考。

【關(guān)鍵詞】航空發(fā)動機 試車臺 燃油系統(tǒng) 發(fā)展趨勢

1目前國內(nèi)試車臺燃油系統(tǒng)主要特點

1.1供油壓力固定

燃油系統(tǒng)的發(fā)動機燃油供油壓力跟系統(tǒng)來油壓力成線性關(guān)系。不同型號發(fā)動機、不同試驗狀態(tài)下的供油壓力范圍不盡相同，油庫為滿足不同型號發(fā)動機的供油要求，需要各自配置油罐和管線。

1.2燃油流量測量范圍窄

燃油系統(tǒng)的發(fā)動機燃油流量測量使用兩個流量計，一個用于大流量測量、一個用于小流量測量。在不同發(fā)動機狀態(tài)測量燃油流量時需進行流量計切換，無自校準功能。

1.3單體設(shè)計

燃油系統(tǒng)的部件從廠家發(fā)運至施工現(xiàn)場安裝后進行現(xiàn)場沖洗和調(diào)試，現(xiàn)場安裝和調(diào)試周期長、成本高。

1.4供油壓力受燃油消耗量影響

燃油系統(tǒng)的發(fā)動機燃油供油壓力跟燃油系統(tǒng)來油壓力和燃油消耗量成反比關(guān)系。發(fā)動機大狀態(tài)工作時，為彌補流量增大引起的壓力降低，需將來油壓力增大來彌補。

1.5部分系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測

燃油系統(tǒng)的只進行系統(tǒng)壓力監(jiān)控、流量測量，系統(tǒng)功能單一，無法對系統(tǒng)進行控制和調(diào)節(jié)，系統(tǒng)自保護能力和糾錯能力不強。

2試車臺燃油系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

2.1供油壓力可調(diào)

系統(tǒng)供油壓力可調(diào)，可以在來油壓力不變得情況下將系統(tǒng)供油壓力調(diào)整至需要范圍。不同的發(fā)動機、不同試驗狀態(tài)下試車，可以使用相同的系統(tǒng)來油壓力。

2.2燃油流量測量準確

采用兩個高精度、大量程流量計串聯(lián)，兩個流量計之間互為校準，兩者的測量值進行比對，差值在允許范圍內(nèi)時，將測量值處理后輸出。

2.3模塊化設(shè)計、組合

采用模塊化設(shè)計，將系統(tǒng)分為幾大功能模塊，分模塊安裝調(diào)試，撬裝式組裝后，整體聯(lián)調(diào)發(fā)運。現(xiàn)場只進行管道安裝和動態(tài)調(diào)試，發(fā)運成本低、安裝調(diào)試周期短、成本低。

2.4電液伺服閉環(huán)調(diào)壓

采用電液伺服閉環(huán)調(diào)壓技術(shù)，可以極大的提高系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)精度和工作穩(wěn)定性，確保發(fā)動機在不同的燃油消耗狀態(tài)得到穩(wěn)定的供油壓力，消除了因供油壓力波動對發(fā)動機工作穩(wěn)定性的影響。保證了發(fā)動機工作狀態(tài)穩(wěn)定。

2.5測控一體化

燃油系統(tǒng)和發(fā)動機電氣控制系統(tǒng)相連，當出現(xiàn)系統(tǒng)故障時，保障燃油供油并自動改變發(fā)動機狀態(tài)，確保發(fā)動機和設(shè)備安全。

3燃油系統(tǒng)主要功能及實現(xiàn)方法

3.1調(diào)壓

為確保在相同來油壓力下有一定變化范圍的壓力輸出，外界需提供一個壓力穩(wěn)定、流量足夠的來油壓力源。該來油壓力源可以是油庫直接提供高壓、大流量的來油，也可以是試車臺使用燃油增壓泵將油庫的低壓供油增壓后提供。

燃油系統(tǒng)將高壓油源進行降壓調(diào)節(jié)，可以使用壓力調(diào)節(jié)閥在主油路節(jié)流降壓，通過調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)閥開度滿足不同壓力和流量下的燃油供應；也可以使用一定容積的儲油罐，來油進入油罐后，使用壓縮空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)供油壓力。

3.2除水與除氣

燃油系統(tǒng)油濾組件具有自動排水閥和自動排氣閥，去除水分和空氣對流量測量的影響，提供了測量精度。

3.3流量測量

燃油系統(tǒng)串聯(lián)安裝兩個高精度且測量范圍寬的雙轉(zhuǎn)子渦輪流量計用于燃油流量測量，該流量計具有雙反向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，可以使渦流效應最小化，測量精度高。

3.4應急供油

使用壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)壓的系統(tǒng)，在閥前設(shè)置一定容積的儲油罐，罐體預充裝一定壓力和體積的氣體，系統(tǒng)工作出現(xiàn)壓力波動時，儲油罐內(nèi)壓力對來油進行自適應性補償；來油壓力異常時可以進行系統(tǒng)補油和系統(tǒng)報警，確保系統(tǒng)來油異常時，使用儲油罐內(nèi)的剩余燃油達到降低狀態(tài)、安全停車的目的。

使用儲油罐調(diào)壓的系統(tǒng)，根據(jù)液位傳感器的輸出和液位控制的設(shè)定邏輯，在液位低時進行系統(tǒng)報警并降低發(fā)動機狀態(tài)，確保無系統(tǒng)來油時，使用儲油罐內(nèi)的剩余燃油達到降低狀態(tài)、安全停車的目的。

3.5狀態(tài)監(jiān)測

燃油系統(tǒng)在燃油分布管道上安裝有燃油溫度傳感器和燃油壓力傳感器，用于監(jiān)測系統(tǒng)燃油的溫度、燃油來油壓力、儲油罐壓力和燃油供應壓力。在儲油罐安裝有帶液位分級感應功能的液位傳感器，用于實時監(jiān)測儲油罐液位和液位狀態(tài)顯示。

3.6測控一體化

燃油系統(tǒng)與設(shè)備控制系統(tǒng)和建筑物控制系統(tǒng)相連，系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)、狀態(tài)報警在設(shè)備控制系統(tǒng)的測控界面實時顯示，系統(tǒng)的作動控制元件與系統(tǒng)狀態(tài)調(diào)節(jié)元件采用遠程控制，在設(shè)備控制系統(tǒng)的測控界面可即時完成，在發(fā)動機試車過程中即可調(diào)控，無需停車等待。

燃油系統(tǒng)的溫度、來油壓力、儲油罐壓力、燃油供應壓力和儲油罐液位等燃油系統(tǒng)信號傳輸至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。根據(jù)預設(shè)燃油系統(tǒng)的狀態(tài)閥值，數(shù)采系統(tǒng)控制面板按需顯示系統(tǒng)狀態(tài)和測量參數(shù)；根據(jù)預設(shè)的控制邏輯，在系統(tǒng)偏離正常狀態(tài)時，分級作動控制元件和調(diào)節(jié)元件，直至切斷燃油供應。

4典型的燃油系統(tǒng)設(shè)計

典型的燃油系統(tǒng)由燃油調(diào)控模塊、臺架燃油模塊和連接管路組成。典型燃油系統(tǒng)主要部件如表1。

14 氣動蝶閥 V1 將燃油液位計的液位高度信號轉(zhuǎn)換為電信號后，控制閥門開度：當油罐液位低于低液位時，閥門全開，直到液位到達高液位；當液位高于高液位時，閥門全關(guān)，直到液位到達低液位

15 氣動蝶閥 V2 根據(jù)作動筒活塞位置，接通或斷開到發(fā)動機的燃油供應

16 液位傳感器 FS1 感受應急油罐內(nèi)的液位高度，并將液位高度轉(zhuǎn)換為電信號，控制系統(tǒng)元件動作：

超低液位（1）-電氣測控系統(tǒng)報警，提示立即停車；

低液位（2）-電氣測控系統(tǒng)全部打開氣動蝶閥；

高液位（3）-電氣測控系統(tǒng)全部關(guān)閉氣動蝶閥；

超高液位（4）-電氣測控系統(tǒng)停止變流量增壓泵工作

17 儲油油罐 FT1 用于存儲一定量的燃油，當燃油到達超低液位時，油罐內(nèi)的燃油能夠保證發(fā)動機在慢車冷卻后，正常停車

18 流量計 FM1、FM2

19 調(diào)壓閥 PR1 將壓縮空氣調(diào)整到設(shè)定壓力

20 壓力傳感器 PT1 感受燃油罐后的燃油壓力，并將燃油壓力傳輸?shù)诫姎鉁y控系統(tǒng)

21 壓力傳感器 PT2 感受發(fā)動機進口的燃油壓力，并將燃油壓力傳輸?shù)诫姎鉁y控系統(tǒng)

22 溫度傳感器 TS1 感受燃油罐后的燃油溫度，并將燃油溫度傳輸?shù)诫姎鉁y控系統(tǒng)

23 泄壓閥 PRV1 當閥門下游的燃油壓力高于上游壓力時，泄放閥門下游的壓力

24 泄壓閥 PRV2 泄放變流量增壓泵后的燃油，為儲油油罐提供穩(wěn)定的燃油

25 空氣消音器 FS1、FS2 減小空氣排放到大氣時的噪音

26 電磁閥 SV1、SV2 控制閥門位置

27 作動筒 LS1 根據(jù)電磁閥的位置，控制閥門V1接通與關(guān)閉

4.1調(diào)壓

通過調(diào)節(jié)空氣調(diào)壓閥的壓力，改變儲油油罐的燃油壓力，進而改變?nèi)加拖到y(tǒng)的供油壓力。

4.2流量測量

系統(tǒng)配置兩個高精度燃油流量計。兩個流量計互為校準，當兩者之間的差值大于設(shè)定誤差后，會給電氣測控系統(tǒng)提供報警信號。

4.3模塊化設(shè)計

燃油調(diào)控模塊位于燃油間內(nèi)，主要部件有燃油增壓泵、油濾、儲油油罐、流量計、壓縮空氣調(diào)壓閥等。臺架燃油模塊位于試車間推力臺架上，主要部件有燃油氣動閥門、電磁閥和泄壓閥。燃油調(diào)控模塊在系統(tǒng)供應商車間內(nèi)前已經(jīng)整體組裝在一個撬裝體上，臺架燃油模塊在系統(tǒng)供應商車間內(nèi)已經(jīng)組裝成一個整體，連接管道根據(jù)施工圖紙進行預加工。

在模塊發(fā)運前，系統(tǒng)供應商對模塊預調(diào)試完成，確保模塊功能正常、所有參數(shù)均符合設(shè)計要求。模塊在整體發(fā)運到試車臺施工現(xiàn)場后，按照施工圖紙進行定位、與外部管道連接。對設(shè)備進行簡單的調(diào)試和檢查，即可完成設(shè)備的交付驗收，大大節(jié)省了系統(tǒng)的安裝和調(diào)試周期。

4.4應急供油

儲油油罐具有一定的容積。當油罐內(nèi)的液位處于超低液位時，油罐內(nèi)剩余的燃油仍然可以保證發(fā)動機安全停車。

4.5狀態(tài)監(jiān)測

系統(tǒng)使用壓力報警傳感器對重要部位的燃油壓力進行了狀態(tài)監(jiān)控。當燃油壓力范圍超出設(shè)定值時，傳感器會向電氣測控系統(tǒng)提供報警信號。

4.6測控一體化

燃油系統(tǒng)配置了大量的傳感器，用于系統(tǒng)參數(shù)采集。系統(tǒng)對燃油系統(tǒng)儲油油罐后的壓力、發(fā)動機進口處的壓力、儲油罐后的燃油溫度等進行了采集，并可以實時調(diào)節(jié)儲油油罐的供氣壓力。系統(tǒng)對儲油油罐的液位進行實時監(jiān)測，并根據(jù)油罐的液位變化，控制油罐上游的閥門開度，進而控制油罐內(nèi)的液位高度。