某型燃油泵測試設備的設計

蔣龍 馬云鵬

摘要：航空燃油泵在其裝機前未進行性能檢測，需整架飛機裝配好后，飛機地面開動發動機才能檢測其性能的完好，一旦燃油泵帶故障裝機，就需將其拆卸下來，返回承制單位進行維修，嚴重影響飛機的交付進度和維修進度，為解決此問題，需研制飛機燃油泵測試設備，該文闡述了該設備的液壓原理和電器原理及其重要組成元器件，實現了燃油泵的檢測要求，提高了飛機的交付進度和維修效率。

關鍵詞：燃油泵;散熱裝置;真空泵;工控機

1 ?概述

航空燃油泵在飛機燃油系統中占有重要地位，其主要作用將燃油箱中的燃油經其增壓后，輸送到飛機發動機，其性能能否滿足要求，對飛機發動機性能有直接影響。燃油泵一旦發現問題，需返回承制單位修理，浪費大量的人力、物力和時間，為了加速生產周期，需研制一款燃油泵測試裝置，在裝機前對燃油泵進行性能和功能檢測，判定燃油泵是否合格，減少燃油泵在裝機后的故障率，同時在飛機故障修理維護中，可快速檢測燃油泵是否有故障，避免不必要的麻煩。

2 ?被測泵的檢測需求

①能夠控制油泵的工作和停止;②完成起動電壓和起動電流測試;③完成工作電壓和工作電流測試;④在規定流量下，泵消耗電流及出口壓力的測試;⑤能夠控制油泵出口流量;⑥能夠完成油泵低油面吸油性能檢驗;⑦完成高空性能測試，能夠設置液面壓力為0kPa～-60kPa;⑧能自動繪制被測試燃油泵的出口壓力特性曲線（P-t曲線）、出口流量特性曲線（Q-t曲線）或出口壓力流量曲線（P-Q曲線）等。

3 ?測試系統的組成

3.1 總體設計

由于航空燃油是一種易揮發易爆的介質，在封閉空間，當空氣中的比例達到一定值時，在電火花的作用下，就會引起火災，甚至爆炸。為保證人員、設備的安全，我們將測試設備的防靜電和防爆貫穿整個設計過程，系統元器件采用具有防爆功能的元器件。

燃油泵測試設備由燃油泵試驗臺和控制柜兩部分組成，其中燃油泵試驗臺主要由工作油箱、儲油箱、自循環凈化裝置、壓力流量溫度檢測、閥門調節裝置、抽真空裝置、測試電纜、安裝附件及底盤等組成。控制柜包含防爆動力配電柜、控制臺等。

工作油箱：留有被測試泵的安裝接口，具有良好的密封性，并設置液位標尺;被測試泵安裝及操作空間符合人機工程原理，可旋轉，方便安裝試驗泵及以后設備的擴展。

自循環凈化裝置：能夠實現工作油箱和儲油箱間的燃油轉移，不但可實現儲油箱燃油循環凈化，而且可以實現工作油箱燃油循環、散熱。

閥門調節裝置：實現被測試泵工作流量的調節。

抽真空裝置：滿足工作油箱抽真空的要求（可提供

-100kPa壓力）。

壓力流量溫度檢測：實現壓力、流量、溫度的實時檢測，并與計算機連接實現控制系統閉環。

控制柜：控制系統中硬件控制核心為各類傳感器和工業控制計算機，通過LABVIEW軟件完成指令產生，命令解釋和執行，數據采集、分析和顯示，存儲和提取數據。

3.2 液壓系統原理

液壓系統原理圖見圖1。對虛線框內的流量計和電動調節閥進行相應設置，并按液壓原理圖連接，就可實現多型號燃油泵的測試要求。

①儲油油箱油液凈化：

將防爆電動三通閥（5）、防爆開關（26）分別旋轉至自循環狀態，開啟循環泵機組（6），油液經吸油濾（3），防爆電動三通閥（5），單向閥（7），過濾器（8）防爆開關（26）即可循環凈化儲油油箱中油液，經一段時間過濾后，打開取樣閥（9），對油液進行檢查，滿足要求后，停止過濾循環。

②工作油箱注油：

將防爆電動三通閥（5）旋轉至自循環狀態、關閉防爆開關（26），打開防爆開關（11）;開啟泵機組件（6），油液經吸油濾（3），防爆電動三通閥（5），單向閥（7），過濾器（8）防爆開關（11），即可向工作油箱中注油。

③接被測試泵調試：

將被測試泵與相應的安裝口固定，被測試泵與合適管路可靠連接，連接好動力電纜插頭;

將打開電動調節閥（20），按②步驟操作，向工作油箱中注油，注到要求液位位置，停止循環泵機組。

若需調節真空度，開啟抽真空裝置（12），直到工作油箱真空度滿足試驗要求位置;啟動被測試泵，即可進行被測試泵性能檢驗。

④工作油箱排油：

打開防爆開關（25）、（26），防爆電動三通閥（5）旋轉到抽油狀態;

開啟循環泵機組（6），即可將工作油箱中油液抽回儲油油箱中。

3.3 部件設計

①泵機組成。

該測試設備要求低壓大流量，而且測試介質為煤油，密度輕，具有輕腐蝕性，故采用離心泵。CDLF不銹鋼離心泵是一種多功能產品，可以輸送各種不同介質的工業液體，適用液體溫度為：-15℃～+70℃，流量范圍為0.4～180m3/h和輸出壓力為0.67MPa。

CDLF不銹鋼離心泵為安裝標準電機的非自吸立式多級離心泵，通過聯軸器直接將電機軸與泵頭連接，進出口設置在泵底，且在同一直線上，可根據用戶需求配備智能保護器，對泵過載、缺相、干轉等使用情況進行有效保護。為了滿足防爆要求，配備防爆電機，防爆等級DⅡBT4，提高了產品的安全可靠性。

②流量計。

流量計采用渦輪流量計具有高精度高、重復性好、無零點漂移、抗干擾能力好、高量程比等優點。

③真空裝置。

真空泵選用國內知名品牌，質量可靠，經久耐用。選用真空泵抽氣速率為40m3/h（48kg/h），極限壓力為：0.5mbar。

④散熱裝置。

散熱裝置主要由風冷散熱器和溫度傳感器組成，溫度傳感器可將監測的溫度信號傳輸到面板觸摸屏上，實時顯示系統溫度，并結合PLC實現溫度70℃報警，75℃強制停機（可根據要求進行調整）。

工作時，燃油系統中高溫油流經燃油冷卻裝置，在散熱器中與高速流動的冷空氣進行高效熱交換，迫使油溫降低，直至工作溫度，確保燃油系統正常工作。

3.4 電氣系統原理

電氣控制部分由防爆動力配電柜和控制臺組成，防爆動力配電柜的防爆標準為ExdⅡBT4，放置在試驗臺旁邊。主要由接觸器，斷路器，熱過載繼電器，電流、電壓變送器，功率因數變送器和防爆連接器等組成，控制被測試件和循環泵、真空泵的啟停以及保護被測試件和循環泵、真空泵，并檢測和輸送電壓、電流以及功率因數信號。控制臺為琴臺式，操作方便舒服，放置在離試驗臺較遠的位置，主要包括工控機、信號采集板卡、操作按鈕和旋鈕等，用來操作試驗臺的啟停和調節以及采集試驗臺試驗數據，并進行數據顯示、存儲和分析。

動力電源經斷路器、接觸器、過載繼電器供給被測試件，其中斷路器給試驗件提供短路保護，過載繼電器提供過載保護，接觸器控制被測試件的通斷。

每個被測試件都提供連接電纜，在試驗時，用連接電纜把動力配電柜上的防爆連接器和被測試件連接，進行試驗。不試驗時，去掉連接電纜。

電壓、電流變送器和功率因數變送器檢測到電壓、電流、功率因數后，輸出標準模擬信號，提供給信號采集卡，經工控機上安裝的測試軟件換算成試驗數據，在顯示器上顯示。

被測試件出口壓力變送器、流量變送器以及液面壓力變送器輸出標準模擬信號直接提供給信號采集卡，經工控機上安裝的測試軟件換算成試驗數據，在顯示器上顯示。

循環泵出口壓力、油液溫度、工作油箱液位經相應變送器輸出標準模擬信號直接提供給信號采集卡，由工控機上安裝的測試軟件換算成試驗數據，在顯示器上顯示。面板上的控制按鈕、旋鈕等用來控制試驗油泵的啟停和出口流量調節以及循環泵、真空泵的啟停和油液輸送和循環。

3.5 電氣部件選擇

①工控機。

工控機采用研華高可靠穩定性的研華工業控制計算機，保證系統可靠穩定運行。

②主板。

主板選用集成Intel酷睿i3 處理器，主頻2.5GHz，4G內存具有以下優點：

板上最大可焊接1GB DDR2 533/400 SDRAM;集成RJ-45接口雙千兆局域網;

高性能Intel圖形媒體加速器;

集成CompactFlash卡插槽;

支持后端I/O信號，接線簡單;

8KB安全數據備份EEPROM;雙通道（ECC）DDR3 1066/1333MHZ，最大支持16GB。

③數據采集板。

NI 6229是一款多功能M系列數據采集（DAQ）板卡。NI M系列數據采集設備為性能、價值、I/O性能和安全性設立了新的標準。NI M系列多功能DAQ在單個設備中集成了模擬輸入、模擬輸入、計數器/定時器和數字I/O。憑借NI-STC 2系統定時控制器、NI-PGIA 2放大器技術、NI-MCal校準方法和高速數字隔離裝置，M系列已成為新一代基于PC的數據采集設備。M系列可支持USB、PCI、PXI、PCIExpress和PXI Express總線。

4 ?結束語

經實際應用表明：該燃油泵測試設備，可模擬燃油泵的實際使用工況，可以檢測燃油泵的性能指標，滿足燃油泵裝機前的檢驗要求。該設備結構合理，測量準確，精度高，使用便捷，維護性強，性能穩定，可實時顯示試驗數據，且具有一定的可擴展性，具有非常高的應用價值。

參考文獻：

[1]王占勇，唐元恒，等.電驅動燃油泵通用測試裝置的設計與實現[J].液壓氣動與密封，2017（5）：71-75.

[2]劉延俊.液壓元件使用指南[M].北京：化學工業出版社，2008：27-29.

[3]付平，常德功.密封設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2009：127-129.

[4]李中年.電控技術與PLC[M].北京：清華大學出版社，2014：21.

[5]崔永生.飛機液壓系統污染原因分析及控制[J].液壓氣動與密封，2009（3）：53-55.

作者簡介：蔣龍（1983-），男，陜西延安人，工程師，碩士，研究方向為飛機地面保障裝設備設計;馬云鵬（1995-），男，工程師，本科，研究方向為飛機地面保障裝設備設計。