一、設(shè)計(jì)思想
燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)由三部分組成，分別為燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)、水力測功機(jī)測量控制系統(tǒng)、燃?xì)廨啓C(jī)外圍輔助設(shè)備。 燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)負(fù)責(zé)燃?xì)廨啓C(jī)本體及臺(tái)架外系統(tǒng)參數(shù)的顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。兩個(gè)系統(tǒng)彼此獨(dú)立運(yùn)作，但數(shù)據(jù)互通，并做有冗余設(shè)計(jì)。每個(gè)系統(tǒng)又分為兩部分，分別是硬件部分和軟件部分。硬件部分主體為電腦，通過電腦搭載的軟件系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器儀表使用硬件實(shí)現(xiàn)的各種功能，從而減少了硬件數(shù)量，提高了系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性和可靠性；軟件部分主體為虛擬儀器平臺(tái)，它集成了各類虛擬儀器的主要功用，如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、硬件控制等，加上可以自主編程的人機(jī)操作界面，達(dá)到了使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用更為便捷的目的，同時(shí)大大減小了儀器儀表的開發(fā)費(fèi)用。
水力測功機(jī)測量控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)水力測功器參數(shù)的顯示和控制，并將采集到的信息傳輸給燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)；
燃?xì)廨啓C(jī)外圍輔助系統(tǒng)保障燃?xì)廨啓C(jī)正常運(yùn)行。
二、方案概述
2.1 燃?xì)廨啓C(jī)外圍輔助系統(tǒng)及其監(jiān)測方案
燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)臺(tái)是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，其不僅需要燃?xì)廨啓C(jī)及各試驗(yàn)參試設(shè)備全部妥善安裝，更離不開各燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)臺(tái)外系統(tǒng)的支持。一個(gè)完備的燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)臺(tái)至少應(yīng)具備的外系統(tǒng)及其測點(diǎn)布置列舉如下：
2.1.1、燃油系統(tǒng)。燃油系統(tǒng)負(fù)責(zé)供給燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行所需的燃油；燃油系統(tǒng)前端連接燃油箱，燃油進(jìn)入燃油系統(tǒng)后，先經(jīng)過粗濾器，過濾油中雜質(zhì)，再經(jīng)過燃油增壓泵增加， 最終經(jīng)燃油精濾器精濾后，直接連接燃?xì)廨啓C(jī)燃油系統(tǒng)，在各個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行工況供給燃油。燃油系統(tǒng)通過裝在回油管路上的調(diào)節(jié)閥控制輸入燃?xì)廨啓C(jī)燃油的流量。數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)需要監(jiān)測燃油系統(tǒng)輸入燃?xì)廨啓C(jī)燃油系統(tǒng)燃油的壓力、溫度、流量等參數(shù)。
2.1.2、滑油系統(tǒng)。滑油系統(tǒng)負(fù)責(zé)供給燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)軸潤滑的潤滑油；燃?xì)廨啓C(jī)能否可靠工作在很大程度上取決于滑油系統(tǒng)的狀態(tài)。燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行時(shí)，各結(jié)合面必須供給滑油以減少結(jié)合面的摩擦和磨損，防止其出現(xiàn)腐蝕、表面硬化甚至零部件脫落現(xiàn)象。此外，潤滑油還可以帶走部分高溫件產(chǎn)熱、摩擦產(chǎn)熱、結(jié)合面間硬夾雜物等，也可作為某些自動(dòng) 裝置的工作液體。由于消耗量小，滑油系統(tǒng)大多都做成循環(huán)式的，滑油從滑油箱中流入燃?xì)廨啓C(jī)滑油系統(tǒng)，并接收工作過的滑油，將其經(jīng)過過濾、換熱后重新返回滑油箱。滑 油系統(tǒng)通過裝在冷卻水系統(tǒng)上的調(diào)節(jié)閥控制滑油回油溫度，當(dāng)滑油箱溫度過低時(shí)，可以通過滑油加熱系統(tǒng)對滑油進(jìn)行加熱。數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)需要監(jiān)測滑油箱溫度、液位和進(jìn)出口滑油壓力、溫度等。
2.1.3、壓縮空氣系統(tǒng)。壓縮空氣系統(tǒng)負(fù)責(zé)供給燃?xì)廨啓C(jī)氣動(dòng)控制、噴油嘴供氣等所需的壓縮空氣；場地上，壓縮空氣直接從空壓站引出，數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)需監(jiān)測壓縮空氣總管壓力。
2.1.4、水系統(tǒng)。水系統(tǒng)負(fù)責(zé)水力測功器（功率輸出端）的水供應(yīng)和潤滑油的冷卻。各系統(tǒng)用水直接從進(jìn)水母管引出，故數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)僅需監(jiān)水系統(tǒng)中進(jìn)水母管壓力。
2.1.5、進(jìn)排氣系統(tǒng)。進(jìn)氣系統(tǒng)負(fù)責(zé)給低壓壓氣機(jī)輸送空氣，排氣系統(tǒng)負(fù)責(zé)排放燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的廢氣。由于直接輸入氣體進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)，進(jìn)氣系統(tǒng)是燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)臺(tái)檢查 要求最高的外系統(tǒng)。必須定期進(jìn)行檢查，確保各進(jìn)氣室、水平進(jìn)氣轉(zhuǎn)接段、上進(jìn)氣轉(zhuǎn)接段無異物，各進(jìn)氣濾器、防護(hù)網(wǎng)完好。排氣系統(tǒng)要注意排放廢氣的指標(biāo)，確保其不超過 相關(guān)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)需監(jiān)測進(jìn)氣總壓、進(jìn)氣靜壓、進(jìn)氣溫度、排氣總壓、排氣溫度等參數(shù)。
2.1.6、視頻監(jiān)控系統(tǒng)
2.1.7、消防系統(tǒng)
2.1.8、燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)
由于需監(jiān)測的信號點(diǎn)較多，為便于設(shè)計(jì)者的程序維護(hù)、線路布置和維護(hù)人員的檢修，計(jì)劃在燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)臺(tái)旁設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集箱，數(shù)據(jù)采集箱內(nèi)裝有數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)采集 站。數(shù)據(jù)采集單元負(fù)責(zé)給各傳感器供電，并接收各傳感器信號。數(shù)據(jù)采集站整合現(xiàn)場采 集到的數(shù)據(jù)整合進(jìn)入數(shù)據(jù)采集箱，最終匯入上位機(jī)并由軟件讀取，組成完整的燃?xì)廨啓C(jī) 試驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)。
2.1.9、水力測功機(jī)測量控制系統(tǒng)
水力測功機(jī)是燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)重要的一環(huán)，本次水力測功器測量控制系統(tǒng)中所配合使用的水力測功器為上海啟策公司生產(chǎn)的水力測功器，在測功器本體上設(shè)有滑油站、扭矩測量設(shè)備等。 其配套的測量控制系統(tǒng)主要包含以下幾部分：
① 數(shù)據(jù)監(jiān)測：采集測功器正常運(yùn)行所需的各種數(shù)據(jù)，如進(jìn)出水溫度、進(jìn)水壓力、滑油壓力等，當(dāng)有監(jiān)測數(shù)據(jù)超限時(shí)及時(shí)報(bào)警。
② 進(jìn)出水閥：采集進(jìn)出水閥閥位信號及其運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)閥卡塞或達(dá)到最大最小閥位 時(shí)報(bào)警；對閥位的控制方面，運(yùn)行人員可采用旋轉(zhuǎn)編碼器對進(jìn)出水閥進(jìn)行手動(dòng)控制，也可使用由計(jì)算機(jī)控制。
③ 扭矩測量：傳感器位于水力測功器腔室內(nèi)，測量控制系統(tǒng)接收實(shí)時(shí)扭矩值并計(jì)算功率。
④轉(zhuǎn)速測量：傳感器位于水力測功器軸末端，測量控制系統(tǒng)接收實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速值并計(jì)算功率。
⑤ 校準(zhǔn)模塊：可使用系統(tǒng)自帶的校準(zhǔn)模塊進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)時(shí)，先確定零位，再使用測力環(huán)增大測功器扭矩并度數(shù)，再輸入至校準(zhǔn)模塊中即可。
三、系統(tǒng)性分析
① 可靠性設(shè)計(jì)
硬件方面，本次數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)在現(xiàn)場單獨(dú)設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采集站，整合了場地采集的信號，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，大大簡化了線路數(shù)量， 也就提高了可靠性；軟件方面，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件使用了兩臺(tái)主/備服務(wù)站，連入同局域網(wǎng)中互為備份，只要其中任意一臺(tái)正常工作，系統(tǒng)可以正常運(yùn)作且數(shù)據(jù)傳輸完整。
② 測試性設(shè)計(jì)
在燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)前靜態(tài)調(diào)試時(shí)，可給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)供電進(jìn)行檢查。程序中會(huì)顯示和水力測功器測量控制系統(tǒng)與場地?cái)?shù)據(jù)采集站的連接狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)自檢測，并可以通過進(jìn)出水閥旋鈕對進(jìn)出水閥遠(yuǎn)控狀態(tài)進(jìn)行調(diào)試。
③ 安全性設(shè)計(jì)
燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)了故障檢測系統(tǒng)，對信號輸入異常、信號超差等 狀態(tài)進(jìn)行檢測并報(bào)警，及時(shí)提醒運(yùn)行人員確認(rèn)，保障燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行安全；水力測功器測量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了進(jìn)出水閥鎖定系統(tǒng)，當(dāng)有信號異�；虻綦姮F(xiàn)象發(fā)生時(shí)，進(jìn)出水閥會(huì)維持當(dāng)前閥位并報(bào)警，確保不會(huì)因?yàn)樗y功器運(yùn)行狀態(tài)異常導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)不安全狀態(tài)的發(fā)生。
④ 維修性設(shè)計(jì)
在依照設(shè)計(jì)原則與需求的前提下，本次設(shè)計(jì)盡量減少了轉(zhuǎn)接頭布置，并大量采用了電連接器設(shè)計(jì)，具備防插錯(cuò)功能；傳感器均以系統(tǒng)為單位統(tǒng)一安裝，提高了傳感器檢定、 故障檢查的便利性；同時(shí)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，在用的數(shù)個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)臺(tái)均采用同類傳感器、相同電氣接口和相同采集通道順序，保證了在系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)，除進(jìn)行模塊 更換檢查外，也可通過整體更換的方式進(jìn)行快速維修，確保燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整體維修的簡易、快捷。
⑤ 綜合保障性設(shè)計(jì)
本次設(shè)計(jì)中，各系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了通用化，各模塊均可互換；同時(shí)采用備用模塊設(shè)計(jì)，降低了運(yùn)行人員在運(yùn)行檢查和維修時(shí)的技術(shù)要求。
⑥環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)
滑油系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了加熱模塊，當(dāng)滑油因溫度低導(dǎo)致流動(dòng)不暢時(shí)可進(jìn)行加熱；各數(shù)據(jù)采集柜所使用的模塊可以在 0~60 攝氏度下工作，滿足臺(tái)架要求。
四、試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)圖及主要測量點(diǎn)
- 大氣壓力
- 大氣溫度
- 大氣濕度
- 燃機(jī)進(jìn)口壓降
- 燃機(jī)排氣壓降
- 燃機(jī)排氣溫度
- 測功器轉(zhuǎn)速
- 測功器扭矩
- 測功器功率
- 燃料流量
- 燃料壓力
- 燃料溫度
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