0 引言

        燃?xì)廨啓C(jī)透平葉片水流量測(cè)量機(jī)是一種燃?xì)廨啓C(jī)透平冷卻葉片采用水流量測(cè)量進(jìn)行測(cè)量檢測(cè)的裝置及方法。尤其重型燃?xì)廨啓C(jī)透平葉片，葉片尺寸大，要求試驗(yàn)用的水流量比其它渦輪葉片要求用的水流量大得多，水流量值范圍為：39500g/min～11300g/min；其試驗(yàn)要求的壓力比其它發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片水流量試驗(yàn)時(shí)的壓力低得多，為0.02MPa，脈動(dòng)可達(dá)到 0.002MPa。它是采用高位水箱給葉片試驗(yàn)、檢測(cè)提供水介質(zhì)，通過(guò)可選擇品種的各種流量計(jì)傳感器、PLC 可編程序控制器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行電氣控制和數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算、處理，用打印機(jī)打印測(cè)試數(shù)據(jù)，并通過(guò) PC 監(jiān)測(cè)機(jī)及顯示器組態(tài)模擬實(shí)施顯示。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)、檢測(cè)投產(chǎn)運(yùn)行，狀態(tài)良好，水液壓力和流量穩(wěn)定。該設(shè)備控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)、性能指標(biāo)完全達(dá)到生產(chǎn)工藝要求，解決了大型葉片型腔的無(wú)法檢測(cè)的問(wèn)題，提供了大型葉片型腔結(jié)構(gòu)的檢測(cè)設(shè)備、方式及方法，以及工藝生產(chǎn)檢測(cè)所需要的技術(shù)數(shù)據(jù)保存、存儲(chǔ)、輸出顯示、打印等設(shè)施和手段。

 

1 研制目標(biāo)及設(shè)備的設(shè)計(jì)原理

1.1 設(shè)計(jì)要求

        ①根據(jù)葉片種類要求 2 種測(cè)量類型：Φ15、Φ25。

        ②每次測(cè)量時(shí)間（周期）：1min。

        ③采用上位 PC 機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)模擬動(dòng)畫顯示、g/s、g/min 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示。

        ④操作者數(shù)據(jù)輸入、測(cè)量數(shù)據(jù)打印輸出。

        ⑤流量檢測(cè)精度：±0.2%。

 

1.2 系統(tǒng)組成及原理

1.2.1 測(cè)量裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)組成及原理

        該測(cè)量裝置機(jī)械系統(tǒng)包括高位水箱、下水箱、水泵、液位計(jì)、電磁流量計(jì)、各種閥門、主體框架及扶梯等。參見圖 1。

        ①主體框架的一側(cè)安裝有扶梯，用于上部高位水箱結(jié)構(gòu)的處理和操作之用。高位水箱內(nèi)部安裝有液位計(jì)，用于測(cè)量水位高度，通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理進(jìn)行模擬顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；其高度用來(lái)保證試驗(yàn)所需要的壓力，并設(shè)計(jì)成高度可調(diào)整結(jié)構(gòu)，精確地調(diào)整靜態(tài)水位的壓力，以保證水位壓力的精確數(shù)值。

 

        ②下水箱用于試驗(yàn)存儲(chǔ)及供水。下水箱通過(guò)水泵、過(guò)濾器、各種閥門、電動(dòng)閥門及管路系統(tǒng)為上水箱提供檢測(cè)用的水源。

        ③高位水箱的一側(cè)沿固定水位開有溢流口，并依次通過(guò)溢流口、溢流閥與下水箱連接，根據(jù)供水速率的大小調(diào)整溢流口的高度及大小，使高出水位的水直接流回下水箱，使高位水箱保持水位不變。

        ④高位水箱底部開有回水口，回水口通過(guò)管路、電磁閥、電磁流量計(jì)、回水閥及水管、葉片卡具連接被測(cè)量的葉片。在卡具的出水口前端安裝有壓力表，用于測(cè)量達(dá)到葉片的水的壓力，根據(jù)此壓力調(diào)整上水箱的水位高度。

        ⑤電磁流量計(jì)用于測(cè)量水的流量，是該系統(tǒng)地關(guān)鍵部件。采用德國(guó) E+H 公司 PROMAG53W 系列的電磁流量計(jì)。根據(jù)葉片行腔大小設(shè)計(jì)兩路獨(dú)立測(cè)量系統(tǒng)，可以根據(jù)實(shí)際測(cè)量物件進(jìn)行自動(dòng)選擇。流量計(jì)獲得的水流量數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算進(jìn)行數(shù)據(jù)處理保存，并實(shí)時(shí)顯示。

        ⑥被測(cè)葉片通過(guò)工作臺(tái)上的葉片卡具進(jìn)行裝卡，并通過(guò)卡具的回水口連接到下水箱，完成整個(gè)工作循環(huán)。

 

1.2.2 電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

        電氣控制系統(tǒng)包括：PLC 可編程控制器、電磁流量計(jì)、液位計(jì)、A/D 轉(zhuǎn)換器、主計(jì)算機(jī)、操作箱、控制柜、打印機(jī)等。

 

        操作箱用于操作控制，操作者可以進(jìn)行方式選擇、啟動(dòng)、停止及運(yùn)行狀態(tài)顯示監(jiān)測(cè)等。各種控制、數(shù)據(jù)信號(hào)分別通過(guò) PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和邏輯控制，并提供給計(jì)算機(jī)進(jìn)行狀態(tài)顯示及存儲(chǔ)打印。其執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括 3 個(gè)電動(dòng)閥門、1個(gè)水泵電機(jī)。3 個(gè)電動(dòng)閥門分別是 1 個(gè)進(jìn)水電動(dòng)閥（總）、2個(gè)回水電動(dòng)閥，用以控制上水、測(cè)量、放水、方式選擇等。其中，由于被測(cè)葉片種類不同，相互間流量值變化很大，為保證測(cè)試精度，采用兩種規(guī)格的電磁流量計(jì)獨(dú)立分開測(cè)量，通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的回水電動(dòng)閥進(jìn)行兩種流量測(cè)量的選擇。并具有動(dòng)作狀態(tài)指示。

 

        該測(cè)量裝置采用 PLC 控制器對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集運(yùn)算、邏輯控制、操作處理、顯示、故障狀態(tài)顯示，且能夠用打印機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)；利用計(jì)算機(jī)課實(shí)時(shí)顯示出試驗(yàn)數(shù)據(jù)；包括流量數(shù)據(jù)的克/秒、克/分、時(shí)間，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模擬，操作數(shù)據(jù)輸入：包括葉片零件號(hào)、批次號(hào)、操作者，并通過(guò)打印機(jī)打印。

 

2 水流量檢測(cè)工作邏輯流程

        該測(cè)量系統(tǒng)所用水必須為純凈水，工作環(huán)境潔凈無(wú)塵。開始工作，首先安裝好標(biāo)準(zhǔn)葉片，接通電源，電源、PLC控制器及電磁流量計(jì)工作正常的情況下，無(wú)任何報(bào)警信號(hào)指示時(shí)，啟動(dòng)水泵電機(jī)，水泵從下水箱抽水加壓，下水箱中的水經(jīng)第一電動(dòng)閥和進(jìn)水閥進(jìn)入上水箱，當(dāng)上水箱的水位的水壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，液位計(jì)發(fā)出信號(hào)，表示系統(tǒng)可以開始測(cè)量。

 

        選擇葉片種類的測(cè)量方式，即“品種 1”、 “品種 2”，啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的電動(dòng)閥—— — 回水閥，水經(jīng)過(guò)電磁流量計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)葉片流回下水箱。此時(shí)檢查壓力表數(shù)值是否達(dá)到工藝要求的數(shù)據(jù)，如有誤差，必須對(duì)上水箱的溢流閥位置進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，直到壓力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)為止，則葉片水壓正常。換下標(biāo)準(zhǔn)葉片，安裝待檢葉片。按下測(cè)試按鈕開始計(jì)量，通過(guò)電磁流量計(jì)測(cè)量出每秒鐘水的流量（g/s）和每分鐘的流量（g/min），通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)算處理和存儲(chǔ)，由顯示器顯示這些數(shù)據(jù)并由打印機(jī)打印出來(lái)。當(dāng)一分鐘測(cè)試完成后，電動(dòng)閥自動(dòng)關(guān)閉，第一電動(dòng)閥換向，水直接流回下水箱，上水箱的水位保持不變。檢驗(yàn)被測(cè)數(shù)據(jù)是否符合標(biāo)準(zhǔn)葉片標(biāo)定值，若符合，結(jié)束測(cè)試，將水泵停止，清理水箱。或者完成一分鐘測(cè)試后，繼續(xù)更換葉片，再進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，開始新的測(cè)試工作。測(cè)試期間，為便于工人觀測(cè)，計(jì)算機(jī)始終監(jiān)測(cè)并模擬顯示整個(gè)系統(tǒng)工作變化情況。

3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)狀態(tài)模擬顯示（圖 2 ）

        “組態(tài)王”是運(yùn)行于 Microsoft Windows XP/NT 中文平臺(tái)的全中文界面的組態(tài)軟件，窗體框架結(jié)構(gòu)，界面直觀易學(xué)易用。采用了多線程、COM 組件等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)多任務(wù)，軟件運(yùn)行穩(wěn)定可靠。我們可以通過(guò)簡(jiǎn)單的模塊組合工作，就可實(shí)現(xiàn)所需的軟件功能。它將人機(jī)界面、硬件通訊、數(shù)據(jù)庫(kù)、趨勢(shì)曲線、報(bào)表、報(bào)警以及網(wǎng)絡(luò)功能集成為一個(gè)個(gè)的功能模塊，根據(jù)用戶需求進(jìn)行豐富的設(shè)計(jì)。

 

4 結(jié)論

        該水流量檢測(cè)系統(tǒng)采用 OMRON 可編程序控制器（PLC），利用流量計(jì)進(jìn)行高位水箱檢測(cè)葉片行腔結(jié)構(gòu)的方法，完全達(dá)到工藝指標(biāo)和生產(chǎn)操作要求，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便，水流量十分穩(wěn)定無(wú)波動(dòng)，易于維護(hù)修理和操作。同時(shí)組態(tài)界面模擬狀態(tài)顯示，更加人性化，更具有先進(jìn)性，其性能也穩(wěn)定可靠。

 

編輯：電磁流量計(jì)

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