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燃油壓力交變高壓篩選試驗臺的研發及應用

日期：2019-05-27 來源：作者：

摘要：該文介紹了一種航空燃油壓力交變高壓篩選試驗臺設計的原理部分，對試驗臺工作原理進行了詳細的分析，對各油路的作用作出了具體說明，并對實現壓力交變高壓篩選的過程進行了詳細的敘述。

高壓篩選試驗臺的作用是適用于特定產品燃油部件的高壓篩選試驗，用于考核被試驗件的耐壓疲勞可靠性。本文設計了一種能對特定產品燃油部件進行耐壓疲勞可靠性試驗的試驗臺，主要完成以下試驗項目：燃油高壓壓力交變高壓篩選試驗。

1 設計方案

高壓篩選試驗臺的試驗參數如圖 1，工作原理如圖 2。

1.1 交變壓力控制回路

如圖 2 中 101 及 102 部分。這個部分主要由過濾器、變量柱塞泵、比例溢流閥、比例減壓閥、伺服比例閥、比例流量閥、壓力變送器、溫度傳感器等組成。被試件連接在試件箱內供油軟管（24）和回油軟管（25）之間，即可對被試件按圖 1 所示壓力時間曲線進行高壓篩選試驗，考核被試驗件的耐壓疲勞可靠性等性能。

1.2 油溫控制回路

如圖 2 中 200 及 300 部分，這個部分主要由保溫油箱、集油油箱、齒輪泵組、過濾器、加熱器、散熱器、溫度傳感器、液位計等組成。用于控制設備油液的溫度，可根據被試件對油溫的要求進行相應控制。

1.3 試件艙部分

主要用來放置被試件，關閉艙門進行試驗。

1.4 油液介質、油液溫度、系統壓力

試驗臺設計使用加熱溫度不超過 80℃，系統壓力不超過 15MPa 的 RP-3 航空燃油。

2 試驗臺工作原理

2.1 系統壓力調節過程

系統壓力調節過程的原理圖見圖 2，調壓過程由比例溢流閥和比例減壓閥來完成。

起動變量柱塞泵后，關閉卸荷開關，控制比例溢流閥的電壓使系統壓力變送器采集系統壓力，控制比例減壓閥使試驗壓力變送器采集到試驗所需壓力值；比例溢流閥為常開式帶機械限壓閥，壓力zui大時通電閥關閉，壓力zui小時斷電閥打開，比例減壓閥為常閉式閥，通電閥打開壓力增大，斷電閥關閉壓力減小。

單向閥用于防止高壓壓力回沖損壞油泵。

壓力調節過程采用計算機 PID 調節控制，有效地控制升壓和降壓的過程，防止油壓較大波動。

采用比例溢流閥和比例減壓閥的組合調壓方式，使系統輸出壓力更穩定更精確，經調節后的壓力油供給伺服比例閥。

2.2 壓力交變高壓篩選調節過程

壓力交變高壓篩選調節過程的原理圖見圖 2, 調壓過程由伺服比例閥和比例流量閥完成。

調節后的油壓進入伺服比例閥后，通過在相應時間控制伺服閥 A 通道的閥電壓使閥 P-A 通道獲得相應的開啟度，實現壓力時間曲線，如圖 1 所示。

在 t1 時段內增加伺服比例閥的電壓，使閥的 P-A 口逐漸開啟，壓力曲線按圖 1 中 t1 時段上升，當壓力上升至試驗所需zui大壓力時停止閥電壓的增加。

在 t2 時段內保持伺服比例閥在 t1 時段的電壓，使閥的P-A 口維持 t1 時段的zui終開啟度，壓力曲線按圖 1 中 t2 時段保持試驗所需zui大壓力。

在 t3 時段內減小伺服比例閥的電壓，使閥的 P-A 口逐漸關閉，壓力曲線按圖 1 中 t3 時段下降，當下降至試驗所需zui小壓力時，停止閥電壓的減小。

在 t4 時段內保持伺服比例閥在 t3 時段時的電壓，使P-A 口維持 t3 時段的zui終開啟度，壓力曲線按圖 1 中 t4 時段保持試驗所需zui小壓力。

從 t1 到 t4 四個時段的時間總和為一個循環周期，伺服比例閥閥芯開啟從全關到全開的響應時間zui快為 10ms，即壓力交變高壓篩選試驗的zui快循環周期能達到 120 次 /min。

伺服比例閥為閉式閥，斷電或零電壓時為全關狀態，可通過控制各個時段的時間來實現試驗臺對壓力時間曲線從零壓力或任意壓力開始的交變高壓篩選試驗。采用伺服比例閥實現壓力時間曲線的方式可分別設置t1 到 t4 四個時間，即可實現梯形波、類方波、三角波等波形曲線。

比例流量閥默認開啟一定開度，作用在于壓力交變高壓篩選試驗過程中對被試件內的油液進行交換，以維持被試件對油液溫度的要求。

試件艙為密閉結構設計，設置開門報警裝置，在試驗過程中開啟試件艙的門系統自動報警并作出停機處理。試件油液溫度由設置在試件入口管路上的溫度傳感器采集，此傳感器亦是試驗臺油液溫度控制的采集點。

2.3 油液溫度控制過程

油液溫度控制過程的原理圖見圖 2, 控制過程由齒輪泵組、加熱器、風冷散熱器等來完成。

油液溫度控制過程主要是靠對流動的油液進行加熱或散熱，齒輪泵組的工作可以使油箱的油液進行循環，啟動加熱器后便對油箱油液溫度進行加熱控制，啟動散熱器的風扇工作便可對油液溫度進行降溫。

采用流動式管道加熱器能有效地處理油箱油液加熱溫度的均勻性，避免油液加熱過程中的碳化現象。

超溫保護由設置在油箱上的溫度傳感器采集的溫度數據判斷。

磁翻板液位計指示油箱的液位并提供計算機顯示的液位數據。

集油油箱便于收集試件艙內試件滲漏的油液，設置試件艙漏油檢測裝置，在高壓篩選試驗過程中，當裝置檢測到滲漏的油液時，試驗臺自動作出報警停機的處理。通過電動三通閥的換向可以將集油油箱中的油液抽回至系統油箱并過濾，便于油液的回收利用。

3 試驗臺試驗方法

3.1 使用前檢查和準備

使用前應先檢查油箱油位及吸油開關是否開啟，油液固體污染度等級是否達到要求，配電系統是否完備正常，管路系統是否完備正常，還應檢查試驗臺內有無多余物。檢查完畢，根據試驗要求連接被試件供回油軟管。

3.2 試驗項目、方法及要求

試驗內容：壓力時間曲線、循環總周期。

試驗方法：

（1）壓力時間曲線：按被試件的技術指標設置試驗參數，啟動試驗臺進入自動測試，檢查顯示界面壓力時間曲線應滿足被試件要求的技術指標。

（2）循環總周期：按照被試件的循環周期要求，試驗臺在檢測至循環周期到達設置循環周期時，試驗臺應自動停機并保存所有試驗數據。

4 結語

（1）本試驗臺原理簡單，結構合理，操作方便，易于掌握，適用于特定飛機燃油部件系統的試驗。

（2）本試驗臺操作流程及數據均有記錄，具備良好的的質量可追溯性。

（3）本試驗臺自動化程度高，無須過多的試驗人員，節省人力成本。

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