某型燃油泵测试设备的设计

蒋龙 马云鹏

摘要：航空燃油泵在其装机前未进行性能检测，需整架飞机装配好后，飞机地面开动发动机才能检测其性能的完好，一旦燃油泵带故障装机，就需将其拆卸下来，返回承制單位进行维修，严重影响飞机的交付进度和维修进度，为解决此问题，需研制飞机燃油泵测试设备，该文阐述了该设备的液压原理和电器原理及其重要组成元器件，实现了燃油泵的检测要求，提高了飞机的交付进度和维修效率。

关键词：燃油泵;散热装置;真空泵;工控机

1  概述

航空燃油泵在飞机燃油系统中占有重要地位，其主要作用将燃油箱中的燃油经其增压后，输送到飞机发动机，其性能能否满足要求，对飞机发动机性能有直接影响。燃油泵一旦发现问题，需返回承制单位修理，浪费大量的人力、物力和时间，为了加速生产周期，需研制一款燃油泵测试装置，在装机前对燃油泵进行性能和功能检测，判定燃油泵是否合格，减少燃油泵在装机后的故障率，同时在飞机故障修理维护中，可快速检测燃油泵是否有故障，避免不必要的麻烦。

2  被测泵的检测需求

①能够控制油泵的工作和停止;②完成起动电压和起动电流测试;③完成工作电压和工作电流测试;④在规定流量下，泵消耗电流及出口压力的测试;⑤能够控制油泵出口流量;⑥能够完成油泵低油面吸油性能检验;⑦完成高空性能测试，能够设置液面压力为0kPa～-60kPa;⑧能自动绘制被测试燃油泵的出口压力特性曲线（P-t曲线）、出口流量特性曲线（Q-t曲线）或出口压力流量曲线（P-Q曲线）等。

3  测试系统的组成

3.1 总体设计

由于航空燃油是一种易挥发易爆的介质，在封闭空间，当空气中的比例达到一定值时，在电火花的作用下，就会引起火灾，甚至爆炸。为保证人员、设备的安全，我们将测试设备的防静电和防爆贯穿整个设计过程，系统元器件采用具有防爆功能的元器件。

燃油泵测试设备由燃油泵试验台和控制柜两部分组成，其中燃油泵试验台主要由工作油箱、储油箱、自循环净化装置、压力流量温度检测、阀门调节装置、抽真空装置、测试电缆、安装附件及底盘等组成。控制柜包含防爆动力配电柜、控制台等。

工作油箱：留有被测试泵的安装接口，具有良好的密封性，并设置液位标尺;被测试泵安装及操作空间符合人机工程原理，可旋转，方便安装试验泵及以后设备的扩展。

自循环净化装置：能够实现工作油箱和储油箱间的燃油转移，不但可实现储油箱燃油循环净化，而且可以实现工作油箱燃油循环、散热。

阀门调节装置：实现被测试泵工作流量的调节。

抽真空装置：满足工作油箱抽真空的要求（可提供

-100kPa压力）。

压力流量温度检测：实现压力、流量、温度的实时检测，并与计算机连接实现控制系统闭环。

控制柜：控制系统中硬件控制核心为各类传感器和工业控制计算机，通过LABVIEW软件完成指令产生，命令解释和执行，数据采集、分析和显示，存储和提取数据。

3.2 液压系统原理

液压系统原理图见图1。对虚线框内的流量计和电动调节阀进行相应设置，并按液压原理图连接，就可实现多型号燃油泵的测试要求。

①储油油箱油液净化：

将防爆电动三通阀（5）、防爆开关（26）分别旋转至自循环状态，开启循环泵机组（6），油液经吸油滤（3），防爆电动三通阀（5），单向阀（7），过滤器（8）防爆开关（26）即可循环净化储油油箱中油液，经一段时间过滤后，打开取样阀（9），对油液进行检查，满足要求后，停止过滤循环。

②工作油箱注油：

将防爆电动三通阀（5）旋转至自循环状态、关闭防爆开关（26），打开防爆开关（11）;开启泵机组件（6），油液经吸油滤（3），防爆电动三通阀（5），单向阀（7），过滤器（8）防爆开关（11），即可向工作油箱中注油。

③接被测试泵调试：

将被测试泵与相应的安装口固定，被测试泵与合适管路可靠连接，连接好动力电缆插头;

将打开电动调节阀（20），按②步骤操作，向工作油箱中注油，注到要求液位位置，停止循环泵机组。

若需调节真空度，开启抽真空装置（12），直到工作油箱真空度满足试验要求位置;启动被测试泵，即可进行被测试泵性能检验。

④工作油箱排油：

打开防爆开关（25）、（26），防爆电动三通阀（5）旋转到抽油状态;

开启循环泵机组（6），即可将工作油箱中油液抽回储油油箱中。

3.3 部件设计

①泵机组成。

该测试设备要求低压大流量，而且测试介质为煤油，密度轻，具有轻腐蚀性，故采用离心泵。CDLF不锈钢离心泵是一种多功能产品，可以输送各种不同介质的工业液体，适用液体温度为：-15℃～+70℃，流量范围为0.4～180m3/h和输出压力为0.67MPa。

CDLF不锈钢离心泵为安装标准电机的非自吸立式多级离心泵，通过联轴器直接将电机轴与泵头连接，进出口设置在泵底，且在同一直线上，可根据用户需求配备智能保护器，对泵过载、缺相、干转等使用情况进行有效保护。为了满足防爆要求，配备防爆电机，防爆等级DⅡBT4，提高了产品的安全可靠性。

②流量计。

流量计采用涡轮流量计具有高精度高、重复性好、无零点漂移、抗干扰能力好、高量程比等优点。

③真空装置。

真空泵选用国内知名品牌，质量可靠，经久耐用。选用真空泵抽气速率为40m3/h（48kg/h），极限压力为：0.5mbar。

④散热装置。

散热装置主要由风冷散热器和温度传感器组成，温度传感器可将监测的温度信号传输到面板触摸屏上，实时显示系统温度，并结合PLC实现温度70℃报警，75℃强制停机（可根据要求进行调整）。

工作时，燃油系统中高温油流经燃油冷却装置，在散热器中与高速流动的冷空气进行高效热交换，迫使油温降低，直至工作溫度，确保燃油系统正常工作。

3.4 电气系统原理

电气控制部分由防爆动力配电柜和控制台组成，防爆动力配电柜的防爆标准为ExdⅡBT4，放置在试验台旁边。主要由接触器，断路器，热过载继电器，电流、电压变送器，功率因数变送器和防爆连接器等组成，控制被测试件和循环泵、真空泵的启停以及保护被测试件和循环泵、真空泵，并检测和输送电压、电流以及功率因数信号。控制台为琴台式，操作方便舒服，放置在离试验台较远的位置，主要包括工控机、信号采集板卡、操作按钮和旋钮等，用来操作试验台的启停和调节以及采集试验台试验数据，并进行数据显示、存储和分析。

动力电源经断路器、接触器、过载继电器供给被测试件，其中断路器给试验件提供短路保护，过载继电器提供过载保护，接触器控制被测试件的通断。

每个被测试件都提供连接电缆，在试验时，用连接电缆把动力配电柜上的防爆连接器和被测试件连接，进行试验。不试验时，去掉连接电缆。

电压、电流变送器和功率因数变送器检测到电压、电流、功率因数后，输出标准模拟信号，提供给信号采集卡，经工控机上安装的测试软件换算成试验数据，在显示器上显示。

被测试件出口压力变送器、流量变送器以及液面压力变送器输出标准模拟信号直接提供给信号采集卡，经工控机上安装的测试软件换算成试验数据，在显示器上显示。

循环泵出口压力、油液温度、工作油箱液位经相应变送器输出标准模拟信号直接提供给信号采集卡，由工控机上安装的测试软件换算成试验数据，在显示器上显示。面板上的控制按钮、旋钮等用来控制试验油泵的启停和出口流量调节以及循环泵、真空泵的启停和油液输送和循环。

3.5 电气部件选择

①工控机。

工控机采用研华高可靠稳定性的研华工业控制计算机，保证系统可靠稳定运行。

②主板。

主板选用集成Intel酷睿i3 处理器，主频2.5GHz，4G内存具有以下优点：

板上最大可焊接1GB DDR2 533/400 SDRAM;集成RJ-45接口双千兆局域网;

高性能Intel图形媒体加速器;

集成CompactFlash卡插槽;

支持后端I/O信号，接线简单;

8KB安全数据备份EEPROM;双通道（ECC）DDR3 1066/1333MHZ，最大支持16GB。

③数据采集板。

NI 6229是一款多功能M系列数据采集（DAQ）板卡。NI M系列数据采集设备为性能、价值、I/O性能和安全性设立了新的标准。NI M系列多功能DAQ在单个设备中集成了模拟输入、模拟输入、计数器/定时器和数字I/O。凭借NI-STC 2系统定时控制器、NI-PGIA 2放大器技术、NI-MCal校准方法和高速数字隔离装置，M系列已成为新一代基于PC的数据采集设备。M系列可支持USB、PCI、PXI、PCIExpress和PXI Express总线。

4  结束语

经实际应用表明：该燃油泵测试设备，可模拟燃油泵的实际使用工况，可以检测燃油泵的性能指标，满足燃油泵装机前的检验要求。该设备结构合理，测量准确，精度高，使用便捷，维护性强，性能稳定，可实时显示试验数据，且具有一定的可扩展性，具有非常高的应用价值。

参考文献：

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作者简介：蒋龙（1983-），男，陕西延安人，工程师，硕士，研究方向为飞机地面保障装设备设计;马云鹏（1995-），男，工程师，本科，研究方向为飞机地面保障装设备设计。