加注系統(tǒng)控制端動態(tài)測試技術研究

俞文文

摘要：針對傳統(tǒng)的加注系統(tǒng)靜態(tài)檢測方法難以實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)控的問題，研究了加注系統(tǒng)狀態(tài)信息獲取方法，提出了穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)特征相融合的高壓氣動球閥開閉性能檢測與評價方法。通過位移傳感器和壓力傳感器測取二位五通閥和高壓氣動球閥的動態(tài)信號，試驗結(jié)果表明，各參數(shù)可有效反映加注系統(tǒng)的工作狀態(tài)變化，能夠為發(fā)射場故障檢測及發(fā)射保障提供有力的支持。

Abstract： Aiming at the problem that traditional static detection method of fuel supply system is difficult to realize dynamic monitoring， a state information acquisition method of fuel supply system was studied， and a testing and evaluating method of switching performance of high pressure pneumatic ball valve was proposed， which was combined with steady and transient characteristics. Dynamic signals of two bit five through valve and high pressure pneumatic ball valve were measured by displacement sensor and pressure sensor. Testing results show that the parameters can effectively reflect the change of working state of fuel supply system， which can provide strong support for fault detection and launch support of launch site.

關鍵詞：加注系統(tǒng)；控制端；動態(tài)檢測；氣動球閥

Key words： fuel supply system；control end；dynamic testing；pneumatic ball valve

中圖分類號：TP212.6 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）28-0151-03

0 引言

隨著發(fā)射技術的快速發(fā)展，對發(fā)射場設施設備也必須借助各種技術先進的檢測診斷儀器設備，研究形成適用有效、檢測準確、判斷正確的發(fā)射場設施設備檢測診斷技術，對發(fā)射場設施設備進行適時的性能狀態(tài)檢測，以確保及時進行故障診斷。從而及時、全面、準確地獲取設施設備的性能狀態(tài)和故障信息。在發(fā)射技術中，加注系統(tǒng)發(fā)揮著極為關鍵的作用。加注系統(tǒng)由驅(qū)動端、控制端、終端和監(jiān)控端組成。其中的重要設備氣動球閥作為加注系統(tǒng)的控制端更是發(fā)揮著其神經(jīng)中樞的作用。對于加注系統(tǒng)的檢測大多數(shù)只停留在靜態(tài)檢測[1]，難以在加注系統(tǒng)運行過程中對其實施動態(tài)監(jiān)控，以實現(xiàn)故障的及早診斷。長期使用過程中，系統(tǒng)控制端的單元二位五通閥和高壓氣動球閥可能會出現(xiàn)疲勞狀況，導致打開或關閉不到位或出現(xiàn)較長時間的遲滯現(xiàn)象，影響系統(tǒng)的加注過程。

1 加注系統(tǒng)檢測

1.1 方案設計

高壓氣動球閥由球閥本體和氣動執(zhí)行機構兩部分組成[2]，如圖1所示。

其中，換向動作是由氣動執(zhí)行機構—氣缸驅(qū)動球閥閥桿轉(zhuǎn)動，帶動球體正反向回轉(zhuǎn)90°來實現(xiàn)的[3，4]。設備工作原理是首先壓縮空氣由二位五通閥及管路a進入高壓氣動球閥兩側(cè)的氣缸，如圖2所示，通過活塞推動齒條向內(nèi)運動，齒條帶動齒輪轉(zhuǎn)動，中心軸旋轉(zhuǎn)帶動球閥本體產(chǎn)生關閉動作[5]，在進行關閉同時，齒條推動內(nèi)活塞向里運動，將內(nèi)腔的氣體通過管路b排出。反之，閥門打開。

為了對加注系統(tǒng)運行過程中的性能參數(shù)進行動態(tài)檢測，設計表1所示的加注系統(tǒng)檢測方案。

系統(tǒng)需要的主要設備有：拉繩位移傳感器、氣壓傳感器（3個）、信號記錄儀，以及信號線與電源導線等。三個氣壓傳感器的安裝方式如圖3所示，位移傳感器則安裝于氣路控制閥中下部的缺口處，并在系統(tǒng)正式測試前消除空回。

1.2 檢測步驟

根據(jù)加注系統(tǒng)檢測的方案設計進行檢測，具體步驟如下：

①通過軟件設置好信號曲線，將曲線下載給信號控制系統(tǒng)，信號控制系統(tǒng)對定位器輸出階躍信號；

②定位器將電信號轉(zhuǎn)成相應的氣信號給氣動執(zhí)行機構，氣動執(zhí)行機構帶動閥芯組件做90°轉(zhuǎn)角運動（直行程做上下直線運動），使閥門開啟或關閉；

③在閥門開啟或關閉的過程中，信號控制系統(tǒng)按大于50Hz的頻率不斷地采集壓力傳感器和定位器的閥位反饋的信號。

試驗過程中，各項數(shù)據(jù)通過軟件在曲線上直接提取，并生成報告。

2 檢測結(jié)果及分析

通過運行該檢測系統(tǒng)，采集4路傳感器的信號，對其進行濾波去掉噪聲，以球閥旋轉(zhuǎn)的角度為橫坐標，以進出氣口壓力為縱坐標，則球閥的壓力-時間曲線如圖4所示。

圖4反應了球閥在開啟和關閉全過程中，進氣口壓力變化曲線。球閥開啟過程：球閥在開啟前，球閥轉(zhuǎn)動角度保持在0度，進氣口壓力在二位五通閥的控制下由0逐漸增加到大約4兆帕即球閥開啟拐點，進氣口提供開啟動力；經(jīng)過拐點后球閥開始逐漸打開角度逐漸變大，而進氣口壓力稍微降低但總體變化不大，直至角度越過穩(wěn)定值85.02°撞擊到限位器上再回彈至穩(wěn)定角度，整個回彈過程轉(zhuǎn)角過沖量為4.98°；經(jīng)歷了過沖過程后，球閥開啟到位且角度穩(wěn)定不變，而進氣口壓力仍在增加直至5兆帕氣源壓力值。球閥關閉過程：球閥在關閉前，球閥轉(zhuǎn)動角度穩(wěn)定在85.02°，進氣口壓力在二位五通閥的作用下由5兆帕逐漸減少到大約1兆帕即球閥關閉拐點；經(jīng)過拐點后球閥開始逐漸關閉角度逐漸變小，而進氣口壓力基本不變，直至角度越過穩(wěn)定值0.04°撞擊到限位器上再回彈至穩(wěn)定角度，整個回彈過程轉(zhuǎn)角過沖量為2.21°；經(jīng)歷了過沖過程后，球閥關閉到位且角度穩(wěn)定不變，而進氣口壓力仍在減少直至0兆帕。整個過程通過圖4可以獲得球閥開關進氣口壓差均值為2.7609兆帕，球閥轉(zhuǎn)角穩(wěn)定值為0.04°、85.02°，轉(zhuǎn)角過沖量為4.98°、2.21°。

為了進一步研究球閥工作過程中的參數(shù)反映的工作狀態(tài)變化，設置帶執(zhí)行端和不帶執(zhí)行端兩種球閥，并研究球閥工作狀態(tài)變化對球閥進出口壓力的影響。

圖5中兩球閥的進氣口、出氣口壓力差與角度曲線上的開關閉過沖量，用于評價球閥開閉工作性能穩(wěn)定性。帶執(zhí)行端球閥通過曲線反應的過沖量較大，而右側(cè)不帶執(zhí)行端的球閥過沖量較小，說明執(zhí)行端對開閉工作性能穩(wěn)定性有一定的影響，執(zhí)行端對系統(tǒng)慣性有一定的影。

利用不同球閥做相應的試驗，獲得球閥的進出氣口壓力差—時間曲線，如圖6所示。整個曲線相比較，第二個球閥較為扁窄，說明第二個球閥的開啟和關閉力矩不大。試驗實際恰恰如此，在對第二個球閥進行測試的過程中，在球閥的下端并未接執(zhí)行關閉機構，所以阻力較小，通過曲線也證明該點。根據(jù)球閥開閉阻力矩值，評價球閥磨損程度和阻滯（積垢）程度。通過這兩個曲線的對比，說明如果針對同一球閥在使用過程不同時期對其測試，壓力差角度曲線中間越來越寬，說明球閥阻力越來越大，在球閥使用條件不變的情況下說明球閥使用質(zhì)量在退化，可能是球閥執(zhí)行端銹蝕、結(jié)晶等原因造成卡滯。因此，通過該曲線的寬窄變化可以反映球閥的使用狀態(tài)質(zhì)量的情況。

3 結(jié)論

本文研究了加注系統(tǒng)狀態(tài)信息獲取方法，提出了穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)特征相融合的高壓氣動球閥開閉性能檢測與評價方法，為發(fā)射場故障檢測及發(fā)射保障提供了有力的支持，希望能對今后發(fā)射場工作提供有力支持。

參考文獻：

[1]徐克俊，金星，鄭永煌，編著.航天發(fā)射場可靠性安全性與分析技術[M].北京：國防工業(yè)出版社，2006，12.

[2]王海蘭.淺析液壓系統(tǒng)中噪聲的危害及預防措施[J].液壓氣動與密封，2003（4）：40-42.

[3]埃斯曼，哈斯巴根，韋根特.滾動軸承設計與應用手冊[M].武漢：華中工學院出版社，1985.

[4]郜立煥.液壓系統(tǒng)振動與噪聲的原因分析[J].液壓與氣動，2005（12）：73-74.

[5]魯緒閣，云霄，錢抗抗.設備故障診斷技術綜述及其發(fā)展趨勢[J].礦山機械，2007，35（12）：14-18.