某航空發動機油封車控制系統設計

周易，陶國云，王鐵軍

（中國航發沈陽發動機研究所，沈陽 110000）

0 引言

油封車是基于某航空發動機維護和保障要求而設計的配套地面保障設備，用于燃油系統和滑油系統的油封。本文對油封車的控制系統進行了詳細設計，在設計過程中，充分考慮了系統可靠性、安全性、環境適應性、可維修性?；赑LC平臺設計控制系統軟件，能夠實現全流程自動化運行。

田少政等[1]根據發動機油封需求，結合多型號發動機的結構特點，簡述了多型號發動機綜合油封設備的功用、組成、工作原理及主要技術難點和解決方法；韓斐等[2]闡述了某型航空發動機綜合油封設備的功用、組成及工作原理，并簡要說明了在研制過程中所使用的主要部附件的特點及相關設計思路；張津東[3]設計一種地面油封裝置，它能夠對航空發動機在地面上或是在存放航空發動機的工廠中進行油啟封，而航空發動機則無需移動位置，可以很好地滿足軍用需求，具有一定的實際應用價值；溫海濤等[4]介紹了一種通用型發動機油啟封裝置的研制方案，說明了該設備的組成、工作原理及在設計過程中解決的主要的技術問題；石宏月等[5]著眼于航空裝備技術保障的未來發展，首先分析了國內外通用保障裝備的發展和現狀，然后提出了研究通用型航空發動機油封裝置的重要意義，以滑油加溫脫水、電氣控制、機械設計、液壓管路設計及軟件設計等知識為基礎，提出了通用型航空發動機油封車的設計思路，并進行了初步理論論證；王洲偉等[6]介紹了一種新型通用溫控油封車的設計方案，闡述了該油封車的組成、工作原理及主要部分的設計說明；姜曉蓮等[7]介紹某種航空發動機油封裝置的設計，主要說明了該裝置的功用與主要性能指標、主要技術方案，以及在設計過程中所采用的創新技術和解決的關鍵技術問題。

1 油封車工作原理

油封車是在發動機機冷運轉狀態下，向燃油系統和滑油系統提供一定壓力、溫度和清潔度潤滑油的維護保障設備。油封車工作原理大致可分為循環過濾、加溫脫水、冷卻保溫和油封4個步驟，具體流程如下所述。

1）循環過濾?；驮谟头廛噧炔窟M行循環過濾，直至滑油清潔度化驗合格，過濾完成。

2）加溫脫水。啟動電加溫器，滑油循環加溫，利用溫度傳感器監測油箱內滑油溫度，自動控制電加熱器的啟停，使滑油溫度保持在一定范圍內（該溫度應高于水的沸點），直至完成加溫脫水工作。

3）冷卻保溫。啟動空氣冷卻器，當滑油循環降溫至目標溫度時，關閉空氣冷卻器；冷卻保溫過程中溫度傳感器自動控制電加溫器的啟停，維持油溫在目標溫度附近。

4）油封。用供油軟管組件連接油封車與發動機接口，打開供油管路，關閉循環管路，開始給發動機油封；油封過程中，溫度傳感器實時監測滑油溫度，自動控制電加溫器的啟停，使油封過程中的滑油溫度始終維持在目標溫度附近，完成發動機油封。

2 控制系統設計

2.1 總體方案

油封車控制系統包括以下6個部分。

1）控制箱。控制箱包含控制系統的大部分主要元器件，如PLC、觸摸屏、按鈕及聲音報警器、變壓器、直流電源、斷路器、接觸器等。

2）電加熱器。電加熱器安裝于油箱內部，用于油封油的加熱加溫脫水。

3）散熱風機。用于油封油的冷卻降溫。

4）油泵電動機。用于帶動油泵進行油封打壓。

5）電磁閥。供油電磁閥和回油電磁閥各1個，用于油路控制。

6）變送器。壓力變送器2個，用于監測油濾前后壓力；溫度變送器1個，用于監測油箱內油溫。

控制系統按層次分為控制級、過程級和設備級，網絡拓撲結構如圖1所示。

圖1 控制系統拓撲結構圖

控制級為控制箱門處安裝的觸摸屏及按鈕、聲音報警器，能夠實現控制系統各項功能的操作及參數監視。

過程級的PLC能夠采集設備級的各項參數進行監視，控制設備級的各元器件運行，實現系統的各種控制邏輯。設備級包含實現控制系統功能的各類電氣元件。

2.2 硬件設計

油封車控制系統采用380 V、50 Hz三相三線制供電，并在電源插座處提供地線以實現油封車整體接地。通過控制變壓器和直流電源為各電氣元件提供不同類型的供電。

電加熱器、油泵電動機、散熱風機的供電回路均包含斷路器和接觸器，電加熱器的加熱棒共用1路接觸器，油泵電動機和散熱風機共用1路斷路器。

將控制變壓器的輸出端定義為控制回路，利用“控制回路啟動”帶燈自鎖按鈕實現控制回路的通斷?？刂苹芈分邪≒LC、觸摸屏、各電氣元件的接觸器線圈、直流電源、電磁閥、變送器及各按鈕和報警裝置。

PLC通過中間繼電器控制各接觸器的通斷，采集并監視各變送器參數，采集各按鈕的控制信號，控制聲音報警裝置。

上述電氣元件均安裝在控制箱，各供電回路、控制信號回路、采集信號回路通過控制箱底部的電連接器連接至設備級的電氣元件。

系統選用的所有電氣元件均需要滿足使用環境溫度、三防等要求。

2.3 軟件設計

油封車控制系統軟件包括PLC控制程序和觸摸屏程序2個部分。

PLC控制程序能夠實現控制系統的全部功能，包括系統的上電/斷電、油封油循環過濾、加熱加溫脫水、降溫、油封整個流程的自動控制、各變送器的參數監視、超限報警、緊急情況的急停。

根據工作流程需求，設計的PLC控制程序的全部變量如表1所示。

表1 PLC控制程序變量表

基于上述變量表，設計全工作流程的自動控制邏輯如表2所示。

表2 自動控制邏輯表

觸摸屏程序能夠顯示控制系統的全部參數，操作人員的所有操作均能在觸摸屏上完成。觸摸屏操作界面示意圖如圖2、圖3所示。

圖2 觸摸屏自動模式示意圖

圖3 觸摸屏手動模式示意圖

當使用自動模式時，操作人員只需在觸摸屏右側設定好工作流程的開始/停止，以及對應的控制參數，控制程序根據油箱內溫度變送器的數值自動控制電加熱器和散熱風機的通斷電以控制油溫，并自動控制各個電磁閥的通斷，觸摸屏左側顯示系統各設備及傳感器狀態供操作人員監視，油濾前后壓差、油箱內溫度、供油壓力有超上限報警，通過聲音報警裝置和觸摸屏文字提示進行報警。

當使用手動模式時，所有設備的啟動/停止操作均在觸摸屏上通過按鈕實現，操作人員可手動進行各項工作流程的操作，或進行設備調試。

2.4 箱體設計

控制箱本身具有IP67級防護，能夠保護箱內的電氣元件?？刂葡潴w上及控制箱門處安裝的電氣元件同樣具有IP67 級防護?？刂葡鋬鹊碾姎庠刹粷M足IP67級防護，通過控制箱為其提供保護。

控制箱門處的元器件為操作人員需要操作的部分，包括電源指示燈、聲音報警裝置、控制回路啟動帶燈自鎖按鈕、急停蘑菇頭自鎖按鈕、觸摸屏。

3 性能分析

3.1 可靠性分析

控制箱所有元器件均選用成熟的貨架產品，滿足可靠性要求；控制箱的電連接器都有防松措施，滿足可靠性要求；控制箱箱體材料采用的不銹鋼能夠耐腐蝕，保證了控制箱的功能、性能，滿足可靠性要求。

3.2 安全性分析

控制箱380 V供電電源線采用三相四線制，設有接地線，滿足安全性要求；控制箱防護等級為IP67，滿足安全性要求。

3.3 環境適應性分析

所選元器件均能滿足工作環境溫度要求；控制系統整體滿足三防要求，可以適應各種使用環境。

3.4 維修性分析

控制箱結構簡單，便于檢查和排故；外部接線采用電連接器的插座插頭形式，方便維修和更換損壞部件。

4 結論

油封車控制系統設計綜合考慮了先進性、繼承性、合理性?；赑LC平臺設計的控制系統軟件能夠實現全流程自動化運行，具有一定的創新性。對后續同類產品的設計生產具有指導意義。