您當前的位置:檢測資訊 > 科研開發(fā)
嘉峪檢測網(wǎng) 2024-08-29 16:08
引言
壓力信號器是指安裝在燃氣輪機機體與周圍管路上的傳感器,其功能為檢測燃機油、氣介質(zhì)壓力,以實現(xiàn)壓力報警,針對壓力信號器開展可靠性驗證具有重要意義,如何在三綜合試驗箱內(nèi)對此類傳感器進行測試且不影響試驗正常進行是本文重點研究的工作。本文以某型壓力信號器為例,闡述其可靠性試驗方法及試驗中測試手段,通過設(shè)計壓力信號器測試系統(tǒng)專門對其動作壓力和靜態(tài)過載等指標進行測試,保障其可靠性試驗順利開展。
研究背景
目前國內(nèi)已經(jīng)具備燃機附件類產(chǎn)品自主研發(fā)、生產(chǎn)、試驗的能力,其可靠性關(guān)系到艦船航行任務的執(zhí)行效果。附件類產(chǎn)品的故障將直接導致機組狀態(tài)失控、功能喪失、工況改變和停機,危害燃氣輪機機組的穩(wěn)定運行。根據(jù)實船試驗中的故障統(tǒng)計數(shù)據(jù),壓力信號器的主要故障模式為損壞、達到動作壓力不閉合、絕緣破壞、誤動作等。由于壓力信號器可靠性指標高、可靠性試驗試驗時間長、試驗條件嚴苛,其可靠性試驗測試系統(tǒng)國內(nèi)尚無單位進行開發(fā)設(shè)計,針對壓力信號器可靠性試驗狀態(tài)下的功能性能測試系統(tǒng)需單獨進行設(shè)計,以驗證其在可靠性試驗中通斷功能是否完好。
試驗方案
依據(jù)GJB899A-2009《可靠性鑒定和驗收試驗》,壓力信號器可靠性試驗采用“溫度-濕度-振動”三綜合試驗的方式進行,依據(jù)標準中的規(guī)定,試驗條件選擇的優(yōu)先等級為實測應力>估計應力>參考應力,本次可靠性試驗前現(xiàn)場采集了壓力信號器實際安裝部位的的溫度、濕度以及振動應力,可靠性試驗中溫度、濕度及振動條件分別采用相應的實測應力。
選取定時截尾試驗方案21,決策風險α=β=30%,鑒別比3.0,試驗時間為1.1倍MTBF值,受試壓力信號器若發(fā)生1次或1次以上責任故障,則判定可靠性試驗不合格。試驗方案參數(shù)見表1。
表1 可靠性試驗方案參數(shù)
按照單件壓力信號器MTBF為5000h進行三綜合可靠性試驗,根據(jù)試驗方案21,總有效試驗時間不低于T=5000h×1.1=5500h,規(guī)定每個試驗循環(huán)為48h,根據(jù)可靠性試驗的要求,試驗中需對被試樣件進行功能性能測試,以驗證其功能完好性,檢測時機見表2。
表2 檢測時機

由于國內(nèi)目前針對壓力信號器進行可靠性試驗的案例較少,因此在三綜合試驗條件下對壓力信號器進行功能測試所需測試系統(tǒng)需要單獨設(shè)計定制,以滿足試驗中在規(guī)定測試點測試受試樣件的動作壓力。壓力信號器可靠性試驗時間較長,試驗中測點較多,測試系統(tǒng)需滿足不開試驗箱門的條件下完成參試樣件的試驗中測試,因此對其穩(wěn)定性及可靠性要求較高。
測試系統(tǒng)設(shè)計方案
1、設(shè)計要求及指標
本次燃氣輪機電氣附件中壓力信號器參試樣件共7種不同規(guī)格,動作壓力范圍涵蓋0.2 kg/cm²~4.5 kg/cm²,每種規(guī)格參試樣件為10件,共計70件。試驗中需在三綜合試驗條件下對其動作壓力及靜態(tài)過載進行測試,即對壓力信號器輸入給定的動作壓力,觀察其是否動作輸出相應電信號,由測量系統(tǒng)級進行采集記錄。
測試系統(tǒng)需具備輸出7個通道不同壓力油源的能力,各輸出壓力可根據(jù)測試要求進行調(diào)節(jié);需滿足同時連接70個壓力信號器,并提供測試油源壓力。測試系統(tǒng)滑油介質(zhì)采用4050航空潤滑油,設(shè)計獨立的移動油源。油源與被測件之間,通過軟管、閥塊等進行連接。用于安裝被測件的閥塊接口、軟管接口應可承受可靠性試驗中的振動。
2、測試原理
測試系統(tǒng)通過液壓源提供壓力源,通過調(diào)節(jié)閥對壓力調(diào)節(jié),通過接口管道連接被測器件,對被測器件施加壓力,被測器件在壓力作用下,產(chǎn)生相應動作,輸出電氣信號,由測量系統(tǒng)采集記錄。
被測壓力信號器根據(jù)動作壓力指標不同分為7種規(guī)格,動作壓力范圍0.02MPa~0.45MPa,靜態(tài)過載壓力范圍0.6MPa~6.5MPa。因壓力信號器均屬于壓力測試類器件,測壓腔均為封閉腔體,故測試用液壓源流量需求較小。因此,測試系統(tǒng)采用液壓源,具有流量小、壓力指標低、供壓通道多、供壓級別多、供壓范圍寬的特點。按照流體靜力學平衡原理和帕斯卡定律,采用各供壓通道相對獨立的設(shè)計方案,各獨立通道均獨立配置手動油泵、調(diào)壓器、截止閥、壓力表、壓力傳感器、排氣泄壓閥和管道等。單個通道的供壓原理如圖1所示。

圖1 壓力信號器測試系統(tǒng)單通道供壓原理圖
在截止閥、進油閥和排氣、卸壓閥全開狀態(tài)下,手動操作預壓油泵向閥塊、調(diào)壓器腔、被測件腔和連接管道中充入液壓介質(zhì),直至排氣、卸壓閥出口端連續(xù)輸出介質(zhì)。之后,關(guān)閉排氣、卸壓閥,繼續(xù)操作預壓油泵,觀察壓力表,至壓力值接近所需測試壓力指標,關(guān)閉截止閥,手動操作調(diào)壓器,對加載壓力值進行微調(diào),至壓力值達到所需測試壓力指標,關(guān)閉進油閥,被測器件壓力鎖定,壓力調(diào)整結(jié)束。測試中如需少量增壓,則打開進油閥,使用調(diào)壓器調(diào)節(jié)增加壓力,如需大量增壓,則松開調(diào)壓器手柄、打開截止閥、進油閥,操作預壓油泵增壓即可。測試完成或試驗中需卸載或降壓,打開排氣、卸壓閥,即可降壓或卸載。
3、測試流程
將7種不同規(guī)格的壓力信號器分為7組,將被測器件安裝到安裝板上并緊固,然后連接每個被測器件的轉(zhuǎn)接管。所有被測器件安裝完畢后,共計70個被測樣件。將組件安裝固定于三綜合試驗箱振動臺面上。測試系統(tǒng)的7個供壓通道,分別設(shè)計了溢流閥對最高測試壓力進行限制。
被測器件安裝連接和壓力限制保護驗證完成后,進行器件的測試。以P1通道為例,如圖2所示,P1通道的壓力信號器測試動作壓力0.02MPa為最小,介紹測試試驗過程。P1通道測試動作壓力為0.02MPa,測試靜態(tài)過載壓力為0.6MPa,壓力限制值為0.6MPa。

圖2 P1通道(0.02MPa壓力信號器)測試通道
測試過程如下:
1) 打開總進油球閥3.1、總回油球閥3.2;
2) 打開進氣截止閥5.1、進油球閥9.1、排氣泄壓閥11.1;
3) 手動操作預壓油泵,對測試管道、調(diào)壓器、被測器件測壓腔以及閥塊內(nèi)進行排氣。預壓油泵手動操作時必須緩慢進行,以免造成瞬時超壓。直至排氣口流出油液,完成排氣,關(guān)閉排氣泄壓閥11.1;
4) 關(guān)閉截止閥5.1,手動調(diào)節(jié)活塞式調(diào)壓器7手柄,觀察壓力表8.1所顯示壓力值。當壓力到達測試指標時,停止調(diào)節(jié),關(guān)閉進油球閥9.1,測量系統(tǒng)記錄壓力以及被測器件的反饋信號。
5) 測試完成,打開排氣泄壓閥11.1,卸壓,完成測試。
測試結(jié)果分析
根據(jù)壓力信號器可靠性試驗要求,試驗中按表2的檢測時機對參試樣件進行功能測試,以第一循環(huán)(48h)為例,試驗中使用壓力信號器測試系統(tǒng)測試的數(shù)據(jù)如表3所示。
表3 壓力信號器動作壓力測試結(jié)果
由表4可以看出,壓力信號器測試系統(tǒng)試驗中測試數(shù)據(jù)精度滿足測試需求,各型壓力信號器測試結(jié)果均在合格判決范圍內(nèi),測試全程均在三綜合試驗箱外進行,不影響可靠性試驗正常開展。
結(jié)束語
本文介紹了某型壓力信號器可靠性試驗方法,設(shè)計了一種壓力信號器測試系統(tǒng),采用滑油作為液壓源,設(shè)計獨立的供壓通道,具備同時連接70個參試樣件的能力,可完成壓力信號器動作壓力及靜態(tài)過載測試,測試精度高,極大地簡化了測試步驟,提升了測試效率,為完成燃氣輪機壓力信號器類附件可靠性試驗提供有力保障,為傳感器類受試樣件可靠性試驗方法提供參考。
引用本文:
劉玉石,王一飛,陳中青.某型壓力信號器可靠性試驗研究[J].環(huán)境技術(shù),2024,42(06):61-64.

來源:環(huán)境技術(shù)核心期刊