一种冲压涡轮自动化仿真试验系统及试验方法与流程

1.本发明涉及发动机部件试车台地面考核试验技术领域，更具体地，涉及一种冲压涡轮自动化仿真试验系统及试验方法。


背景技术：

2.冲压涡轮试验件是发动机的关键部件之一，在发动机研制、改进改型过程中，需通过地面发动机部件试验车台，仿真飞机飞行状态的各种环境参数，比如高度、压力、温度等，以获得该关键部件的相关飞行参数并按照特定加载谱进行加载，从而对该关键部件进行真实有效考核。
3.在cn201710389219.9压气机驱动的涡轮叶片测试系统公开测试系统包括：燃气产生装置，用于产生燃气，所述燃气产生装置包括压气机、压气机电机以及燃烧室，所述压气机与压气机电机匹配，在压气机电机的驱动下向燃烧室提供气体；测试装置，所述测试装置包括试验涡轮，与燃烧室连通；动力控制装置，所述动力控制装置包括动力涡轮；所述试验涡轮设置于燃烧室与动力涡轮之间，所述试验涡轮和动力涡轮均设置于燃烧室之后，且与燃烧室连通；燃烧室所产生的燃气驱动动力涡轮，试验涡轮在动力涡轮带动下转动。该专利提供的涡轮叶片的测试系统能够模拟真实环境的情况下对涡轮叶片进行测试，但是现有的冲压空气涡轮寿命考核试验台由于仿真高空环境的电气控制系统及加载考核的转速驱动系统互相独立且分散，真空度的抽取及加载需手动逐点操作，自动化程度不高，安全保护措施有限，控制精度不能保证且无法完成连续多次循环加载。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是针对冲压空气涡轮寿命考核试验台系统独立、自动化程度不高且无法完成连续多次循环加载的不足，提供一种冲压涡轮自动化仿真试验系统。
5.本发明另一技术问题是提供一种冲压涡轮自动化仿真试验方法。
6.本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
7.一种冲压涡轮自动化仿真试验系统，包括数据采集模块、数据综合模块、中心控制模块和输出模块；
8.数据采集模块，包括环境数据模块和工件数据模块，采集环境参数和工件试验参数，并传输至数据综合模块；
9.数据综合模块，将数据采集模块的各设备互联，实现顺序控制和联锁控制，并将数据传输至中心控制模块；
10.中心控制模块，包括可视化界面模块、数据储存模块、设备运转监控模块、限制值操作模块和循环载荷谱预设值模块，中心控制模块收到数据综合模块传来的数据开启命令后，设定好参数的循环载荷谱预设置模块启动，设备运转监控模块对其状态进行监控，并由可视化界面模块显示以及数据储存模块进行数据储存；
11.输出模块，连接中心控制模块以及试验装置，将中心控制模块的进程指令发送至
试验装置。
12.进一步地，所述数据采集模块包括工作传感器或者plc采集装置。优选地，所述数据采集模块采用plc采集装置。
13.进一步地，所述环境数据模块收集的参数包括真空度和温度，所述工件数据模块收集的参数包括转速、滑油压力、滑油温度、涡轮振动值、电机电压和电机电流。
14.进一步地，所述中心控制模块还设有程序编辑模块，用于对试验程度的编辑和输入。
15.进一步地，所述可视化界面模块包括参数显示区、状态显示区、信息显示区和中间工作区，
16.进一步地，所述中间工作区包括流程工作区、寿命加载工作区和重要参数曲线显示区。
17.进一步地，所述循环载荷谱预设置模块中设置的参数包括真空度、转速、加减速时间、加载时间和加载周期。
18.进一步地，所述限制值操作模块包括警报值和停车限值的设定、修改和储存。
19.一种冲压涡轮自动化仿真试验方法，步骤包括：
20.s1.将冲压涡轮安装在考核试验台上，然后连接好相应的转速、压力、温度传感器，合上真空舱，保持整个系统的输出及信息传输正常；
21.s2.根据需要仿真的飞行高度，在中心控制模块中输入试验进程的真空度、对应转速、停留时间、加减速时间；根据寿命考核要求，在中心控制模块中输入载荷谱参数、加载时间和加载周期；根据安全试验条件，在中心控制模块中输入转速停车值、滑油压力温度限制值、振动报警值等；
22.s3.启动试验装置，自动化系统处于设备运转监控状态，当中心控制模块收到数据综合模块传来的加载开始命令后，循环载荷谱预设置模块启动，试验将按预设的载荷谱及加载时间和加载周期进行。
23.进一步地，操作者若进行手动逐点控制，通过数据综合模块调节变频器的起停、速度给点和真空泵的起停。
24.与现有技术相比，有益效果是：
25.本发明将电气控制系统和驱动系统整合为一体，通过变频调速技术、工业以太网技术、pid控制技术，实现设备的起动、停车、转速调整、驱动电机加减速、步进电机驱动桨叶角度控制、真空泵控制、滑油泵控制等。同时能按照加速模拟循环载荷谱预先设置对应转速、停留时间、加减速时间等进行自动试验控制，实现仿真高空环境及寿命考核试验时完全自动化及连续多次循环加载，保证控制和同步精度，强化了车台安全保护措施，提高了试验安全性。
附图说明
26.图1是空气涡轮寿命考核试验台组成图；
27.其中，1真空泵，2驱动系统，3变速箱，4涡轮试验件，5真空实验舱，6转速传感装置，7振动传感装置，8试验系统；
28.图2是冲压涡轮自动化仿真试验系统架构图；
29.图3是中心控制模块流程界面图。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
33.实施例1
34.如图1，一种冲压空气涡轮寿命考核试验台，包括真空实验舱，所述真空实验舱2与真空泵1连接，真空实验舱5内设有试验件安装座，安装座与驱动系统2以及变速箱3连接，安装座上固定有涡轮。所述真空实验舱5内壁安装有真空度传感装置，涡轮试验件上安装有转速传感装置和振动传感装置。
35.一种冲压涡轮自动化仿真试验系统，包括数据采集模块、数据综合模块、中心控制模块和输出模块；
36.数据采集模块，包括环境数据模块和工件数据模块，采集环境参数和工件试验参数，并传输至数据综合模块；
37.数据综合模块，将数据采集模块的各设备互联，实现顺序控制和联锁控制，并将数据传输至中心控制模块；
38.中心控制模块，包括可视化界面模块、数据储存模块、设备运转监控模块、限制值操作模块和循环载荷谱预设值模块，中心控制模块收到数据综合模块传来的数据开启命令后，设定好参数的循环载荷谱预设置模块启动，设备运转监控模块对其状态进行监控，并由可视化界面模块显示以及数据储存模块进行数据储存；
39.输出模块，连接中心控制模块以及试验装置，将中心控制模块的进程指令发送至试验装置。
40.实施例2
41.本实施例提供一种冲压涡轮自动化仿真试验系统，包括数据采集模块、数据综合模块、中心控制模块和输出模块.
42.数据采集模块，包括环境数据模块和工件数据模块，采用plc采集装置收集真空实
验舱内的环境参数，如真空度和舱内温度，以及包括转速、滑油压力、滑油温度、涡轮振动值、变频电机电压和变频电机电流的工件试验参数，并传输至数据综合模块；
43.数据综合模块，以西门子plc1500为核心将数据采集模块的各设备互联，实现顺序控制和联锁控制，并将数据通过交换机传输至中心控制模块；
44.中心控制模块，包括可视化界面模块、数据储存模块、设备运转监控模块、限制值操作模块和循环载荷谱预设值模块。所述可视化界面模块包括参数显示区、状态显示区、信息显示区和中间工作区，所述中间工作区包括流程工作区、寿命加载工作区和重要参数曲线显示区。中心控制模块收到数据综合模块传来的数据开启命令后，设定好真空度、转速、加减速时间、加载时间和加载周期参数的循环载荷谱预设置模块启动，试验按照预设参数的载荷谱以及加载时间、加载周期进行运行，设备运转监控模块对变频器的启动和停止、速度设定、参数修改以及运行状态中转速、真空度、压力和振动的状态进行监控，并由可视化界面模块显示以及数据储存模块进行数据储存。其中，限制值操作模块包括警报值和停车限值的设定、修改和储存，可以在装置运行前设置，可以再实验过程中对超出常规状态时进行报警。
45.输出模块，连接中心控制模块以及试验装置，将中心控制模块的进程指令发送至试验装置，可以根据循环载荷谱预设值模块进行自动试验控制或者传输人员修改的信息进行快速调整。
46.实施例3
47.本实施例提供一种冲压涡轮自动化仿真试验系统，包括数据采集模块、数据综合模块、中心控制模块和输出模块.
48.数据采集模块，包括环境数据模块和工件数据模块，采用plc采集装置收集真空实验舱内的环境参数，如真空度和舱内温度，以及包括转速、滑油压力、滑油温度、涡轮振动值、变频电机电压和变频电机电流的工件试验参数，并传输至数据综合模块；
49.数据综合模块，以西门子plc1500为核心将数据采集模块的各设备互联，实现顺序控制和联锁控制，并将数据传输至中心控制模块；
50.中心控制模块，安装在测控计算机上，包括可视化界面模块、数据储存模块、设备运转监控模块、限制值操作模块、循环载荷谱预设值模块和程序编辑模块。所述可视化界面模块包括参数显示区、状态显示区、信息显示区和中间工作区，所述中间工作区包括流程工作区、寿命加载工作区和重要参数曲线显示区。中心控制模块收到数据综合模块传来的数据开启命令后，设定好真空度、转速、加减速时间、加载时间和加载周期参数的循环载荷谱预设置模块启动，试验按照预设参数的载荷谱以及加载时间、加载周期进行运行，设备运转监控模块对变频器的启动和停止、速度设定、参数修改以及运行状态中转速、真空度、压力和振动的状态进行监控，并由可视化界面模块显示以及数据储存模块进行数据储存。其中，限制值操作模块包括警报值和停车限值的设定、修改和储存，可以在装置运行前设置，可以再实验过程中对超出常规状态时进行报警。
51.输出模块，连接中心控制模块以及试验装置，将中心控制模块的进程指令发送至试验装置，可以根据循环载荷谱预设值模块进行自动试验控制或者传输人员修改的信息进行快速调整。
52.实施例4
53.s1.通过导轨将真空实验舱分开，将冲压涡轮安装在考核试验台上，然后连接好相应的转速、压力、温度传感器。
54.s2.合上真空舱并进行密封性检查、漏油检查并在中心控制模块中输入试验进程的真空度、对应转速、停留时间、加减速时间和限值参数。
55.s3.运行数据综合模块和中心控制模块，检查通讯是否正常，数据采集模块及输出模块是否正常。
56.s4.根据需要仿真的飞行高度，在中心控制模块中输入试验进程的真空度、对应转速、停留时间、加减速时间。
57.s5.根据寿命考核要求，在中心控制模块中输入载荷谱参数、加载时间和加载周期。
58.s6.根据安全试验条件，在中心控制模块中输入转速停车值、滑油压力温度限制值、振动报警值等，
59.s7.启动试验装置，自动化系统处于设备运转监控状态，数据存储模块处于工作状态。
60.s8.操作者若进行手动逐点控制，可直接点击数据综合模块的各种按钮，比如变频器的起停、速度给点，真空泵的起停等。
61.9.当中心控制模块收到数据综合模块传来的加载开始命令后，循环载荷谱预设置模块启动，试验将按预设的载荷谱及加载时间和加载周期进行。
62.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

技术特征：
1.一种冲压涡轮自动化仿真试验系统，其特征在于，包括数据采集模块、数据综合模块、中心控制模块和输出模块；数据采集模块，包括环境数据模块和工件数据模块，采集环境参数和工件试验参数，并传输至数据综合模块；数据综合模块，将数据采集模块的各设备互联，实现顺序控制和联锁控制，并将数据传输至中心控制模块；中心控制模块，包括可视化界面模块、数据储存模块、设备运转监控模块、限制值操作模块和循环载荷谱预设值模块，中心控制模块收到数据综合模块传来的数据开启命令后，设定好参数的循环载荷谱预设置模块启动，设备运转监控模块对其状态进行监控，并由可视化界面模块显示以及数据储存模块进行数据储存；输出模块，连接中心控制模块以及试验装置，将中心控制模块的进程指令发送至试验装置。2.根据权利要求1所述一种冲压涡轮自动化仿真试验系统，其特征在于，所述数据采集模块包括工作传感器或者plc采集装置。3.根据权利要求1所述一种冲压涡轮自动化仿真试验系统，其特征在于，所述环境数据模块收集的参数包括真空度和温度，所述工件数据模块收集的参数包括转速、滑油压力、滑油温度、涡轮振动值、电机电压和电机电流。4.根据权利要求1所述一种冲压涡轮自动化仿真试验系统，其特征在于，所述中心控制模块还设有程序编辑模块，用于对试验程度的编辑和输入。5.根据权利要求1所述一种冲压涡轮自动化仿真试验系统，其特征在于，所述可视化界面模块包括参数显示区、状态显示区、信息显示区和中间工作区。6.根据权利要求5所述一种冲压涡轮自动化仿真试验系统，其特征在于，所述中间工作区包括流程工作区、寿命加载工作区和重要参数曲线显示区。7.根据权利要求1所述一种冲压涡轮自动化仿真试验系统，其特征在于，所述循环载荷谱预设置模块中设置的参数包括真空度、转速、加减速时间、加载时间和加载周期。8.根据权利要求1所述一种冲压涡轮自动化仿真试验系统，其特征在于，所述限制值操作模块包括警报值和停车限值的设定、修改和储存。9.一种冲压涡轮自动化仿真试验方法，其特征在于，步骤包括：s1.将冲压涡轮安装在考核试验台上，然后连接好相应的转速、压力、温度传感器，合上真空舱，保持整个系统的输出及信息传输正常；s2.根据需要仿真的飞行高度，在中心控制模块中输入试验进程的真空度、对应转速、停留时间、加减速时间；根据寿命考核要求，在中心控制模块中输入载荷谱参数、加载时间和加载周期；根据安全试验条件，在中心控制模块中输入转速停车值、滑油压力温度限制值、振动报警值等；s3.启动试验装置，自动化系统处于设备运转监控状态，当中心控制模块收到数据综合模块传来的加载开始命令后，循环载荷谱预设置模块启动，试验将按预设的载荷谱及加载时间和加载周期进行。10.根据权利要求9所述一种冲压涡轮自动化仿真试验方法，其特征在于，操作者若进行手动逐点控制，通过数据综合模块调节变频器的起停、速度给点和真空泵的起停。

技术总结
本发明公开了一种冲压涡轮自动化仿真试验系统及试验方法，包括数据采集模块、数据综合模块、中心控制模块和输出模块，当数据综合模块将数据采集模块的信息传输至中心控制模块，中心控制模块将电气控制系统和驱动系统整合为一体，按照加速模拟循环载荷谱预先设置对应转速、停留时间、加减速时间等进行自动试验控制，实现仿真高空环境及寿命考核试验时完全自动化及连续多次循环加载，保证控制和同步精度，强化了车台安全保护措施，提高了试验安全性。性。性。


技术研发人员：丁毅 游世忠 张玉宏
受保护的技术使用者：湖南汉能科技有限公司
技术研发日：2022.12.30
技术公布日：2023/7/11