一种具备泵故障诊断功能的环境试验器的制作方法

本发明涉及一种具备泵故障诊断功能的环境试验器，尤其涉及有在线故障检测需求的航空发动机燃油控制系统高、低温试验器。

背景技术：

航空发动机工作过程极其复杂，燃油控制系统是决定航空发动机性能的一个关键系统，燃油控制系统由燃油泵和若干调节器组成。航空发动机燃油泵工作环境严酷、性能要求高，因此需要进行大量不可或缺但又要求严格的环境试验。

但是，由于航空发动机燃油泵结构形式复杂，装配工艺严格，除环境试验完成后进行分解检查外，没有较好的故障诊断方法。而分解检查耗时耗力，并且无法做到对试验期间泵磨损情况进行分析。因此，需要有更加合理有效的诊断方式来进行泵故障诊断。

技术实现要素：

本发明的目的：提供一种具备对航空发动机燃油控制系统各附件进行环境试验的功能，同时具备对环境试验中的燃油泵进行在线故障诊断功能的环境试验器，解决现有技术中主燃油泵故障排查周期长、难度大的技术问题。

本发明的技术方案：一种具备泵故障诊断功能的环境试验器，所述的环境试验器特指用于航空发动机燃油控制系统高温、低温及振动试验，试验对象为航空发动机主燃油泵，其特征为：在距主燃油泵出口10-15cm处设置有压力传感器，处理器通过压力传感器采集的信号判断主燃油泵的故障；

在主燃油泵出口燃油管路横截面上均布有两个以上压力传感器。

优选地，在主燃油泵出口燃油管路横截面上均布有四个压力传感器。

优选地，所述的主燃油泵出口燃油管路上设置有两端连接油路的规则形状容器，压力传感器通过法兰连接固定在所述容器上；

所述容器上开有容置压力传感器接头的槽，槽的底部与侧壁通过圆弧过渡连接，所述圆弧的半径r大于1mm。

优选地，所述压力传感器的采样频率为1～5khz，量程为0-25mpa。

优选地，对压力传感器采集的压力波动信号进行快速傅里叶变换，得到主燃油泵出口压力频域特征，根据该频域特征判断主燃油泵故障。

优选地，压力传感器的电信号输出范围为0-100mv。

本发明的有益效果：本发明通过对试验过程中燃油泵出口压力信号脉动分析，可以对正在进行环境试验的燃油泵进行故障诊断，确认故障发生时间，避免了出现故障后仍需要在完成环境试验后，才能对主燃油泵进行分解检查，确认是否出现故障，且确认故障后无法判断故障发生时间的问题。

附图说明

图1为本发明的原理示意图；

图2为主燃油泵出口燃油管路上设置的两端连接油路的规则形状容器示意图

图3为压力传感器安装结构示意图；

图4为某型燃油泵正常工作时压力脉动频域特征示意图；

图5为某型燃油泵偏磨故障时压力脉动频域特征示意图。

图中：1-变速箱；2-轴连接器；3-电动机；4-转速传感器；5-环境箱；6-燃油泵；7-燃油泵进口压力传感器；8-燃油泵进口油滤；9-燃油泵进口温度传感器；10-燃油泵出口油滤；11-初级增压泵；12-油箱；13-燃油泵出口压力传感器；14-处理模块；15-容器。

具体实施方式

结合附图对本发明的原理、结构和具体实施措施做进一步说明。

图1为本发明的原理示意图。

环境箱5具备对箱体内部环境及燃油介质提供加温、降温、振动等功能。

燃油泵6通过螺钉、快卸环或其他固定方式安装在环境箱5中，电动机3通过轴连接器2和变速箱1带动燃油泵进行运转，此时初级增压泵11从油箱12中抽取3号喷气燃料或其他类型燃油，燃油通过燃油泵进口油滤8进行过滤后通向燃油泵6，燃油泵进口油滤8能避免外来异物进入燃油泵6。

燃油泵6的进口装有转速传感器4、燃油泵进口压力传感器7和燃油泵进口温度传感器9。燃油泵进口压力传感器7检测燃油泵进口介质的压力，若不满足泵的工作条件，则通过调整初级增压泵11转速进而调整燃油泵进口介质的压力。燃油泵进口温度传感器9检测燃油泵进口介质的温度，若不满足泵的工作条件，则通过环境箱5调整燃油泵进口介质的温度，转速传感器4采集燃油泵转速。

3号喷气燃料通过燃油泵出口油滤10回到油箱12，完成燃油泵工作循环，燃油泵出口油滤10避免试验中产生的异物进入油箱12。

在上述工作过程中，于燃油泵6的出口增加燃油泵出口压力传感器13,燃油泵出口压力传感器13具备采集到燃油泵出口压力脉动信号的功能。

在泵出口管路上的燃油泵出口压力传感器13应大于两个，并且均布在主燃油泵出口燃油管路横截面上，除可以避免燃油泵出口压力传感器13故障造成设备报故，提高设备的可靠性外，还能根据均布的多个燃油泵出口压力传感器13采集到的压力脉动信号差异，过滤除燃油脉动信号外其他的信号造成的干扰。

在主燃油泵出口燃油管路横截面上均布四个压力传感器，能有效降低排除燃油管路周向其他的信号干扰的难度，具有较好的性价比。

所述的主燃油泵出口燃油管路上设置有两端连接油路的规则形状容器15，规则形状容器可以是正方体、长方体、圆柱体等形状，其中正方体加工简单，圆柱体体积较小、重量较轻。为便于说明，本发明以正方体为例；压力传感器固定在所述容器上，固定方式包括螺纹连接、法兰连接、压接等方式，法兰连接拆装简单、耐压较高，因此优选为法兰连接，如图2所示，；

如图3所示，所述容器表面开有容置压力传感器感压部分的槽，所述容器内部具有任意截面积均不小于主燃油泵出口燃油管路截面积的腔体，容置压力传感器感压部分的槽与容器内部的腔体相连，该连接方式能通过容置压力传感器感压部分的槽与容器内部的腔体相连的通路对管路造成的压力信号干扰进行滤波。

容置压力传感器感压部分的槽底部与侧壁通过圆弧过渡连接，所述圆弧的半径r大于1mm，圆弧的半径r大于1mm能保证所述容器在高温环境及燃油压力波动条件下正常工作。

根据对已有燃油泵进行统计分析和对未来燃油泵发展预测，所述压力传感器的采样频率为1～5khz，量程为0-25mpa能较好的满足现有及未来使用需求。

压力传感器的电信号输出范围通常为0-4mv或0-5v，考虑压力传感器防爆性需求及分辨率需求，压力传感器的电信号输出范围优选输出范围为0-100mv。

泵出口管路上的燃油泵出口压力传感器13采集到的燃油泵出口压力脉动信号经处理模块14快速傅里叶变换、窗口傅里叶变换、小波变换等具备频域分析功能的处理方法后，可完成燃油泵在线故障诊断。

根据设备工作原理，优选使用快速傅里叶变换，可实时生成频域上的燃油泵6的出口压力脉动信号。根据燃油泵6的工作原理，当燃油泵6出现不同故障时，燃油泵6的出口压力脉动频率会发生不同的变化，这种变化在频域上较为明显，例如当燃油泵齿轮发生偏磨时，燃油压力脉动频率会下降(见图4、图5)，从而可以作为燃油泵在线故障诊断的依据。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种具备泵故障诊断功能的环境试验器，尤其涉及有在线故障检测需求的航空发动机燃油控制系统高、低温试验器。所述的环境试验器特指用于航空发动机燃油控制系统高温、低温及振动试验，试验对象为航空发动机主燃油泵，其特征为：在距主燃油泵出口10‑15cm处设置有压力传感器，处理器通过压力传感器采集的信号判断主燃油泵的故障；在主燃油泵出口燃油管路横截面上均布有两个以上压力传感器。通过对试验过程中燃油泵出口压力信号脉动分析，可以对正在进行环境试验的燃油泵进行故障诊断，确认故障发生时间，避免了出现故障后仍需要在完成环境试验后，才能对主燃油泵进行分解检查，确认是否出现故障，且确认故障后无法判断故障发生时间的问题。

技术研发人员：王剑;李培良;胡肖璐;王月;高妮
受保护的技术使用者：中国航发西安动力控制科技有限公司
技术研发日：2017.10.11
技术公布日：2019.04.19