某型测功机出水温度超温故障分析

某型测功机出水温度超温故障分析

寇利霞

中国航发南方工业有限公司，湖南 ·株洲市 412000

【摘要】测功机在恒转速模式下控制发动机Np转速20000rpm。当发动机Ng转速由40000rpm上升到41000rpm的过程中，测功机出水温度急剧上升，由29.3℃快速达到71℃，测功机出水温度超温保护停车。通过对发动机与测功机的回放数据以及测功机特性进行分析检查，确定其原因，进行故障排除。

【Abstract】The dynamometer controls the engine's Np speed of 20000rpm under the constant speed mode. When the engine Ng speed rises from 40 000 rpm to 41 000 rpm, the outlet water temperature of dynamometer rises sharply from 29.3℃ to 71 ℃, and the outlet water temperature of dynamometer stops over-temperature protection. Through the analysis and inspection of the playback data of the engine and dynamometer and the dynamometer characteristics, the causes are determined and the troubleshooting is carried out.

【关键词】测功机；超温；保护停车

【Keywords】Dynamometer; Overtemperature; Protect Parking

1 引言

涡轴类航空发动机试车时，需要对水力测功机的转速与扭矩进行测量，通过计算最终获得发动机功率，同时水力测功机将发动机所产生的动能转化成水的热能并消耗掉。由此可以了解到水力测功机的工作稳定与否直接影响着发动机的工作状态。目前国内使用的水力测功机多为进口设备，资料缺乏，故障排除难度大，本次故障通过多方查阅资料与总结，最终找到故障点，且该排故方法适用于所有该系列测功机。

2 测功机控制方式及控制原理介绍

测功机控制方式共分为三种，分别为：转速模式、扭矩模式以及位置模式。

测功机控制原理：VX100控制器收到来自油门杆/负载杆的位置信号，通过内部的运算，给出PWM电流信号驱动电液伺服阀，电液伺服阀油腔注油，通过油路块驱动液压马达，液压马达的一个腔进油，一个腔出油通过机械连接驱动出水阀动作（出水阀初始位置为全打开状态0%），液压马达与出水阀连接的旋转轴另一端连接在万向节，通过万向节与环形变阻器相连接。液压马达动作时，环形变阻器同时给出反馈信号，当反馈信号与给定信号基本相同时，PWM电流信号基本为零，此时扭矩/转速基本稳定在一个较小的范围。

3 测功机出水温度影响因素分析及验证

3.1 供水系统不稳定造成水压急剧下降，测功机供水不足

检查测功机的回放数据以及数采系统的回放数据可发现水系统的供水稳定，供水压力为0.353MPa(测功机要求供水压力为0.35±0.02 MPa)，进水温度为28℃，满足测功机的供水要求。

3.2 测功机进、出水阀机械卡滞，导致出水量不足，温升增大

静态条件下，开启液压站，给定测功机阀体动作命令，每1秒动作一次，测功机进、出水阀动作范围为20%～80%，检查测功机的进出、水阀跟随情况。

3.3 测功机联动控制不匹配

检查测功机的吸功曲线图1，保证测功机目前的工作状态处于测功机的吸功范围内。发动机在20000rpm转速时，产生的扭力范围为65N.m～410N.m

图1 测功机吸功曲线图

从上图可看出：测功机（发动机）在20000rpm转速下，可承受的扭力范围为25 N.m～870N.m ，包含了65N.m～410N.m，说明该测功机目前工作在测功机包络曲线范围在，满足发动机的试车要求。

3.3.1 测功机进水阀模式不匹配，导致控制不稳定。

测功机在转速模式下进水阀有两种控制模式。若测功机进水阀处于手动模式，那么初始设定值为10（即进水阀全量程的10%开度），测功机的进水量固定，若要保证测功机转速恒定，测功机出水阀便会进行调节，将测功机出水阀进行关闭，此时若进水量不足，测功机出水阀将会全部关死，导致测功机腔体内的水温度急剧上升，导致超温。

通过检查测功机的当前设定的位置可以确定测功机进水阀处于自动模式，同时查看测功机的回放数据，也可以确定测功机的进水阀位置设定正常。相关参数如下表1。

表1 测功机参数表

3.3.2测功机联动控制不匹配，造成测功机出水温度超温

测功机进水阀在自动模式下调节规律根据油门杆角度进行标定，当油门杆角度增大时，此时发动机供油增加，动力涡轮转速（NG转速）增大，此时为了稳定发动机的自由涡轮转速，即测功机转速，测功机就会增大进水阀的进水量，同时调节测功机的出水阀，保证测功机转速稳定在20000rpm。通过参看测功机的回放数据，发现此时测功机进水阀动作，出水阀也同时动作，测功机转速稳定在20000rpm，测功机出水温度急速上升。具体数据如下表2。

表2 测功机状态参数表

通过以上数据分析，测功机在转速模式下，能够将转速稳定在设定的要求范围内，但此时测功机的出水阀已基本上处于关闭状态，阀体位置达到92%，导致测功机腔体内的水很难流出测功机，同时为了保证将发动机发出的功率全部转化为热能，测功机内腔体的水温将快速的升高，造成水温保护停车。

4 解决措施

通过以上分析，由于测功机的进水量不足，排水量减少，导致测功机吸功能力受限，造成出水温度超温的现象。此时可通过增大调节测功机的进水量，同时使出水阀的使用段尽可能使用在85%以下，保证测功机出水流畅，便可实现即能够满足发动机的转速控制要求，又能使测功机工作运行稳定。

检查测功机的联动标定曲线，标定曲线图2如下。

图2 测功机联动加载曲线图

从以上曲线可分析，增大测功机的进水量可通过增大A点、B点或减少C点、D点能够实现，但增加或减少的量需要重新摸索。

起动发动机，测功机进水阀处于手动模式，发动机NG转速运行到40000rpm时，记录测功机出水阀的开度，油门角度，出水温度的参数。缓慢推动发动机的油门手柄，增加发动机的供油，发动机NG转速运行到41000rpm，同时观察测功机的出水阀关度和出水温度，手动增加测功机的进水阀旋钮，增大测功机的进水量，将出水阀关度控制在85%以下，同时保证出水温度控制在50℃以下。

将测功机的联动加载曲线参数写入测功机的设置内，验证数据是否合理。起动发动机，将测功机进水阀位置设置为自动模式，检查发动机在各状态下的测功机的参数是否满足。

5 结语

测功机在转速模式下的主要工作就是将发动机的输出轴转速稳定在设定的转速要求内，但此时测功机的工作状态也要处于优良状态，否则就会出现以上出水温度过高或其他的问题。因此测功机进行设定时需几个参数同时兼顾，留有足够的裕度才能更好的满足发动机与测功机的要求。

参考文献:

[1]吴雁 , 徐进.《水力测功机的新型控制系统》. 《船电技术》 . 2009(9)

[2]王毅波，黄单，钟华贵.《HS125型水力测功器在涡轴发动机高空模拟试验中工作特性分析》. 《燃气涡轮试验与研究》 . 2007(1)

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