引言

 

 

压力信号器是指安装在燃气轮机机体与周围管路上的传感器，其功能为检测燃机油、气介质压力，以实现压力报警，针对压力信号器开展可靠性验证具有重要意义，如何在三综合试验箱内对此类传感器进行测试且不影响试验正常进行是本文重点研究的工作。本文以某型压力信号器为例，阐述其可靠性试验方法及试验中测试手段，通过设计压力信号器测试系统专门对其动作压力和静态过载等指标进行测试，保障其可靠性试验顺利开展。

 

研究背景

 

目前国内已经具备燃机附件类产品自主研发、生产、试验的能力，其可靠性关系到舰船航行任务的执行效果。附件类产品的故障将直接导致机组状态失控、功能丧失、工况改变和停机，危害燃气轮机机组的稳定运行。根据实船试验中的故障统计数据，压力信号器的主要故障模式为损坏、达到动作压力不闭合、绝缘破坏、误动作等。由于压力信号器可靠性指标高、可靠性试验试验时间长、试验条件严苛，其可靠性试验测试系统国内尚无单位进行开发设计，针对压力信号器可靠性试验状态下的功能性能测试系统需单独进行设计，以验证其在可靠性试验中通断功能是否完好。

 

试验方案

 

依据GJB899A-2009《可靠性鉴定和验收试验》，压力信号器可靠性试验采用“温度-湿度-振动”三综合试验的方式进行，依据标准中的规定，试验条件选择的优先等级为实测应力＞估计应力＞参考应力，本次可靠性试验前现场采集了压力信号器实际安装部位的的温度、湿度以及振动应力，可靠性试验中温度、湿度及振动条件分别采用相应的实测应力。

 

选取定时截尾试验方案21，决策风险α=β=30%，鉴别比3.0，试验时间为1.1倍MTBF值，受试压力信号器若发生1次或1次以上责任故障，则判定可靠性试验不合格。试验方案参数见表1。

表1 可靠性试验方案参数

按照单件压力信号器MTBF为5000h进行三综合可靠性试验，根据试验方案21，总有效试验时间不低于T=5000h×1.1=5500h，规定每个试验循环为48h，根据可靠性试验的要求，试验中需对被试样件进行功能性能测试，以验证其功能完好性，检测时机见表2。

表2 检测时机

由于国内目前针对压力信号器进行可靠性试验的案例较少，因此在三综合试验条件下对压力信号器进行功能测试所需测试系统需要单独设计定制，以满足试验中在规定测试点测试受试样件的动作压力。压力信号器可靠性试验时间较长，试验中测点较多，测试系统需满足不开试验箱门的条件下完成参试样件的试验中测试，因此对其稳定性及可靠性要求较高。

 

测试系统设计方案

 

1、设计要求及指标

 

本次燃气轮机电气附件中压力信号器参试样件共7种不同规格，动作压力范围涵盖0.2 kg/cm²~4.5 kg/cm²，每种规格参试样件为10件，共计70件。试验中需在三综合试验条件下对其动作压力及静态过载进行测试，即对压力信号器输入给定的动作压力，观察其是否动作输出相应电信号，由测量系统级进行采集记录。

测试系统需具备输出7个通道不同压力油源的能力，各输出压力可根据测试要求进行调节；需满足同时连接70个压力信号器，并提供测试油源压力。测试系统滑油介质采用4050航空润滑油，设计独立的移动油源。油源与被测件之间，通过软管、阀块等进行连接。用于安装被测件的阀块接口、软管接口应可承受可靠性试验中的振动。

 

2、测试原理

 

测试系统通过液压源提供压力源，通过调节阀对压力调节，通过接口管道连接被测器件，对被测器件施加压力，被测器件在压力作用下，产生相应动作，输出电气信号，由测量系统采集记录。

 

被测压力信号器根据动作压力指标不同分为7种规格，动作压力范围0.02MPa~0.45MPa，静态过载压力范围0.6MPa~6.5MPa。因压力信号器均属于压力测试类器件，测压腔均为封闭腔体，故测试用液压源流量需求较小。因此，测试系统采用液压源，具有流量小、压力指标低、供压通道多、供压级别多、供压范围宽的特点。按照流体静力学平衡原理和帕斯卡定律，采用各供压通道相对独立的设计方案，各独立通道均独立配置手动油泵、调压器、截止阀、压力表、压力传感器、排气泄压阀和管道等。单个通道的供压原理如图1所示。

图1  压力信号器测试系统单通道供压原理图

在截止阀、进油阀和排气、卸压阀全开状态下，手动操作预压油泵向阀块、调压器腔、被测件腔和连接管道中充入液压介质，直至排气、卸压阀出口端连续输出介质。之后，关闭排气、卸压阀，继续操作预压油泵，观察压力表，至压力值接近所需测试压力指标，关闭截止阀，手动操作调压器，对加载压力值进行微调，至压力值达到所需测试压力指标，关闭进油阀，被测器件压力锁定，压力调整结束。测试中如需少量增压，则打开进油阀，使用调压器调节增加压力，如需大量增压，则松开调压器手柄、打开截止阀、进油阀，操作预压油泵增压即可。测试完成或试验中需卸载或降压，打开排气、卸压阀，即可降压或卸载。

 

3、测试流程

 

将7种不同规格的压力信号器分为7组，将被测器件安装到安装板上并紧固，然后连接每个被测器件的转接管。所有被测器件安装完毕后，共计70个被测样件。将组件安装固定于三综合试验箱振动台面上。测试系统的7个供压通道，分别设计了溢流阀对最高测试压力进行限制。

 

被测器件安装连接和压力限制保护验证完成后，进行器件的测试。以P1通道为例，如图2所示，P1通道的压力信号器测试动作压力0.02MPa为最小，介绍测试试验过程。P1通道测试动作压力为0.02MPa，测试静态过载压力为0.6MPa，压力限制值为0.6MPa。

图2 P1通道（0.02MPa压力信号器）测试通道

测试过程如下：

1) 打开总进油球阀3.1、总回油球阀3.2；

2) 打开进气截止阀5.1、进油球阀9.1、排气泄压阀11.1；

3) 手动操作预压油泵，对测试管道、调压器、被测器件测压腔以及阀块内进行排气。预压油泵手动操作时必须缓慢进行,以免造成瞬时超压。直至排气口流出油液，完成排气，关闭排气泄压阀11.1；

4) 关闭截止阀5.1，手动调节活塞式调压器7手柄，观察压力表8.1所显示压力值。当压力到达测试指标时，停止调节，关闭进油球阀9.1，测量系统记录压力以及被测器件的反馈信号。

5) 测试完成，打开排气泄压阀11.1，卸压，完成测试。

 

测试结果分析

 

根据压力信号器可靠性试验要求，试验中按表2的检测时机对参试样件进行功能测试，以第一循环（48h）为例，试验中使用压力信号器测试系统测试的数据如表3所示。

表3 压力信号器动作压力测试结果

由表4可以看出，压力信号器测试系统试验中测试数据精度满足测试需求，各型压力信号器测试结果均在合格判决范围内，测试全程均在三综合试验箱外进行，不影响可靠性试验正常开展。

 

结束语

 

本文介绍了某型压力信号器可靠性试验方法，设计了一种压力信号器测试系统，采用滑油作为液压源，设计独立的供压通道，具备同时连接70个参试样件的能力，可完成压力信号器动作压力及静态过载测试，测试精度高，极大地简化了测试步骤，提升了测试效率，为完成燃气轮机压力信号器类附件可靠性试验提供有力保障，为传感器类受试样件可靠性试验方法提供参考。

 

引用本文：

 

刘玉石,王一飞,陈中青.某型压力信号器可靠性试验研究[J].环境技术,2024,42(06):61-64.

来源：环境技术核心期刊

关键词： 压力信号器 可靠性试验