航空附件油封試驗器的設(shè)計

李樹舉 黃 猛金 重王宏娟

1 中國科學(xué)院沈陽計算技術(shù)研究所有限公司 沈陽市

2 中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 沈陽市

一、引言

飛機發(fā)動機是飛機的心臟，也稱為航空發(fā)動機。依據(jù)航空發(fā)動機的維護(hù)規(guī)程，對于長時間不使用的發(fā)動機，在封存之前要進(jìn)行發(fā)動機油封，到使用的時候，對發(fā)動機進(jìn)行啟封，主要目的是為了保證發(fā)動機在封存期間的完好性，確保發(fā)動機在啟封后能夠正常使用。油封的質(zhì)量決定發(fā)動機可存放期限和存放質(zhì)量，隨著裝備飛機的大量增加，對維修設(shè)備的需求增大，而油封設(shè)備進(jìn)口較難，并且價格昂貴，使用維修不方便，因此對原設(shè)備進(jìn)行國產(chǎn)化勢在必行。針對某型航空發(fā)動機試車臺，設(shè)計了一臺能完成發(fā)動機附件內(nèi)部油封技術(shù)條件的試驗器。

二、特點及主要性能指標(biāo)

1.特點

附件油封試驗器是某型發(fā)動機重要的試驗設(shè)備之一，是集液壓、氣動和機械傳動于一體的綜合試驗器。該型發(fā)動機附件種類繁多，每個附件的技術(shù)參數(shù)都不一樣，精度要求高，這樣一來，就提高了油封設(shè)備的復(fù)雜性和先進(jìn)性。因此，在進(jìn)行試驗器設(shè)計時，必須嚴(yán)格要求，分別滿足附件技術(shù)要求，使每個附件的油封部位（內(nèi)腔）都能進(jìn)行充分的油封，以防附件銹蝕、報廢，造成發(fā)動機故障，給國家直接造成經(jīng)濟(jì)損失。

2.主要性能指標(biāo)

（1）技術(shù)參數(shù)。液壓系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)：工作介質(zhì)是航空液壓油HP-8A，黏度≥10mm2/s。工作壓力 0～3MPa，工作溫度 60～80℃，過濾精度5μm。

（2）氣動系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)。工作介質(zhì)氮氣，工作壓力-5～+5kPa，工作溫度為常溫狀態(tài)，過濾精度5μm。

（3）工藝要求。符合S99·XW·116技術(shù)文件要求；設(shè)備外形美觀、大方，符合定置管理要求；便于維護(hù)和修理，所有管接頭處不許漏油、漏氣；設(shè)備外表面涂豆綠色漆；便于操作使用。

三、方案設(shè)計

1.試驗器構(gòu)成

試驗器由操作臺、附件傳動裝置、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)構(gòu)成。由于液壓系統(tǒng)和氣動系統(tǒng)是試驗器的核心，因此，主要以液壓系統(tǒng)為例說明試驗器的設(shè)計思路。

2.方案制定

（1）附件技術(shù)條件簡介。主泵調(diào)節(jié)器HP-31B，封油時向P32管接頭通0.49～0.78MPa壓力的空氣。調(diào)定附件進(jìn)口P20滑油壓力為 0.25～0.34MPa，調(diào)定主泵轉(zhuǎn)速 1 300～1 800r/min，噴口加力調(diào)節(jié)器PC-31B，

將供氣管接到附件的供P4空氣管接頭C6上，P4氣壓-5～+5kPa，在附件進(jìn)油口建立0.59MPa壓力。

加力泵ФH-31A，附件轉(zhuǎn)速1 000～1 500r/min，供油壓力0.294±0.05MPa。

主燃油分配器 PT-31B，Д4接頭保持供油壓力 0.10±0.02MPa，Д1 接頭保持供油壓力 0.10±0.02MPa，Д6 接頭保持供油壓力0.590-0.1MPa。

離心式增壓泵ДЦН-82，滑油無壓力。加力燃油分配器PTФ-31A，在附件進(jìn)油口建立2±0.1MPa壓力，應(yīng)急放油附件99.10.34.000。調(diào)整滑油供油壓力2.5+0.5MPa。

膜盒式溫度傳感器ТДК，節(jié)流層板流量100～1 000m3/min，調(diào)整滑油供油壓力1.2+0.2MPa。

燃油計量器4033，調(diào)整滑油供油壓力1.45～1.96MPa，高壓柱塞泵НП96M，附件轉(zhuǎn)速500～600r/min，供油入口壓力0.3～0.5MPa。

柱塞泵控制附件АУНП，滑油無壓力。燃滑油散熱器6139T，滑油無壓力。

（2）方案制定。每個附件進(jìn)行內(nèi)部油封試驗的具體方法和要求都不一樣，壓力變化范圍很大。如果對于每個附件都單獨進(jìn)行液壓系統(tǒng)控制，則不但增加液壓系統(tǒng)的復(fù)雜性，同時也給工人的操作帶來很大困難。另外，隨著試驗器油路控制系統(tǒng)的增加，則相應(yīng)增加了測量儀器、儀表的數(shù)量及測量儀表的檢定工作，這一切不但不便于工人工作，更不利于工人的維護(hù)和檢修。為此，對油封試驗器進(jìn)行了綜合設(shè)計，采取簡化油路、統(tǒng)一控制，以便于操作為設(shè)計宗旨。

（3）液壓源選擇。液壓源是能提供符合要求的壓力值、流量值的清潔液壓油的裝置。對于液壓試驗而言，它是主要的設(shè)備之一，其性能和適應(yīng)性直接關(guān)系到液壓試驗的質(zhì)量和范圍。

根據(jù)液壓源輸出的特征量不同，液壓源可分為恒壓源和恒流源兩種。一般液壓源由動力裝置、液壓泵、參數(shù)調(diào)節(jié)裝置（包括壓力閥、恒流閥以及恒壓調(diào)節(jié)機構(gòu)等）和過濾器、熱交換器等輔助裝置所組成。兩種液壓源的主要不同點在于調(diào)節(jié)裝置的作用。本試驗器采用最簡單的恒壓源油路，主要由定量泵和溢流閥組成。根據(jù)溢流閥的啟閉特性（或稱壓力流量特性），對應(yīng)流量有較大的范圍變化而壓力值只允許在調(diào)定壓力周圍作較小的變化，因此只要保證有一定的流量通過溢流閥，就能保證輸出壓力基本不變。由于壓力是依靠改變溢流閥內(nèi)部節(jié)流口大小來調(diào)節(jié)的，故通過它的流量與調(diào)定壓力的積就是旁通的無功功率。設(shè)計時為了保證液壓源正常工作的旁通流量至少應(yīng)為額定輸出流量的5%～10%。

（4）液壓泵的選擇。根據(jù)各種型式泵的性能數(shù)據(jù)，選擇壓力和流量符合要求的泵，并使泵將來長期工作在高效區(qū)。為了提高使用壽命和降低噪音，可使壓力和轉(zhuǎn)速降低一擋使用。實踐證明，低壓使用可選用葉片泵；中壓可選用一般齒輪泵、葉片泵和內(nèi)嚙合齒輪泵；高壓大都使用軸向柱塞泵。

液壓泵與試驗用油的相容性和泵本身的耐污染性。要求所選用的泵能在實際使用的試驗用油和規(guī)定的油溫下能復(fù)現(xiàn)其額定的性能指標(biāo)。其耐污染性表征它的有效使用壽命，作為油源用的泵要求經(jīng)久耐用。

選用的泵必須噪聲小、價格低。一般來說泵的噪聲和成本是與泵的使用壓力、轉(zhuǎn)速和制造廠的工藝水平等有直接關(guān)系的。根據(jù)液壓泵的選擇原則及附件技術(shù)條件要求，該油封試驗器選用一般齒輪泵。

（5）試驗臺的選擇。油封試驗臺主要組成部分包括操作臺面、儀表板、電控臺、試驗臺本身的油路系統(tǒng)。對試驗臺基本的要求有：試驗臺架必須具有一定的剛度。否則由于試驗過程中的振動和沖擊等將引起整個試驗臺振動，這就可能影響儀器、儀表的測試精度，情況嚴(yán)重時將使油封試驗無法進(jìn)行。

被試附件在試驗臺面上裝卸要方便，如采用標(biāo)準(zhǔn)接頭、金屬軟管連接等；傳動裝置用花鍵套定位傳扭、卡環(huán)快速固定聯(lián)接。參數(shù)調(diào)節(jié)方便、控制靈活、服務(wù)范圍廣闊；自動化適應(yīng)性強。結(jié)構(gòu)簡單、布局合理。自帶照明設(shè)備，保證工作環(huán)境明亮，讀數(shù)清晰。經(jīng)濟(jì)、實惠、造型美觀。

在設(shè)計和裝配試驗臺時，應(yīng)盡量使電器元件和液壓元件分開安裝，把電控柜和試驗臺分開配置。對于小功率液壓元件的試驗，配置試驗臺、液壓源、電控臺時，可以把液壓源放在試驗臺后或臺下，因為小功率液壓泵運轉(zhuǎn)時噪聲和振動都較小。但為了不使液壓源的振動傳到試驗臺上，還是要求液壓源與試驗臺架不要剛性連接為好，可采用增設(shè)防振墊或軟管連接等措施。圖1給出了部分油封試驗器的原理圖。

圖1 部分油封試驗器的原理圖

3.油封試驗器工作原理

試驗器液壓系統(tǒng)主要由油箱、泵組、進(jìn)吸口油濾、壓力油路油濾、回油路油濾和針形閥等件組成。打開油箱注油口球閥開關(guān)，通過過濾器往油箱里灌航空液壓油。通過液位計顯示，達(dá)到一定液面高度后，停止供油。

打開總電源開關(guān)，按下加熱器開關(guān)按鈕，加熱器開始工作。當(dāng)電接點溫度表指針達(dá)到60℃時，加熱器自動斷電。打開泵吸油口、回油口以及工作臺面下的球閥開關(guān)，準(zhǔn)備開始作附件的油封試驗。

所有附件油封試驗結(jié)束后，切斷電源；擰緊面板上各金屬軟管的密封蓋；關(guān)閉所有調(diào)壓開關(guān)；最后，將泵吸油口、回油口以及工作臺面下的球閥關(guān)閉。

四、結(jié)論

油封試驗器在設(shè)計上進(jìn)行了一系列優(yōu)化，故制造成本有所提高。設(shè)計的油封試驗器雖然具有一系列優(yōu)點，但在自動控制方面還有待更進(jìn)一步的完善，以利于今后更好地完善設(shè)計，滿足用戶要求。