航空發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試車燃油系統(tǒng)氣塞故障與排除方式分析

常誠(chéng)，肖連勇

（中國(guó)航發(fā)上海商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限責(zé)任公司，上海 201306）

某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的試車臺(tái)，使用油庫(kù)通過(guò)長(zhǎng)輸管道輸送燃油為發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)供油。油庫(kù)來(lái)油經(jīng)過(guò)臺(tái)架燃油粗油濾過(guò)濾、流量計(jì)計(jì)量、細(xì)油濾過(guò)濾后供至發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)。如果燃油系統(tǒng)的附件以及管路產(chǎn)生的氣泡，沒(méi)有及時(shí)排除，便會(huì)產(chǎn)生堵塞的現(xiàn)象，使得發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定的情況，甚至導(dǎo)致停車的情況產(chǎn)生。

1 目前國(guó)內(nèi)試車臺(tái)燃油系統(tǒng)主要特點(diǎn)

1.1 供油壓力不同

目前燃油系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供油壓力與系統(tǒng)來(lái)油壓力屬于線性關(guān)系，不同型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)以及試驗(yàn)狀態(tài)當(dāng)中的供油壓力范圍都是不同的，油庫(kù)為了對(duì)各個(gè)型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)供油需求進(jìn)行滿足，需要對(duì)各自的管線以及油罐進(jìn)行配置。

1.2 燃油流量測(cè)量范圍比較窄

為確保燃油流量測(cè)量的準(zhǔn)確度，試車臺(tái)燃油系統(tǒng)一般使用2個(gè)流量計(jì)，1個(gè)大范圍流量計(jì)用來(lái)測(cè)量慢車以上狀態(tài)的燃油流量、1個(gè)小范圍流量計(jì)用來(lái)起動(dòng)及慢車狀態(tài)的燃油流量。在應(yīng)用不同的發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)對(duì)燃油流量進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，需要對(duì)流量計(jì)進(jìn)行切換，一般沒(méi)有自動(dòng)切換功能。

1.3 單體設(shè)計(jì)

燃油系統(tǒng)當(dāng)中的部件，從廠家運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝，并完成沖洗以及調(diào)試工作。在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝工作和調(diào)試工作需要一定的時(shí)間周期，成本比較高。

1.4 供油壓力受到燃油消耗量帶來(lái)的影響

燃油系統(tǒng)當(dāng)中的發(fā)動(dòng)機(jī)供油壓力，與燃油系統(tǒng)當(dāng)中的燃油壓力以及燃油消耗量為反比的關(guān)系，發(fā)動(dòng)機(jī)在大狀態(tài)的工作過(guò)程中，為了應(yīng)對(duì)流量增大導(dǎo)致的壓力降低問(wèn)題，需要增大供油壓力進(jìn)行彌補(bǔ)。

1.5 部分系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控

燃油系統(tǒng)只實(shí)施系統(tǒng)的壓力監(jiān)控，系統(tǒng)的功能比較單一，無(wú)法對(duì)系統(tǒng)實(shí)施調(diào)節(jié)和控制，系統(tǒng)內(nèi)部沒(méi)有較強(qiáng)的自我保護(hù)功能以及糾正錯(cuò)誤的能力。

2 故障現(xiàn)場(chǎng)分析

某型發(fā)動(dòng)機(jī)在試車臺(tái)進(jìn)行相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)試車試驗(yàn)。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)至慢車穩(wěn)定工作3min后，按照規(guī)定實(shí)施暖車，在暖車的過(guò)程當(dāng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作處于正常狀態(tài)。5min之后，結(jié)束暖車程序，推動(dòng)油門提升發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提升過(guò)程中，操作人員發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速擺動(dòng)、渦輪后排氣溫度擺動(dòng)，同時(shí)燃油系統(tǒng)發(fā)出燃油壓力低警報(bào)。

3 故障機(jī)理分析

在對(duì)停車數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的分析之后發(fā)現(xiàn)，在燃油流量快速下降時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)自帶燃油泵燃油入口壓力比燃油的流量提前下降為零，時(shí)間大概為3s。在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)自帶燃油泵進(jìn)行檢查之后，排除燃油泵故障的可能。初步判斷為發(fā)動(dòng)機(jī)停車的直接原因是管路發(fā)生氣塞，使得燃油沒(méi)有正常進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)中。

燃油系統(tǒng)當(dāng)中的管路沿程摩擦阻力為：

式中：雷諾數(shù)為Re；管路流速v，m/s；管路的內(nèi)徑為d；介質(zhì)運(yùn)動(dòng)粘度為v，m2/s。

燃油系統(tǒng)中應(yīng)用的導(dǎo)管絕對(duì)粗糙度ε在0.0015～0.0600mm的范圍內(nèi)。在計(jì)算時(shí)可當(dāng)做光滑導(dǎo)管，所以在對(duì)管路沿程摩擦阻力系數(shù)λ進(jìn)行確定的過(guò)程中，需要依照雷諾數(shù)Re的實(shí)際大小進(jìn)行確定，與導(dǎo)管的絕對(duì)粗糙程度沒(méi)有較大的關(guān)系。

在進(jìn)行計(jì)算使需要輸入的條件包括：100mm內(nèi)徑導(dǎo)管的實(shí)際長(zhǎng)度L1為4500mm；40mm內(nèi)徑的導(dǎo)管長(zhǎng)度L2為710mm；P=784.2kg/m3為燃油密度；流量Q為600L/h；運(yùn)動(dòng)粘度V=0.85×10-6m2·s-1。

所以燃油系統(tǒng)的摩擦阻力是：

式中：局部阻力為Pa；v0是局部阻力定性流速，單位m/s；燃油密度為ρ，kg/m3；局部阻力系數(shù)是ζ。

局部阻力系數(shù)的具體取值為：90°彎管ζ1為0.21×8，2為0.05×8；3為-3.5×2；單向閥ζ4為1.7；防火開(kāi)關(guān)ζ5為0.05；燃油濾ζ6為1.5。

油庫(kù)來(lái)油壓力為Pf

航空汽油當(dāng)中的飽和蒸氣壓，計(jì)算公式為：

4 試車臺(tái)燃油系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

4.1 供油壓力可調(diào)

系統(tǒng)的供油壓力可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，可在來(lái)油壓力沒(méi)有變化的狀態(tài)下，將系統(tǒng)內(nèi)部的供油壓力進(jìn)行調(diào)整，使其達(dá)到需要的范圍，不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)在試驗(yàn)狀態(tài)下進(jìn)行試車時(shí)，可應(yīng)用相同系統(tǒng)調(diào)整來(lái)油壓力。

4.2 燃油流量測(cè)量準(zhǔn)確

應(yīng)用精度不同的流量計(jì)進(jìn)行燃油流量分段測(cè)量。2個(gè)量程相同的流量計(jì)串聯(lián)互相進(jìn)行校準(zhǔn)，在對(duì)2個(gè)測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比分析時(shí)，如差值在允許的范圍當(dāng)中，可對(duì)測(cè)量值進(jìn)行處理之后將其輸出。

4.3 模塊化設(shè)計(jì)及組合

應(yīng)用模塊化進(jìn)行設(shè)計(jì)，可將系統(tǒng)分為不同的功能模塊，結(jié)合不同的模塊進(jìn)行調(diào)試和安裝。在對(duì)橇裝式進(jìn)行組裝之后，對(duì)其進(jìn)行整體性聯(lián)調(diào)和發(fā)運(yùn)。在施工現(xiàn)場(chǎng)只能對(duì)管道進(jìn)行安裝和調(diào)試，其成本并不高。安裝和調(diào)試的時(shí)間比較短，成本比較低。

4.4 電液伺服環(huán)調(diào)壓

應(yīng)用電液伺服閉環(huán)調(diào)壓技術(shù)，可保障系統(tǒng)壓力的調(diào)節(jié)精準(zhǔn)程度，確保工作的穩(wěn)定進(jìn)行，使發(fā)動(dòng)機(jī)在燃油消耗狀態(tài)不同的情況下，也能將供油壓力進(jìn)行穩(wěn)定。這樣便不會(huì)產(chǎn)生因?yàn)楣┯蛪毫Φ牟▌?dòng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響，使得發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)更加穩(wěn)定。

4.5 測(cè)控一體化

燃油系統(tǒng)連接著發(fā)動(dòng)機(jī)電氣控制，如果系統(tǒng)產(chǎn)生了故障，可使燃油供油并自動(dòng)改變發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)，最大程度保障發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備的安全性。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)相關(guān)的分析可知發(fā)電機(jī)試車故障停車的原因主要包括。

（1）夏季溫度比較高、氣壓低，發(fā)動(dòng)機(jī)在地面進(jìn)行小功率長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)作時(shí)，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)燃油泵產(chǎn)生的攪拌熱導(dǎo)致燃油泵前燃油溫度升高，加之低氣壓狀態(tài)下試車間氣流速度低、周圍大氣溫度高，不利于燃油熱量外散。

（2）試車臺(tái)操作人員在慢車狀態(tài)結(jié)束后進(jìn)入暖機(jī)狀態(tài)前未將臺(tái)架燃油系統(tǒng)流量計(jì)從小流量計(jì)測(cè)量切換至大流量計(jì)測(cè)量，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提升引發(fā)的燃油流量增加，導(dǎo)致臺(tái)架燃油系統(tǒng)壓損增加，發(fā)動(dòng)機(jī)燃油泵入口壓力降低。

發(fā)動(dòng)機(jī)燃油泵產(chǎn)生的攪拌熱加之散熱不良導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)燃油泵前燃油溫度快速升高，燃油流量計(jì)未切換加之系統(tǒng)燃油流量增加導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)燃油泵前燃油壓力下降。當(dāng)燃油系統(tǒng)管路當(dāng)中的油壓低于該溫度下燃油的飽和蒸汽壓時(shí)，在油庫(kù)供油壓力狀態(tài)下燃油中溶解的空氣處于游離的狀態(tài)，產(chǎn)生空氣泡，與燃油汽化共同產(chǎn)生燃油蒸汽，并在燃油管路當(dāng)中逐漸聚集。燃油系統(tǒng)管路低壓產(chǎn)生的油氣泡占據(jù)臺(tái)架燃油系統(tǒng)管道空間，部分氣泡進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速擺動(dòng)。伴隨油氣泡增加，使得燃油系統(tǒng)管路燃油減少、氣泡增加，快速發(fā)生氣塞問(wèn)題。供油管路出現(xiàn)堵塞，發(fā)動(dòng)機(jī)供油不足，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速擺動(dòng)、渦輪后排氣溫度擺動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致停車現(xiàn)象產(chǎn)生。

因此需要提升發(fā)動(dòng)機(jī)在高溫環(huán)境下的地面穩(wěn)定性，對(duì)燃油系統(tǒng)做出相應(yīng)的改進(jìn)。例如將臺(tái)架燃油流量計(jì)工作狀態(tài)與發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)連鎖，小流量計(jì)工作狀態(tài)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法達(dá)到暖機(jī)以上狀態(tài)；提高試車臺(tái)架燃油系統(tǒng)報(bào)警壓力，報(bào)警觸發(fā)時(shí)通過(guò)聲光電方式多維度提醒操作人員。只有采取合理有效的措施，才能保證后期在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)試車時(shí)，在試驗(yàn)條件相同的狀態(tài)下，使發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)順利實(shí)施，消除類似故障。