軍用飛機(jī)氧氣管路氣密性能改進(jìn)探究

王宇 姜建輝 呂軍海

摘要：以某大型運(yùn)輸機(jī)高壓管路為例，對(duì)目前國(guó)內(nèi)氧氣系統(tǒng)高、低壓氧氣管路現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，重點(diǎn)針對(duì)擴(kuò)口式氧氣管路頻發(fā)的外套螺母裂紋導(dǎo)致的氣密性不佳問(wèn)題，通過(guò)對(duì)機(jī)上環(huán)境和聚四氟乙烯生料使用以及機(jī)上安裝環(huán)境分析，提出導(dǎo)致外套螺母裂紋的原因——聚四氟乙烯生料使用過(guò)多、安裝擰緊力矩過(guò)大和肥皂水殘留引起的應(yīng)力腐蝕，并從使用擴(kuò)口管路接頭組件用金屬墊圈、管路組件安裝擰緊力矩的實(shí)施、取消聚四氟乙烯生料帶的使用、使用氧氣介質(zhì)專用潤(rùn)滑脂和改進(jìn)氣體檢漏方法五個(gè)方面針對(duì)性地提出擴(kuò)口式氧氣管路氣密性能提升方案。

關(guān)鍵詞：氧氣管路；擴(kuò)口；外套螺母；氣密性

Keywords：oxygen pipeline；flaring；wrap nut；air tightness

1 軍機(jī)氧氣管路密封形式分析

目前，國(guó)內(nèi)軍用飛機(jī)主要采用高壓氧氣系統(tǒng)和分子篩制氧系統(tǒng)，供氧管路主要分為氧氣瓶至減壓器之間的高壓管路和減壓器至供氧點(diǎn)之間的低壓管路。國(guó)內(nèi)各機(jī)型氧氣導(dǎo)管選材、密封結(jié)構(gòu)基本一致，高壓管路主要為銅制焊接導(dǎo)管，少量采用鋼制擴(kuò)口導(dǎo)管，低壓管路均采用鋁制HB4系列74°擴(kuò)口式導(dǎo)管。

1.1 高壓氧氣管路密封形式

因國(guó)內(nèi)軍用飛機(jī)選材、密封結(jié)構(gòu)基本一致，本文以某大型運(yùn)輸機(jī)高壓導(dǎo)管為例進(jìn)行分析說(shuō)明。

某大型運(yùn)輸機(jī)氧氣管路中直通接頭選用鉛黃銅HPb59-1，接頭端面加工深2mm的90°內(nèi)孔，表面粗糙度1.6；平管嘴選用鉛黃銅HPb59-1，端面加工1.2×45°錐面，表面粗糙度0.8；氧氣導(dǎo)管選用純銅T2-M-G5×1，與平管嘴釬焊。密封結(jié)構(gòu)為平管嘴的45°錐面與閥體的90°內(nèi)孔擠壓密封，如圖1、圖2所示。

運(yùn)八系列飛機(jī)的高壓導(dǎo)管中G6×1的管路采用HB4系列的74°擴(kuò)口式不銹鋼管路，連接導(dǎo)管時(shí)，在管接頭外螺紋上纏繞聚四氟乙烯生料帶。

伊爾-76飛機(jī)部分充氧導(dǎo)管采用G8×0.6的12×18Н10Т（1Cr18Ni9Ti）74°擴(kuò)口式管路，但存在部分導(dǎo)管的氣密性不佳情況，解決措施是在導(dǎo)管的擴(kuò)口和管接頭間增加碗型金屬墊圈以實(shí)現(xiàn)密封。

1.2 低壓氧氣管路密封形式

目前國(guó)內(nèi)所有軍機(jī)氧氣系統(tǒng)低壓管路均采用LF2（5A02-O）的鋁制導(dǎo)管，采用HB4擴(kuò)口導(dǎo)管和管接頭實(shí)現(xiàn)密封，工作壓力最高至4MPa，但因使用環(huán)境不同，在外套螺母和平管嘴的材料選取上存在差異，總的要求均是按照GJB2193-1994《飛行人員加壓供氧系統(tǒng)規(guī)范》3.10.11.1氣氧系統(tǒng)的要求，即打開(kāi)開(kāi)關(guān)，24小時(shí)內(nèi)系統(tǒng)的泄漏量應(yīng)不超過(guò)總量的5%。

2 氧氣導(dǎo)管外套螺母裂紋漏氣分析

某大型運(yùn)輸機(jī)低壓氧氣導(dǎo)管采用HB4系列74°擴(kuò)口式連接組件，在飛機(jī)交付后大量出現(xiàn)氧氣導(dǎo)管外套螺母裂紋現(xiàn)象（見(jiàn)圖3）。氧氣導(dǎo)管外套螺母裂紋會(huì)引起氧氣泄漏，造成局部區(qū)域氧氣濃度升高，或在用氧情況下機(jī)組或乘員的供氧時(shí)間不足。

下文對(duì)氧氣導(dǎo)管外套螺母裂紋開(kāi)展詳細(xì)分析，暫不考慮外套螺母原材料采購(gòu)、制造、表面處理及檢驗(yàn)等方面的因素。

2.1 聚四氟乙烯生料帶使用分析

為保證管路連接處的密封，對(duì)管接頭和導(dǎo)管擴(kuò)口的內(nèi)外錐面有較高的粗糙度、錐度公差、同軸度、貼合度要求，以使配合面形成均勻連續(xù)的環(huán)型密封帶。但國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)質(zhì)量普遍較低，尤其是批量交付時(shí)氣密性往往不能達(dá)標(biāo)，因此國(guó)內(nèi)普遍做法是在管接頭螺紋處纏繞聚四氟乙烯生料帶，依靠螺紋密封達(dá)到氣密要求。但是，使用聚四氟乙烯生料帶不僅會(huì)使生料帶碎屑進(jìn)入氧氣系統(tǒng)，而且生料帶纏繞過(guò)厚時(shí)螺紋間為過(guò)盈配合，易導(dǎo)致靜強(qiáng)度破壞。

2.2 安裝擰緊力矩

HB4擴(kuò)口式管路組件密封原理如圖4所示。管路組件預(yù)裝配完畢后，在管接頭錐面和導(dǎo)管擴(kuò)口錐面兩個(gè)金屬表面形成了微米量級(jí)的通道。管路裝配過(guò)程中，操作者施加的擰緊力矩轉(zhuǎn)化為錐面的預(yù)緊力，在安裝預(yù)緊力的作用下，錐面相互貼合、相互壓縮，逐漸密封環(huán)面。

由于批產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量不高，按照HB4規(guī)定的擰緊力矩一般不能滿足氣密要求。制造廠在管路組件安裝時(shí)，往往根據(jù)操作人員的經(jīng)驗(yàn)用普通扳手對(duì)導(dǎo)管接頭施加力矩?cái)Q緊，為了保證密封效果，往往會(huì)過(guò)分?jǐn)Q緊。在過(guò)大的應(yīng)力作用下，外套螺母與管接頭螺紋連接中的相互接觸面（如螺紋牙側(cè)面、各支撐面、連接件相互接觸面）由于表面粗糙度、波紋度以及形位誤差等，會(huì)造成局部塑性變形，并且這些塑性變形在使用過(guò)程中可能繼續(xù)發(fā)展，以至于疲勞開(kāi)裂。

2.3 氣密檢查環(huán)境分析

國(guó)內(nèi)在進(jìn)行管路系統(tǒng)氣密性檢查時(shí)，普遍使用家用肥皂液調(diào)配中性肥皂水，對(duì)肥皂水的PH值（一般偏堿性）、成分、揮發(fā)性、腐蝕性等沒(méi)有刻意控制，檢查完后滲入縫隙中的肥皂水也無(wú)法清除干凈，隨著飛機(jī)交付日歷年的增加，涂抹肥皂水的管路組件表面會(huì)產(chǎn)生腐蝕。

3 擴(kuò)口式氧氣管路氣密性能提升方案

3.1 管路組件安裝擰緊力矩

導(dǎo)管安裝擰緊力矩問(wèn)題一直困擾著航空產(chǎn)品的生產(chǎn)。一方面，設(shè)計(jì)人員一直依據(jù)管路連接件標(biāo)準(zhǔn)中的擰緊力矩值來(lái)要求制造廠控制飛機(jī)的裝配；另一方面，實(shí)際生產(chǎn)中使用定力扳手或限力扳手進(jìn)行裝配缺乏可行性。

各種導(dǎo)管連接件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了最小擰緊力矩，其根本目的是為了檢驗(yàn)連接件的零件質(zhì)量是否達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，而不是為了限制裝配工人的操作，為此標(biāo)準(zhǔn)才特別指明規(guī)定擰緊力矩用于性能試驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)中所給出的最小擰緊力矩是規(guī)定零件設(shè)計(jì)和加工質(zhì)量的最低要求。應(yīng)該鼓勵(lì)生產(chǎn)企業(yè)盡可能提高零件質(zhì)量，如果企業(yè)在試驗(yàn)中所采用的最小擰緊力矩越小，對(duì)裝配工段的要求也就越低，產(chǎn)品的裝配質(zhì)量就越容易保證。所以，允許或者鼓勵(lì)企業(yè)采用比標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值更小的最小擰緊力矩來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。綜上，可采取以下措施進(jìn)行改進(jìn)：

1）鼓勵(lì)采用盡可能小的擰緊參數(shù)進(jìn)行性能試驗(yàn)，可以促使企業(yè)提高工藝水平，同時(shí)有利于提高產(chǎn)品裝配的質(zhì)量和可靠性；

2）企業(yè)可以自行決定采用力矩法還是扳擰角度法進(jìn)行裝配；

3）規(guī)定試驗(yàn)測(cè)定法為最終方法，這是標(biāo)準(zhǔn)作為最低要求的具體體現(xiàn)。

3.2 取消聚四氟乙烯生料帶的使用

使用聚四氟乙烯生料帶不僅會(huì)使生料帶碎屑進(jìn)入氧氣系統(tǒng)，而且生料帶過(guò)厚時(shí)螺紋間過(guò)盈配合易導(dǎo)致靜強(qiáng)度破壞，后續(xù)應(yīng)逐步禁止使用聚四氟乙烯生料帶。

3.3 使用氧氣介質(zhì)專用潤(rùn)滑脂

經(jīng)調(diào)研和試用，在氧氣導(dǎo)管安裝管路螺紋接頭時(shí)，使用氧氣專用潤(rùn)滑脂（牌號(hào)Du pont Krytox 240AZ，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)MIL-PRF-27617）可有效減小外套螺母與管接頭之間的生澀，減小安裝應(yīng)力。但使用過(guò)多會(huì)在之后用氧時(shí)產(chǎn)生異味，所以僅在連接件螺紋的外表面涂上薄薄的一層潤(rùn)滑脂即可。為避免潤(rùn)滑脂落入系統(tǒng)內(nèi)部，螺紋的頭2～3扣不涂潤(rùn)滑脂；擰緊連接件之后，應(yīng)用蘸酒精的棉布擦去擠出的潤(rùn)滑脂。

3.4 改進(jìn)氣體檢漏方法

傳統(tǒng)的使用中性肥皂水的檢漏方法存在如下問(wèn)題：1）肥皂水成分和PH值無(wú)法控制；2）肥皂水難以清除。經(jīng)調(diào)研，牌號(hào)為SHERLOCK GAS AND AIR LEAK DETECTOR（TYPEⅠ）的氧氣介質(zhì)專用檢漏液使用效果頗佳，該漏氣測(cè)試劑為泡狀，非液體，具有自揮發(fā)特性，出廠PH值介于6.0～7.5之間，無(wú)腐蝕性，無(wú)霉菌增長(zhǎng)。雖然該泡沫檢漏液具備自揮發(fā)性，但試驗(yàn)后也應(yīng)用蘸有去離子水的無(wú)絨毛揩布擦去殘留的檢漏試劑，并用壓縮空氣吹干。

4 總結(jié)

由于氧氣介質(zhì)特殊，對(duì)氣密性要求頗高，目前國(guó)內(nèi)低壓導(dǎo)管普遍采用HB4系列擴(kuò)口式管路組件，依靠在直螺母表面纏繞聚四氟乙烯生料帶的方法解決擴(kuò)口式管路組件氣密性問(wèn)題，但使用不當(dāng)往往造成外套螺母開(kāi)裂。本文從工程應(yīng)用出發(fā)，經(jīng)分析、調(diào)研、試驗(yàn)等大量工作，提出了有效解決HB4系列擴(kuò)口式氧氣管路組件氣密性不佳問(wèn)題的解決措施，包括使用擴(kuò)口管路接頭組件用金屬墊圈、管路組件安裝擰緊力矩的實(shí)施、取消聚四氟乙烯生料帶的使用、使用氧氣介質(zhì)專用潤(rùn)滑脂和改進(jìn)氣體檢漏方法。客觀來(lái)說(shuō)，HB4系列擴(kuò)口式管路組件的標(biāo)準(zhǔn)體系、結(jié)構(gòu)形式、工作原理和使用性能等已不能滿足航空武器裝備的發(fā)展，無(wú)擴(kuò)口式管路組件雖有少量應(yīng)用，但使用性能與國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)件差異較大，應(yīng)盡快開(kāi)展無(wú)擴(kuò)口式管路組件的基礎(chǔ)研究和推廣應(yīng)用。

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作者簡(jiǎn)介

王宇，工程師，主要研究方向：航空機(jī)務(wù)維修。

姜建輝，工程師，主要研究方向：航空機(jī)務(wù)維修。

呂軍海，技師。