航空充氮車自動充氣流程設計

魏曉斌，朱 毅，趙旭森

WEI Xiao-bin, ZHU Yi, ZHAO Xu-sen

（徐州空軍學院 航空四站系，徐州 221000）

0 引言

氮氣供應保障質量直接影響到飛行安全。航空充氮車主要借助汽車發動機的動力，通過傳動裝置帶動壓縮機運轉，滿足不同壓力的充氣要求，對飛機或地面設備輸送、灌充氮氣。鑒于航空充氮車充氣流程較為復雜，本文通過分析研究該車的氣路系統和控制系統來將其流程進行相應改進，以進一步確保供應給飛機的氮氣質量，保證飛行安全。

1 航空充氮車自動充氣設計

航空充氮車主要分地面氣站向車內氣瓶灌充氮氣、車內氣瓶間轉充氮氣、車內氣瓶向外灌充氮氣和循環工作等四種充氣流程。在飛行保障時，一般采取對流充氣的方法來保障飛機對氮氣的需求，當飛機需要35MPa的氮氣時，再進行增壓灌充。但充氮車進行對流充氮時的充氣流程需要控制閥門太多，比較復雜，很有必要將其流程進行改進。改進流程主要是在特定的位置增添一只電磁閥、一個驅動開關、一個氣壓開關等，以用來實現其自動充氣。

1.1 電磁閥

電磁閥是通過一個電磁線圈來控制閥芯位置以達到改變流體流動方向的目的，或者切斷和接通電源。電磁閥操作方便，布置靈活，能實現動作轉換的自動化操作。該電磁閥由航空標準件（QDF-1型）改裝而成。改裝的原因在于，原標準件的工作電壓是直流24V，而充氮車的電源電壓是直流12V，不能滿足要求。電磁閥的構造如圖1所示，它主要由前殼體、后殼體、進氣接管嘴、出氣接管嘴、活塞、活門片、針形活門、襯筒、機械手柄、線圈和鐵芯等組成。其工作原理是動鐵芯底部的密封塊借助彈簧的壓力將閥體進氣孔關閉，氣體從進氣口進入三通閥氣缸，推動導向活塞向前移動。當斷電時，電磁力消失，動鐵芯在彈簧力的作用下離開固定鐵芯向下移動，將排氣口打開，進氣口堵住，氣缸內的氣體經排氣口排出，導向活塞作反向運動。特別注意的是電磁閥安裝時應注意進氣口不要裝錯，并防止通道被贓物堵塞。

圖1 電磁閥

1.2 驅動開關

驅動開關上連觸通活門，下連電磁閥，在電磁閥輸出氣體的作用下工作。其構造如圖2所示，主要由汽缸筒、活塞、節流室和進氣接嘴等組成。

圖2 驅動開關

為防止控制氣體沿活塞體漏入上部空間而妨礙活塞體上行和下行時在上部空間造成負壓而妨礙活塞下行，在氣缸筒的上方鉆有兩個氣流平衡小孔。維護時不得將兩小孔堵住。

活塞由活塞體、密封圈和調節螺栓組成。為了保證工作中觸通活門的開啟度和避免活塞對觸通活門頂桿的沖擊，調節螺栓的升起高度是可以調節的。

節流室前端與氣缸筒相連，后端與進氣嘴相連。

進氣嘴的后端螺紋與電磁閥出氣管相連，前端螺紋與節流室相連。前部內側加工出凸臺和缺口，以便壓緊橡膠圈和均衡氣流。

圖3 氣壓開關

1.3 氣壓開關

氣壓開關（如圖3所示）是利用壓差原理，比較氣瓶組與向車內（或車外）充氣的充氣接頭之間的壓力差。當進氣充氣接嘴處氣體壓力大于氣瓶組內氣體壓力時，氣體壓縮彈簧使動觸片壓緊靜觸片，氣壓開關閉合，從而使電磁閥通電。當進氣充氣接嘴處氣體壓力低于氣瓶組內氣體壓力時，動觸片在彈簧的回復力作用下回復到原來位置，從而氣壓開關斷開，電磁閥斷電；同理，當出氣瓶組氣體壓力大于充氣接嘴前氣體管路氣體壓力時，氣體壓縮彈簧使動觸片壓緊靜觸片，氣壓開關閉合，從而使電磁閥通電。當出氣瓶組氣體壓力低于充氣接嘴前氣體管路氣體壓力時，動觸片在彈簧的回復力作用下回復到原來位置，從而氣壓開關斷開，電磁閥斷電。

2 地面氣站向車內氣瓶灌充氮氣改進

2.1 改進設想

在原有流程不變的基礎上，可于止回閥Z3的后面，轉充閥K4（或K5、K6）前面連接一電磁閥和一驅動開關，從車載電瓶引出一根導線連接到電磁閥上以用來控制電磁閥工作，并于該導線上設置一氣壓開關，其一端從Z1（或Z2）之后引出一根氣體管路與氣壓開關相連，另一端與進氣瓶組之前的氣體管路相連。氣壓開關的作用在于比較從充氣接嘴而來的氣體壓力與進氣瓶組之前氣體管路中氣體壓力的大小，從而決定其是開啟還是關閉，進而控制電磁閥是否得電。電磁閥的作用則是在氣壓開關的控制下看其是否得電，從而看其線圈是否通電產生電磁力，進而控制信號氣體是否進入驅動開關。驅動開關的作用則是在電磁閥輸出的信號氣體的作用下，推動觸通活門的頂桿上移，控制觸通活門的開啟和關閉。

2.2 改進措施

地面氣站向車內氣瓶灌充氮氣改進流程如圖4所示（圖中粗線部分為電路線路）。

當從Z1（或Z2）流出的氣體壓力大于進氣瓶組管路中的氣體壓力時，氣壓開關閉合，從而電磁閥通電。

當電磁閥線圈通電產生磁力時，活動鐵芯帶動針形活門右移，使小排氣活門關閉，小進氣活門開啟。此時，由充氣接嘴J1（或J2）而來的信號氣體由進氣接管，經左段隨動活塞中心孔、小進氣活門、后段隨動活塞氣孔，進到隨動活塞后端空腔，推動活塞前移，使大排氣活門關閉，大進氣活門開啟。信號氣體經大進氣活門和出氣接嘴管流向驅動開關。

信號氣體經驅動開關進氣嘴、節流活門進入活塞體后部空間時，在氣體壓力作用下活塞前移，調節螺栓便推動觸通活門的頂桿上移，使觸通活門開啟。此時，只需打開轉充閥K4（或K5、K6）便可對氣瓶進行充氣。

當氣瓶內氣體壓力與充氣壓力相平衡時，氣壓開關斷開，電磁閥線圈斷電電磁力消失，活動鐵芯和針形活門在小彈簧作用下左移。此時，小進氣活門被關閉，小排氣活門被開啟，隨動活塞后端的氣體經小排氣活門排向大氣。隨動活塞在前端彈簧的作用下后移，將大進氣活門關閉，大排氣活門開啟，驅動開關和出氣接管中的信號氣體，經前殼體上的大排氣孔排向大氣。

當電磁閥出口氣體消失時，在觸通活門彈簧力作用下，活塞被頂桿推回。此時，氣體經隔膜壓縮機C增壓、冷卻器E冷卻、過濾器F4過濾后到止回閥Z4，再分別由增供閥K12（或K13、K14）控制，充入氣瓶組，直到車上氣瓶組壓力滿足要求為止。

圖4 地面氣站向車內氣瓶灌充氮氣改進流程

3 車內氣瓶向外灌充氮氣改進

3.1 改進設想

在氣瓶組出口處引出一根管路接在電磁閥與驅動開關上，將其另一端接于充氣接嘴之前，從車載電瓶引出一根導線連接到電磁閥上以用來控制電磁閥工作，并于該導線上設置一氣壓開關，其一端與出氣瓶組氣體管路相連，另一端與充氣接嘴前氣體管路相連。氣壓開關的作用在于比較出氣瓶組氣體管路內氣體的壓力與充氣接嘴之前氣體管路中氣體壓力的大小，從而決定其是開啟還是關閉，進而控制電磁閥是否得電。電磁閥的作用則是在氣壓開關的控制下看其是否得電，從而看其線圈是否通電產生電磁力，進而控制信號氣體是否進入驅動開關。驅動開關的作用則是在電磁閥輸出的信號氣體的作用下，推動觸通活門的頂桿上移，控制觸通活門的開啟和關閉。在充氣接頭前的氣體管路上安裝一傳感器，其作用就是當傳感器的進氣口和出氣口之間的氣體壓力差縮小到某一特定值時，傳感器立即發出電信號。此信號經電路輸入給控制電路，控制電路通過加工處理，便發出相應的控制信號來控制充氣過程。并在傳感器和充氣街頭之間安裝一電接點壓力表，該壓力表通過其活動的指示指針與上、下觸點的接觸構成通路，從而通過插頭輸出電信號，使控制電路做出相應的控制反應，其主要用來控制充氣的上限壓力和判別管路余氣排放時的狀態。

3.2 改進措施

車內氣瓶向外灌充氮氣改進流程如圖5所示（圖中粗線部分為電路線路）。

當出氣瓶組氣體壓力大于充氣接嘴前氣體管路氣體壓力時，氣壓開關閉合，從而電磁閥通電。

圖5 車內氣瓶向外灌充氮氣改進流程

當電磁閥線圈通電產生磁力時，活動鐵芯帶動針形活門右移，使小排氣活門關閉，小進氣活門開啟。此時，由氣瓶組而來的信號氣體由進氣接管，經左段隨動活塞中心孔、小進氣活門、后段隨動活塞氣孔，進到隨動活塞后端空腔，推動活塞前移，使大排氣活門關閉，大進氣活門開啟。信號氣體經大進氣活門和出氣接嘴管流向驅動開關。

信號氣體經驅動開關進氣嘴、節流活門進入活塞體后部空間時，在氣體壓力作用下活塞前移，調節螺栓便推動觸通活門的頂桿上移，使觸通活門開啟。此時，只需打開充氣接嘴便可對外進行充氣。

當氣瓶內壓力與外界壓力達到平衡時，氣壓開關斷開，電磁閥線圈斷電電磁力消失，活動鐵芯和針形活門在小彈簧作用下左移。此時，小進氣活門被關閉，小排氣活門被開啟，隨動活塞后端的氣體經小排氣活門排向大氣。隨動活塞在前端彈簧的作用下后移，將大進氣活門關閉，大排氣活門開啟，驅動開關和出氣接管中的信號氣體，經前殼體上的大排氣孔排向大氣。當電磁閥出口氣體消失時，在觸通活門彈簧力作用下，活塞被頂桿推回。

充氣工作開始后，某一氣瓶組中的高壓氣體從傳感器進氣接嘴進入，由于出氣端處于低壓狀態，進、出氣體的壓力差很大，在此壓力差的作用下，閥芯被高速氣流吹動前移，使閥芯上的永久磁鐵塊脫離螺桿。隨著充氣時間增加，出氣端氣壓上升，進氣端氣壓有所下降，使壓力差變小，氣流速度降低。當壓力差接近消失時，氣流失去對閥芯的吹動，閥芯和永久磁鐵便與螺桿吸合。從而把壓力差消失的信號傳遞給電控箱中的電控系統。

電控系統將此信號加工處理后，發出關閉原充氣控制閥組，打開下一個（壓力較高）充氣控制閥組的信號。充氣控制閥組轉換后，傳感器進、出口又出現了較大的壓力差。閥芯又被高速氣流吹動前移，使磁鐵塊脫離螺桿，為下一次轉換做裝備，從而實現氣瓶組之間的自動轉換充氣。

隨著充氣過程的進行，壓力表活動指針逐漸上移。當氣壓達到調整上限值時，活動指針與上限觸點接觸，電路接通發出信號，控制電路做出相應的反應，關閉正在充氣的控制閥組，接通排氣控制閥組，排放充氣管路內的余氣。隨著充氣管路內氣壓下降，電接點壓力表的活動指針退回，脫離上限觸點。當管內余氣排放盡時，活動指針回到“零”壓力點，立即與下限觸點接觸，電路接通，發出信號，控制電路則接通顯示電路。

[1]雷金果.航空氣體壓充技術與設備[M].濟南：黃河出版社,2003.

[2]許洪昌.低溫機械[M].濟南：黃河出版社,2001.

[3]胡連桃.航空氣體分離原理[M].北京：兵器工業出版社,2004.

[4]陳宇.可編程程序控制器基礎和編程技巧[M].廣州：華南理工大學出版社,2005.