某型航空發動機綜合油封設備的研制

,

(空軍第一航空學院 航空機械工程系, 河南 信陽 464000)

引言

航空發動機是飛機的心臟，發動機性能的好壞直接關系到飛機的安全。保證發動機處于良好狀態，是航空裝備保障工作中的一項重要內容。各型航空發動機《技術說明書》均規定：“發動機在系統燃油放盡超過48 h，使用壽命耗盡，需要返廠翻修等情況下，必須進行內部油封；已油封的發動機，存放時間若超過3個月，必須進行啟封并重新油封；若預計時間超過1年以上尚未能裝機使用的發動機，必須進行長期封存”。因此，發動機油封設備是航空裝備保障工作中不可缺少的專用設備之一，是保證發動機工作正常，確保飛行安全的重要地面設備。

針對現有的發動機油封設備主要存在的綜合化程度低、自動化水平低、油封滑油質量不高、安全系數低、維修保障難度大等問題，設計了航空發動機綜合油封設備。該型油封設備具有技術先進，設計合理，性能穩定，功能完善，使用方便，自動化水平高等特點。同時，該設備具有較好的拓展性，經軟件升級和模塊改進后還可以適用于其他型號發動機的油啟封。

1 設備的功用

(1) 發動機內部油封功能 在離機狀態下，利用發動機的冷運轉，將經過脫水處理后的滑油注入發動機燃油系統和滑油系統內部，對發動機進行內部油封。

(2) 發動機啟封功能 在發動機冷運轉時，將相應牌號的油液注入發動機燃油系統和滑油系統內部，以清除發動機內部的油封滑油，對發動機進行啟封。

(3) 滑油脫水處理功能 油封前對滑油進行加溫脫水處理，去除滑油中的雜質和水分，從而保證油封滑油的質量，以滿足發動機的油封需要。

(4) 油封資料查詢功能 系統收錄了30種型號航空發動機的油封工藝、油封常用數據及常見故障等技術資料，以供操作人員進行查詢和自我學習。

(5) 系統自檢測功能 能夠對系統中各個控制板、數據線、接口電路和傳感器進行自檢測，可以準確判明系統內各電磁閥、繼電器是否正常。

(6) 告警保護功能 系統設計有保護裝置，當油封壓力、起動電壓、電流等參數超出安全限制值時，系統會自動斷電保護。

2 設備的組成及工作原理

某型航空發動機綜合油封設備主要油封操縱控制臺、油液供給裝置等組成。

2.1 油液供給裝置

油液供給裝置為一個獨立的箱體，主要由組合油箱、增壓系統和輸油軟管組成。根據發動機油封工作需要，組合油箱包括3個油箱。增壓系統主要由充氣裝置、儲氣裝置、調壓裝置、測壓裝置、過壓保護裝置、放氣裝置和控制裝置等組成，管路圖如圖1所示。

圖1 增壓系統管路圖

2.2 油封控制操縱裝置

油封控制操縱裝置是航空發動機綜合油封設備的控制中樞，其硬件部分主要由主控系統、起動控制系統、油路控制系統、指示系統、接口系統、電源系統和機體等組成。

1) 主控系統

主控系統由主控計算機和接口電路裝置組成。接口電路裝置由輸入輸出(I/O)板、數模轉換(A/D、D/A)板、光電隔離板、功能擴展板以及控制電路等組成。根據主控計算機的特點，軟件選擇LabWindows/CVI環境下使用C語言編寫。軟件設計的基本原則為：準確可靠、直觀易用、易擴展、易維護。按照“自頂向下、逐層細分”的設計思路，應用程序采用模塊化設計，將軟件系統分成若干個功能模塊，功能模塊之間既相互聯系又相互獨立，從而使軟件系統結構清晰、分工明確，以增強系統的操作性、可靠性、通用性、可維護性和升級能力，便于軟件的開發和維護。

2) 起動控制系統

起動控制系統是整個系統的控制核心，其基本工作原理是：工控機根據被油封發動機型號，通過I/O接口單元，經功率放大后，與D/A接口電路協調工作，使油泵工作狀態調節單元輸出相應的控制信號使相應的油泵工作，產生所需的壓力和流量，油泵工作狀態接口單元監測油泵的工作狀態，通過A/D反饋到工控機，以適時地調節油泵的工作狀態，使其輸出的壓力和流量滿足油封工藝的要求。同時依據所油封發動機的要求，通過I/O接口電路控制起動機的激磁電路和電樞電路的轉換，以滿足起動機起動力矩不斷增大的需要，使發動機順利完成冷運轉要求，在發動機運轉過程中，起動機工作狀態監控單元監控起動機的工作狀態，當出現異常情況時，及時切斷起動機的工作電路，停止冷運轉，以有效地保護起動機和發動機。起動控制系統原理如圖2所示。

圖2 起動控制系統原理圖

3) 油路控制系統

在設計的過程中，為了解決遇到的難題，同時滿足各型發動機油封的需要，主要采取了以下設計方法：

(1) 將供油管路設計為2套單獨的系統，滿足油路的需要，避免油液之間相互污染。

(2) 高壓(1.3 MPa)供油管路采取了儲油式供油方法，該方法的優點是系統升壓快，效率高，而且壓力穩定。高壓供油系統選取了ZB-27G型油泵，與蓄壓器、壓力開關、電磁閥、單向活門、油濾等附件共同組成了高壓供油系統，其油路控制原理如圖3所示。

圖3 高壓油封油路控制原理圖

高壓油封油路的工作過程：接通電源后，油泵開始工作，油液分為三路：一路經單向活門進入蓄壓器，一路流向傳感器，一路流向壓力表。當油液壓力增加至1.3 MPa時，傳感器發出信號，使電磁活門接通工作，同時使油泵停止工作，蓄壓器內的油液經油濾注入發動機。當油液壓力下降至0.3 MPa時，油泵重新接通工作，如此周而復始，直至油封過程結束。

(3) 運用油箱與油封控制裝置分離的設計思想，操作方便，維修性好。

3 設計說明

3.1 主要部件的選擇

考慮該設備與其他設備的配套、戰時機動性能等方面的因素，研制規范對其外形尺寸、重量有嚴格的要求，因此，必須對所采用的主要部件進行篩選。

1) 油泵

選用ZB-27G型航空電動液壓泵，其特點是額定出口壓力較高(185 kgf/cm2)，流量較大(4.2 L/min)，但使用壽命較短，將其出口壓力降至30 kgf/cm2后使用，一方面可大大延長油泵使用壽命，另一方面又可使出口流量得到明顯提高以滿足發動機應急油封的需求。

2) 滑油濾

選用HYL-240A 型液壓油濾，其過濾精度高，而且流量大，可以滿足該設備的使用需求。

3) 系統供油控制電磁閥

選用RDF-9型單路雙位電磁開關。該型電磁開關具有可控流量大、內置濾網接頭、可靠性高等特點。

4) 主控計算機

主控計算機是油封操縱控制臺的核心，選用KJRACK-3030J型工業控制機，它具有無源底板結構，可提供14個ISA和4個PCI插槽，具有較強的抗干擾能力，可靠性高，維修性好。

3.2 其他方面的考慮

(1) 在液壓泵進油管路中安裝了液控微動電門(傳感器)，用以感受液壓泵的進口壓力，控制電源電路的通、斷，既可以防止誤操作，又可防止液壓泵因進口壓力過低而出現氣塞故障。

(2) 為了便于油箱的清洗，在油箱底部設計了便捷的放油開關；為了便于觀察油封過程中油液的使用情況，在油箱外部設計了油量顯示標尺。

(3) 油路接頭全部采用快卸式自封活門，保證密封，防止污染。油封控制裝置與發動機的連接接頭設計為可拆卸式轉接頭，避免了頻繁更換油管，方便快捷。快卸式自封活門的結構原理圖如圖4所示。

(4) 考慮到油封控制操縱裝置的油路和電路在交叉工作時，有可能因為漏油漏電的情況而導致安全事故。為了解決這個問題，最后決定對油路和電路采用分層式設計，進行物理隔離。其中我們將油路部分設計在箱體的底部，電路部分設計在箱體的上部，在電路部分和油路部分之間還設計了一段隔離層，這樣就有效解決了因為漏油漏電而導致安全事故的情況。具體設計如圖5所示。

圖4 快卸式自封活門結構原理圖

圖5 油封操縱控制裝置布局示意圖

4 結論

某型航空發動機綜合油封設備該設備現已經正式裝備部隊，從使用情況看，該設備具有較高的經濟和軍事意義。

(1) 設備工作正常，各種性能參數符合設計要求，到目前為止尚未出現任何故障；

(2) 實現了油封設備的高度集成化，減少了多種發動機油封頻繁更換設備所帶來的不便；

(3) 利用計算機控制程序，操作簡便。該設備是目前國內唯一的綜合程度高，智能化高的油封設備。系統工作自動化程度較高，使用維護方便。

參考文獻：

[1] 成大光.機械設計手冊[M]. 北京：化工工業出版社,1995：175-230.

[2] 徐龍祥，歐陽祖行. 機械設計[M]. 北京：航空工業出版社,1990：85-144.

[3] GJB 368.1-1990,裝備研究與生產的可靠性通用大綱[S] .

[4] 陳曼龍.飛機發動機燃油噴嘴密封性檢測系統設計[J].液壓與氣動,2011,(11):9-11.

[5] 李芳霞,解海.組合密封結構在換向氣閥中的應用[J].液壓與氣動,2012,(5):84-86.

[6] 盧小玲.強迫注油循環冷卻潤滑式柱塞密封結構[J].液壓與氣動,2012,(7):98-99.