耐高壓部附件維修測試增壓裝置的設計開發

崔相國，沈　奇

（1.東方航空技術有限公司，山東煙臺200335；2.中國民航大學，天津300300）

耐高壓部附件維修測試增壓裝置的設計開發

崔相國1，沈奇2

（1.東方航空技術有限公司，山東煙臺200335；2.中國民航大學，天津300300）

為了滿足目前一些飛機中的耐高壓部附件的維修測試工作，必須設計一種新型的增壓裝置來進行高壓測試。簡要介紹了該新型增壓裝置的設計背景、工作原理以及設計過程等內容，與原有裝置相比，該裝置能夠提供更高的壓力以滿足耐高壓部附件的測試需要，并且具有防爆、輸出壓力可調等特點，另外其運動件及密封件更少，從而減少了維護工作。

耐高壓附件；新型增壓裝置；維修測試

目前，在民航維修測試所采用的增壓裝置中，大部分裝置所能達到的最大壓力有限，一般為3000 psi或5000 psi，難以滿足某些耐高壓部附件的維修測試工作，因此為了滿足波音、空客飛機中各種耐高液（氣）壓部附件的維修測試工作，基于航空器部附件維修依據文件（CMM）給定的測試要求和參數，設計了一種新型試壓設備，用以滿足此類航空部附件的維修要求。設計的設備氣驅氣體/液體增壓動力單元是根據從美國引進的氣體液壓試壓裝置以及結合實際情況等進而研制而成的。此設備系統主要分為兩部分，即氣驅氣體增壓單元和氣驅液體增壓單元。這種新型的增壓裝置具有防爆、輸出壓力可調、升壓速度可控、體積小、重量輕、操作簡單、性能可靠、適用范圍廣等特點。

1　設計要求

根據AC-145-10民航總局咨詢通告《自制工具設備的設計制造標準和要求》，這種新型增壓裝置應滿足以下要求：（1）原理和設計圖紙必須符合相應的國家標準；（2）使用原材料應滿足可預見的極限強度、剛度及其他性能要求，與航空器或航空器部件直接接觸的材料不能對航空器或航空器部件造成損傷；（3）儀表和顯示設備的精度、量程和穩定性應滿足測試的需要；（4）動力源應滿足按測試需要提供穩定、可調的動力供應；（5）操縱機構應滿足操作方便，并防止誤操作的要求；（6）工具設備的安全防護應滿足國家有關標準的要求；（7）工具設備制造過程中應有工作單卡和施工說明［1］。

2　工作原理

該新型測試裝置以氣體為動力源，通過增壓設備使輸出氣體或液體與驅動氣壓成正比，進而對驅動氣壓進行調整，以獲得相應的輸出壓力。下面以氣驅液體增壓裝置為主來介紹增壓單元的工作原理。其工作原理圖如圖1所示。

圖1　氣驅液體增壓裝置工作原理圖

此設備的主要部件是增壓泵，即氣驅液泵，它的工作原理是利用增壓泵中活塞上下端的面積差，從而獲得高壓的液體流出，在活塞面積較大的上端采用低壓的氣體驅動，而活塞另一端，由于面積較小，又要保持和活塞上端同等的壓力，故可以獲得高壓的液體。其中液體輸出的最大壓力取決于活塞兩端的面積比以及氣體驅動的壓力［2］。如：泵的比率為10：1，即每1 psi的驅動氣壓，將獲得10 psi的輸出液壓。操作時泵最大采用100 psi的驅動氣壓，即可產生最大1000 psi的輸出液壓。在泵的壓力范圍內，調節壓力調節器從而調節輸入氣壓，輸出最大液壓相應得到無級調整。

3　氣驅液體增壓裝置的設計過程

3.1液壓執行元件的確定

因系統測試時需提供超高壓（12 500 psi），一般泵和馬達均不能滿足要求或結構非常復雜，需設計專用增壓機構才能完成。為此根據從美國引進的氣動/液體試壓裝置等，結合實際情況研制出了這種新型的增壓設備。它采用低壓氣體為動力源，通過增壓泵增壓獲得高壓的液體輸出，當驅動氣體與輸出液體壓力平衡時，泵停止充壓，輸出壓力便穩定在預調的壓力上，通過控制進氣量，可以控制需增壓液體流量，從而控制升壓速度。一般常用100 psi的氣壓作為驅動氣源，因此選用比率125:1的液壓泵，從而獲得12 500 psi的液壓。該新型液壓泵的結構簡圖見圖2.

圖2　液壓泵的結構簡圖

3.2執行元件主要參數的計算

（1）增壓缸：根據實際和累計經驗取Φ20mm.

（2）驅動缸：根據125：1的比率關系，進而得出驅動缸與增壓缸直徑之比為11.18：1，可得：Φ驅動缸=11.18×Φ增壓缸=223.6 mm≈240 mm.

3.3控制元件和控制調速方案的確定

驅動調壓閥、驅動截止閥、測試截止閥、卸荷閥、增壓泵進出口單向閥等控制元件根據所在的位置和功能，按標準選用即可。調速方案采用無極調速即可，故不需要復雜的控制方案。

3.4耗油量的計算

（1）管路系統充油量：按管路通徑￠=10mm，總長10m，系統油量為（∏/4）×Φ2×L=（∏/4）×1.02 ×1000=785 cm3.

（2）濾油器中充油量估算：2個油濾，體積相同。Φ120 mm，壁厚5 mm，高400 cm3.濾芯，內部結構認為油濾內徑為Φ90，高350min，圓柱體。所以（∏/4）×120×40×2-（∏/4）×90×35×2=3 837.9 cm3.

油濾可選用天津濾油器廠生產的紙芯10μm過濾器。ZU-A160×10 sΔP＜0.15 MPa.XU-A160×30 s，ΔP＜0.12 MPa.

（3）被測附件蓄壓器充油量估算：（∏/4）×Φ2 ×H=（∏/4）×102×80=6 280 cm3.

合計總耗油量：

785+3 837.9+6 280=10 902.9 cm3.

從而計算出油箱最低儲油量為10 902.9×4/3 =15 991 cm3，最終定為18 000 cm3.

3.5油箱設計

結構定為長方形，為了排污方便，底部為斜面，排污口位于最低位。油箱組成：1）排油口：在箱底板上；2）放油口：在油箱底部；3）液位計；4）入油口，在油箱頂部；5）油箱穩流隔板；6）傾斜集污底板。

油箱尺寸根據容積計算得出L×W×H=30 cm ×30 cm×20 cm.

3.6測試臺結構

測試臺由框架、測試油箱、增壓泵及支架、儀表、面板、驅動調壓閥、驅動截止閥、油霧器、測試截止閥、卸荷閥、油濾及接管等組成。工作油箱放于框架內，其出口與泵的進液口持平，調節閥門、壓力表等放于面板上，便于操作。泵只需用螺釘固定，并連接三根配管：驅動氣源到泵進氣口；液壓源到泵進液口；泵的出液口到工作系統。為使泵的進、出液口密封效果好，與泵連接的NPT陽螺紋均應使用兩圈特氟龍膠紙。為使泵性能最佳，泵的進液口應比液箱低或持平。測試部件放在專用的工作臺上，用螺栓固定。工作臺面板下為接油盤，收集泄漏的液壓油，由專用容器接納之。

3.7管路系統設計

從技術要求看，本測試系統不要求大流量，僅考慮耐壓即可，因此選用3/8"的316 L高壓無縫鋼管，耐壓15 000 psi.所有配管工作壓力必須大于泵最大工作壓力1.5倍以上。

管子壁厚δ≥pd/2［σ］（p—工作壓力；d—管子內徑；［σ］—許用應力）則δ=（12500×1.5/145×9.53）/（2×1000/4）=2.46 mm，因此選用δ=2.5 mm.

實際應用中可依此和工作壓力選用進口高質量高壓油管。

4　耐高壓部附件的測試

本裝置在工作時就是以壓縮空氣為動力，通過對驅動氣壓的調整和增壓泵的放大效應，得到相應的輸出壓力。如上述原理圖1所示，驅動氣體通過過濾器、驅動調壓閥、壓力表、驅動截止閥、油霧器進入增壓泵作為驅動動力；需增壓液體通過過濾器、單向閥進入增壓泵，通過增壓泵增壓后輸出高壓。具體結構可參照下述實物圖，如圖3所示。

圖3　新型增壓裝置結構實物圖（左圖）和液壓控制閥及儀表（右圖）

該新型增壓裝置是高壓測試系統的主要部件，利用該裝置可對一些耐高壓部附件進行驗證壓力和泄漏檢查、壓力下的分離檢查、液體或氣體泄漏測試和隔離組件摩擦阻力測試等維修測試工作。下面以驗證壓力和泄露檢查為例簡要說明，如圖4所示，向氣壓端口充滿液壓液，堵住氣壓口，然后使用該裝置向液壓口供6000+200/0 psi壓力，保持五分鐘，若無外部泄漏跡象，破裂或永久變形則說明此部件滿足要求［3］。

圖4　驗證壓力和泄露檢查

5　結束語

常用的高壓增壓方式是用人工手搖泵或多級增壓缸逐級增壓才能達到超高壓。而手搖泵不僅費工費力，效率低下，而且很難做到超高壓；多級增壓結構復雜，體積龐大，操作復雜，性能不可靠，且制作和維護較難。本文從民航部附件的維修實際出發，通過對現有裝置的分析和研究，進而設計出一種新型的增壓設備，與原有設備相比，該新型裝置具有一些明顯的優點。該新型裝置除了在引言中介紹的防爆、輸出壓力可調等特點外，還具有安全性、密封性、人性化、多樣性、易維護和持續性等優點。它特別適用于閥件、連接件、壓力容器等受壓件的試壓檢驗。與其它泵相比，其運動件及密封件更少，從而減少了維護。另外，本裝置也存在缺陷，例如：不能完成低壓測試。論文中有些項目的分析并未曾展開。

［1］《自制工具設備的設計制造標準和要求》［S］.

［2］成大先.機械設計手冊第四卷［M］.北京：化學工業出版社，1996：19-61.

［3］EMCO CORPORATION.ATA 32-40-01.CMM維修手冊：COMPONENT MAINTENANCE MANUAL PART NUMBER 30210［Z］.

Design and Development for the Pressurization Device of High-Pressure-Resistant Com ponent Test System

CUIXiang-guo1，SHEN Qi2
（1.Eastern Airlines Ltd.，Yantai Shandong 200335，China；2.Civil Aviation University of China，Tianjin 300300，China）

In order tomeet some works of the current aircraftmaintenance testing of high voltage unitattachment，a new type of supercharging device must be designed for high-pressure test.This article briefly describes thedesign backgroundof the new supercharger，working principle and design process and so on.Compared with the original device，it can provide a higher pressure tomeet the need for high voltage test of unit attachment，and have possess of explosion-proof，adjustable output pressure and other characteristics.Because its moving parts and seals are less，themaintenance work is also less than the original device.

high-pressure-resistant component；new plenum；maintenance test

TH12

A

1672-545X（2016）05-0072-03

2016-02-11

崔相國（1971-），男，山東煙臺人，碩士，工程師，研究方向：航空器維修；沈奇（1993-），男，河南太康人，在讀碩士，研究生，研究方向：航空器制造與維修。