基于地面油封裝置在航空發動機上的冷油封方式應用研究

張伯年，董坤林，白明煥

（國營蕪湖機械廠，安徽 蕪湖 241007）

航空發動機油封是航空發動機在貯藏和運輸時防止其零件發生銹蝕的主要措施。在業內相關技術規范中，明確了長期不裝機使用的航空發動機，在存放期間要完成發動機油封，并在重新裝機使用時必須完成發動機啟封工作，其意義在于保證發動機在整個存放期的狀態完好，保障發動機在外場使用安全。

內部油封和外部油封是發動機油封的2 種方式。其整機油封的品質決定了發動機長期存放的時限。對航空發動機進行內部油封是對發動機燃油系統采取保護的一種措施，其過程是先利用氮氣吹除燃油系統的存油，然后用滑油對發動機燃油系統進行沖洗，使燃油系統中充滿滑油，以保證燃油系統置于滑油的保護下并隔絕氧氣，以減少零件氧化腐蝕造成的性能衰減或功能喪失。

1 內部油封技術

1.1 油封的方式

傳統的發動機油封方式是在飛機上進行發動機假開車，將滑油從發動機燃油入口供入，燃油系統內的存油從放油口放出，從而達到油封發動機燃油系統的目的，這種油封方式稱為熱油封（即運轉油封）。

改進后的發動機油封是通過地面油封裝置將增壓后的滑油注入燃油系統，配合電氣控制，使附件的電磁閥按相應時序工作，達到油封燃油系統的目的，這種油封方式稱為冷油封（即靜態油封）。

熱油封（即運轉油封）：其油封過程為單一點供油，多點放油。系統原理如圖1 所示。

圖1 熱油封（即運轉油封）

冷油封（即不運轉油封）：其操作過程需針對幾大附件分別進行油封，多點供油，多點放油，需要較多的管路。系統原理如圖2 所示。

圖2 冷油封（即靜態油封）

圖3 地面油封裝置外形圖

1.2 油封原理

內部油封是由油封裝置供給的滑油，經設備中的單向閥進入蓄壓器，當油壓達到一定量時，壓力傳感器給控制系統一個信號，打開電磁閥，相應的接頭內滑油開始流進發動機部件，燃油系統內的存油從放油口放出，從而達到油封發動機燃油系統的目的。

2 地面油封裝置

地面油封裝置用于飛機發動機轉子不轉動時，將油封用滑油注入燃油系統附件內進行強制油封。該設備具備滑油自動加溫脫水、自動控溫；能夠對滑油進行加壓，能夠提供穩定的壓力源；電氣控制系統為發動機提供相應的時序控制信號三大功能。

2.1 設備主要參數

（1）工作油慮精度：5μm；

（2）滑油污染度不劣于GJB 420B-6 級；

（3）工作油流量調節范圍：0～15L/min；

（4）工作油壓力范圍：0～2.45 MPa；

（5）安全活門工作壓力：2.45 MPa；

（6）油箱容積：125L；

（7）滑油脫水溫度：100℃～120℃；

（8）工作狀態滑油溫度：45℃～60℃。

2.2 設備使用介質脫水原理

該設備可利用滑油（使用介質）和水的沸點不同來實現滑油和水的分離，即由電氣系統控制含有水分滑油的油溫，使其持續保持在100℃～120℃的范圍內，在這個溫度范圍內，滑油內部的水會蒸發而滑油仍保留在油箱內。

通過控制設備操縱臺在脫水按鈕，發出“加熱”指令使設備內部的加熱繼電器工作，接通接觸器，接下來電加熱器開始工作，同時設備操縱臺上的“脫水”信號燈常亮。當滑油溫度達到120℃并保持10 min 后，油封設備將自動進入保溫狀態。

2.3 設備電氣控制原理

在發動機不工作狀態下，地面油封設備通過電氣控制系統為發動機提供相應的時序控制信號，模擬各電磁閥時序接通工作指令，實現滑油對發動機燃油系統進行冷油封。

發動機油封電磁閥共分為2 組控制。

加力點火、KO 停車活門、防喘電磁閥、應急放油、主油路OK 調節閥為1 組閥。

加力點火連鎖閥、收噴口、N2 調整閥、減速率、渦輪冷卻、應急斷加力為2 組閥。

按照油封工作原理，設定2 組動作電磁閥工作時序，進行交替接通控制，利用地面油封設備，為電磁閥提供相應的時序控制信號。

第一組閥時序：

加力點火、KO 停車活門、防喘電磁閥、應急放油、主油路OK 調節閥。

第二組閥時序：

加力點火連鎖閥、收噴口、N2 調整閥、減速率、渦輪冷卻、應急斷加力。

2.4 設備供油工作原理

當進行發動機油封時，在油封電氣系統控制下，循環電磁閥和調低壓電磁閥關閉，調高壓電磁閥和油封電磁閥打開。通過設備油箱內的滑油首先經液壓泵增壓，部分滑油經高壓電磁閥和高壓溢流閥流回油箱，其余滑油則通過油濾、油封電磁閥、單向活門和轉閥通過外部導管輸入發動機燃油系統。油封管路系統內的油壓保持在規定范圍內，從而滿足發動機內部油封工作的需要。

3 工藝試驗

3.1 制定發動機燃油附件中的燃油排出方式

通過外接氮氣瓶，利用油封設備電控程序，根據預先設定的吹除時間，反復吹洗燃油系統，直至放氣管路燃油排盡，排出氣體。達到對燃油系統清洗的效果。

3.2 制定向發動機燃油系統注入滑油方法

通過將油封設備中的滑油注入發動機燃油系統，配合PLC 電氣控制，使發動機燃油附件各電磁閥按相應時序工作。電氣控制系統為發動機各電磁閥提供交替工作控制信號，達到發動機各油路、附件內部油封的目的。

3.3 油封效果試驗

開展對比試驗，選擇2 臺發動機進行機上熱油封和地面冷油封，油封過程中通過排出的滑油，分別取2 瓶油樣進行滑油理化指標、閃點的檢測對比。

通過化驗閃點數據對比分析，地面冷油封后滑油閃點：157，優于機上熱油封后滑油閃點：155。閃點的高低反映燃油的殘余量，閃點越高說明燃油的含量越低。

經試驗和理化分析驗證，冷油封效果與運轉油封效果一致，可替代現有油封方式。

4 關鍵技術問題及解決措施

4.1 發動機冷油封狀態下實現發動機電磁閥時序接通的研究

渦扇發動機機上油封方式已在部隊外場維護中廣泛使用，但對發動機靜態油封方式的油封原理及地面如何模擬機上發動機工作還不明確，研究發動機冷油封狀態下實現發動機電磁閥時序接通的電氣控制方式是研究的關鍵技術問題之一。

通過分析發動機內部油封工作原理，制定發動機燃油系統各電磁閥接通工作時機。研制的地面油封設備將實現電氣控制系統為發動機提供相應的時序控制信號。保證發動機各油路、附件全部完成內部油封。

4.2 制定發動機冷油封試驗方法確保內部油封效果

渦扇發動機不工作狀態下，各燃油系統管路壓力的實現及燃油系統的清洗方式等對發動機內部油封效果有較大影響，研究制定發動機冷油封工藝方法，確保內部油封效果也是研究的關鍵技術問題之一。

通過分析發動機油封過程中系統油壓的建立條件，制定油封管路系統內油壓保持范圍。同時為避免、燃滑油摻混，論證使用氮氣進行反復吹洗燃油系統的可行性，制定渦扇發動機冷油封工藝方法。

5 結語

綜上所述，傳統的熱油封技術已經難以滿足實際生產的需要，需在現有的基礎上利用新研制的地面油封裝置，實現發動機的冷油封（靜態油封）。尤其是在飛機修理維護上，航空維修企業通過對油封工藝的改進，有效解決因發動機油封問題影響的生產周期問題，同時解決了部分發動機因葉片打傷、涂層掉塊等無法進行熱油封的問題，為發動機的進廠油封提供了更多的途徑。