航空發動機清洗技術研究

于海濱，賈明明

（海軍航空工程學院青島校區，山東青島266041）

航空發動機清洗技術研究

于海濱，賈明明

（海軍航空工程學院青島校區，山東青島266041）

清洗技術是一項實用的航空發動機外場使用技術。通過對發動機清洗關鍵技術的討論以及清洗前后發動機性能對比評估，表明發動機清洗技術是一項復雜的系統工程技術，在發動機性能恢復方面的作用明顯，且外場條件下無可替代。

發動機；清洗；性能恢復

0 引言

環境對航空發動機有著不可忽略的影響。發動機在使用過程中，不可避免會吸入工業粉塵、昆蟲等，以及從封嚴裝置泄漏的少量滑油，它們會附著在進氣道、壓氣機葉片上，并形成沉積物。這會使進氣道和葉片表面變得粗糙、幾何形狀發生改變（小型發動機對此尤其敏感）、空氣流量減少、氣體易分離，造成壓氣機效率下降、EGT裕度減小、喘振裕度降低，從而使發動機推力（功率）下降，嚴重時會發生超溫和喘振故障。發動機在沿海地區使用時，由于沿海地區空氣鹽霧重、濕度大。高溫、鹽份很容易附著在進氣道和壓氣機葉片上形成鹽漬。鹽份在高溫、高濕條件下，經過一段時間很容易使壓氣機工作葉片和導向器葉片發生腐蝕。鹽份存在又是渦輪葉片產生熱腐蝕的必要條件。腐蝕會導致葉片強度降低，嚴重時會形成疲勞源，由此而產生裂紋，縮短發動機的使用壽命。去除進氣道，特別是壓氣機上的臟物和鹽分，最有效的手段就是進行發動機清洗［1］。

1 清洗技術概述

航空發動機清洗是指不從飛機上拆下發動機的條件下，定期或視情對發動機實施清洗或防護。其目的是通過清洗清除附著在進氣道、壓氣機葉片上的沉積物，保護葉片，從而延緩或消除空氣中雜質對發動機性能的影響，恢復劣化了的性能，保持發動機的設計壽命，同時預防或排除發動機某些故障的發展。

由于對發動機壓氣機進行清洗和防護，不需要從飛機上拆下發動機，不需要分解發動機，可以直接在飛機上實施，可以大大縮短維修時間并降低維修費用。因此，國際先進航空發動機公司生產的發動機，在外場廣泛采用壓氣機清洗和防護技術。TB3-117、阿赫耶、CFM56，T800等發動機，在維護規范中對清洗都有明確的規定［2］。

發動機使用的環境不同，其壓氣機葉片沉積物各種各樣，沉積物的附著力也不盡相同，但大致可以分為鹽類和由砂塵、工業粉塵、昆蟲、油類等組成的油脂污垢兩類。它們對發動機影響作用形式差別很大。鹽份主要通過發動機冷、熱腐蝕影響發動機壽命，而油脂污垢主要通過壓氣機效率影響發動機性能。為了清洗這兩類沉積物，多采用兩種清洗方式，即冷清洗和熱清洗。無論是冷清洗還是熱清洗，為了達到清洗效果，都是在發動機運轉過程中進行的。發動機運轉的轉速既不能太高，也不能太低，一般選擇適中轉速。這樣既能保持清洗液對發動機有一定的撞擊力和溫度，又不能因轉速過高而使清洗液蒸發，影響清洗效果。

（1）冷清洗，一般是指發動機在冷轉狀態，向發動機噴入清洗劑溶液清洗葉片上的鹽份，所以冷清洗也稱“除鹽清洗”。除鹽清洗一般不易在高溫下進行，選在冷轉狀態較佳，因為此時發動機的轉速較小，溫度又不高，除鹽時不會引起發動機的熱腐蝕。由于發動機冷轉狀態的持續時間較短，一般為幾十秒鐘，要有效清除葉片上的鹽份，對清洗劑的性能要求很高。

（2）熱清洗，一般是指發動機在慢車狀態時，向發動機噴入蒸餾水或合適的清洗劑來清除葉片上的油脂污垢，從而還原發動機的性能，故熱清洗又叫“恢復性能清洗”。油脂污垢在葉片上附著力較強而冷轉時轉速較低，一般很難進行有效清除。發動機在慢車狀態時，發動機轉速較高，工作時間又較長，此時向發動機氣流通道噴入蒸餾水或清洗劑，利用液滴與葉片的沖擊力可以基本消除葉片上的污垢，恢復發動機的性能。但是在進行熱清洗時，會引起發動機的轉速、溫度下降，其下降量因具體的發動機而異。轉速的下降量一般為10%～20%，溫度的下降量一般為2～30℃。如果清洗時使用清洗劑，由于清洗劑一般為易燃有機化合物，當噴入的清洗劑過多或使用不當時，容易引起瞬時超溫或燒壞發動機。這時利用清洗劑進行熱清洗的弊端。

隨著化工技術發展，新型高效防護型清洗劑不斷涌現，使得恢復性能清洗完全可以在冷轉狀態實施。20世紀80年代開始研制投入使用的發動機，無論是除鹽清洗還是恢復性能清洗，基本都是在冷轉狀態下進行的，因而增加了清洗工作的安全性。

2 清洗關鍵技術

發動機清洗技術研究內容比較廣泛，從整體而言共有3項內容，即清洗劑、維護規范和清洗設備。其中，前兩項是決定發動機清洗技術成功與否的關鍵。

2.1 清洗劑

清洗劑是清洗技術的核心環節。清洗劑通常是有機化合物，含有表面活性劑、有機溶劑、研磨劑和增白劑等成分，一般分為水基型和溶劑型兩種。清洗劑選擇的好壞直接決定著清洗效果的優劣。選擇或研制清洗劑應根據清洗的目的（是除鹽還是恢復性能）、外界溫度高低、發動機氣流通道所用材料，以及清洗類型作綜合考慮。

（1）合理選擇清洗劑。不同的清洗目的，不同的沉積物，就需要不同類型特點的清洗劑。

選擇清洗劑類型時，也會受到外界溫度的影響。當外界溫度較低（在0～5℃或以下）時，一般的清洗劑就容易結冰，所以在低溫的情況下應該選擇冰點較低的清洗劑。歐美國家的發動機一般采取清洗劑加防冰劑的方式防冰，不同的溫度段，其配比不同。前蘇聯發動機在低溫條件下在采用改變清洗劑配比的同時，還采取對清洗液進行加溫（50～70℃）進行防冰清洗。

（2）清洗劑的選擇與研制還要考慮發動機氣流通道內的材料性能。清洗劑首先要達到清洗目的，其次還要求在清洗過程中不能對發動機氣流通道內的金屬、非金屬材料產生腐蝕。任何一種清洗劑都必須經過特定發動機考驗，對其技術要求相當苛刻，因此清洗劑應是在嚴格的技術標準條件下研制出來的。為此，美國軍標準MIL-C-85704B《航空發動機燃氣通道清洗劑軍用規范》中，對清洗劑的質量標準達23項之多，其中腐蝕性能8項，使用性能8項，理化性能7項。《規范》對各項指標數據都做出了詳細的規范要求。一個產品同時達到如此多的技術要求，其要求之高、要求之全面可想而知。

2.2 維護規范

維護規范是實施航空發動機壓氣機清洗和防護技術的綱領性文件，是特定機型在理論分析研究與實驗基礎上總結出來的，它對清洗的時機或周期，對使用清洗劑的型號及配比、清洗液的多少，清洗時發動機的狀態及實施程序都作了明確的規定。表1列出了某型發動機的清洗周期。對發動機實施清洗的程序設定為：冷轉→清洗→蒸餾水沖洗→干燥→噴防護劑。只有嚴格按照維護規范進行操作，才能達到清洗目的。

表1 某型發動機清洗周期

2.3 清洗設備

清洗設備是發動機實施清洗的裝置，因機型而異。岸基飛機使用的發動機一般采用清洗車；艦載機上的發動機一般采用手提式或背包式清洗設備，其結構簡單，一般由盛清洗劑溶液的容器、壓力源（氣源或電動泵）、噴槍、控制板等組成。盛清洗劑溶液的容器體積因發動機和選擇清洗劑而異，一般為6～40 L。無論是空壓機、蓄氣瓶，還是電動泵作為壓力源，都不會超過0.98×105Pa，壓力的高低取決于噴槍在清洗發動機時的流量。目前，無論實施什么樣的清洗目的，都用一個清洗設備，它們之間靠一個轉換開關進行轉換。為了適應低溫環境下清洗，前蘇聯的清洗設備還具有電加熱裝置。

隨著對清洗技術認識的增加，先進發動機公司在設計時已對清洗問題作了考慮，如T800在發動機進氣道上設計專為發動機外場清洗用的清洗環。

3 清洗效果評估

3.1 評估方法

對發動機清洗實際效果的評定，只能對恢復性能清洗做出準確評判。它實際是對選擇的清洗劑、維護規定所規定內容及清洗設備的綜合驗證，一般外場采用對比法進行評估，有4個步驟。

（1）清洗前，先進行常規試車，并進行有關性能數據。

（2）按維護規范實施清洗。

（3）在同樣條件下再進行試車，并記錄有關性能數據。

（4）對所錄取的數據進行對比。

通過數據對比，很容易得出經過清洗原發動機性能恢復效果大小。對除鹽清洗，因為它影響到發動機的壽命，所以很難在短時間內進行效果評定。

3.2 評估結果

經實際驗證，清洗對恢復發動機性能非常有效，尤其對航線分布在沿海地區或多沙塵地區的發動機，效果更顯著，且成本低。通過對發動機進氣道、壓氣機葉片及整個核心機氣路用一定壓力的水（或清洗劑）清洗，一般可降低排氣溫度5～20℃，個別發動機可達40℃，發動機功率一般可提高清洗前的2%～5%，個別可提高更多。某型發動機廠內長期試車中采用清洗程序后，性能效果見表2

從表2中可以看出，發動機排氣溫度（起飛狀態）下降20～50℃，功率（起飛狀態）恢復明顯，大約能夠提高發動機在清洗前功率的4%～7%，清洗的效果比較可觀。

表2 發動機清洗前后參數對比

4 結束語

航空發動機清洗技術雖然不屬于發動機的關鍵技術，但是在發動機性能恢復中的作用無可替代。清洗投入經費較小，可以延緩或保持發動機的壽命，延長了發動機推力（功率）下降時間。國外在上世紀70年代就已經開始研究發動機清洗技術。我們在這方面還相對落后。發動機清洗技術看似簡單，實則是一個系統工程，從清洗劑研制、到清洗規范、到清洗設備，必須系統考慮，這樣才能使發動機清洗技術真正在實用中發揮作用。

［1］李本威，王秀霞，胡國才，等.渦噴發動機清洗技術研究［J］.航空發動機，2000，（1）:12-16.

［2］孫護國，于海濱，霍武軍，等.渦軸發動機清洗技術及其發展［D］.第十六屆全國直升機年會論文，2000.

〔編輯 王永洲〕

V261

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.11.50