航空發(fā)動機燃油附件修理清潔度控制研究

劉錦秋

摘要： 航空發(fā)動機燃油附件是發(fā)動機控制系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響發(fā)動機的安全和性能。燃油附件在修理過程中，清潔度的控制是保證產品質量的重要條件和有效手段。

本文以某型發(fā)動機燃油附件為例，分析了污染產生的原因，研究了污染對燃油附件的影響，選擇了修理過程中的清潔度標準，并探討了修理過程中應采取的措施，將對提高燃油附件修理質量、減少故障起到重要的積極作用。

Abstract： Fuel accessories are the most important parts of the aircraft engine controlling system， which directly effect the safety and performance of the engine. During the fuel accessories repaired process， the cleanliness control is a important measure to gain quality.

Based on the sources of the pollution， an emphasis was put upon the analysis of the effect of the on fuel accessories， and cleanliness standard in repaired process was chosen， then the measures which should be adopted in repaired process were discussed， so that fuel accessories successfully repaired can work normally in a overhaul cycle.

關鍵詞： 航空發(fā)動機；燃油附件；修理；污染；清潔度控制

Key words： aircraft engine；fuel accessories；repaired；pollution；cleanliness control

中圖分類號：V233.7 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）05-0096-03

0 引言

本文從航空發(fā)動機燃油附件修理過程中清潔度實際需要出發(fā)，分析了燃油附件污染物的來源，分析了燃油污染的原因及危害，研究了常用油液狀態(tài)監(jiān)測技術，分析了各種監(jiān)測技術的優(yōu)、缺點，確定了顆粒分析法的適用性，研究了航空燃油附件清潔度標準、存在問題和改進措施。

1 概述

1.1 航空發(fā)動機燃油附件

航空發(fā)動機燃油附件是對發(fā)動機進行控制和調節(jié)的重要裝置。以某型航空發(fā)動機為例，其燃油附件主要包括主燃油泵調節(jié)器、噴口加力調節(jié)器、燃油分配器、高壓柱塞泵、柱塞泵控制附件、應急放油附件、加力泵、離心增壓泵、燃油計量裝置等組成。

1.2 航空發(fā)動機燃油附件的修理

航空發(fā)動機的性能日益先進，功能綜合，結構復雜，價格昂貴，保養(yǎng)問題顯得尤為重要。航空發(fā)動機修理的概念已經起了質的變化，早已不是修修補補了，而是一門復雜的現(xiàn)代工程技術。修理的質量和速度，直接影響航空發(fā)動機的完好率、出勤率、事故率、修理工時等指標。修理得好，一架飛機可頂好幾架使用，反之，可能幾架也頂不了一架。

航空發(fā)動機修理是一個大系統(tǒng)。其規(guī)模龐大，專業(yè)紛繁，結構復雜，功能綜合，因此，航空發(fā)動機的修理要以可靠性為中心。在設計時就要進行可靠性預測，經可靠性論證；在生產時要進行可靠性管理；在修理上更要進行可靠性研究，從根本上改善和提高可靠性。

1.3 燃油附件清潔度控制的方法和目標

目前，航空發(fā)動機潤滑油狀態(tài)監(jiān)控技術已經廣泛應用于民用工業(yè)和軍隊建設，減少和避免了許多災難性事故的發(fā)生。國內對航空發(fā)動機潤滑油的監(jiān)控也取得了很大進展。

污染對航空發(fā)動機燃油附件造成的危害也很大，附件中一旦存在污染物就極有可能造成各類活門卡滯、油濾堵塞、運動偶件工作表面嚴重磨損、密封部位漏油等，影響燃油系統(tǒng)正常工作甚至危及飛行安全。因此分析燃油附件污染原因，認識其危害性，制定清潔度檢測標準，采取預防措施是很有必要的。

航空發(fā)動機燃油附件的清潔度控制已引起人們的高度重視，在航空發(fā)動機的修理中，對清潔度的要求非常嚴格。經過國內多型發(fā)動機的修理，我們對清潔度有了一定的了解，采取了許多措施來保證燃油附件的清潔度，如在對燃油附件進行性能試驗時，規(guī)定試驗器應使用高過濾度的油濾；定期清洗或更換油濾；定期清潔系統(tǒng)管路等。但這些都只是定性的分析，而通過國外第三代戰(zhàn)斗機的修理，我們對清潔度的認識上了一個臺階。清潔度不是一個定性術語，而是一個相當具體的定量數(shù)值。

2 燃油污染原因及危害

2.1 燃油附件污染物的來源

燃油附件污染物的來源主要有三個方面：

機械加工造成的污染：燃油附件殼體孔路復雜，縱橫交錯，而且還有許多盲孔和工藝孔，經精密機械加工后，一些微小的金屬屑和研磨膏等雜質仍不可避免地積存在殼體的深孔、盲孔和小溝槽內，當裝配完畢，燃油附件投入工作后，污染物就會進入燃油系統(tǒng)而造成系統(tǒng)污染，對燃油附件的零部件產生破壞作用。

自身污染：燃油附件在使用過程中，金屬元件長期磨損產生的金屬微粒和氧化物、密封元件磨損產生的橡膠顆粒以及鍍層、焊料脫落等產生的碎片或燃油本身含有的機械雜質和水分，對系統(tǒng)造成污染。

外部污染：生產、運輸、修理過程中，由于種種原因將塵土、雨水、金屬微粒、纖維等雜質帶入系統(tǒng)內部，造成附件污染。外部污染中，最嚴重的污染是油液污染。油液中的污染物有固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三種形式。固態(tài)污染物通常以顆粒狀存在于油液中；液態(tài)污染物主要是侵入附件中的水分；氣態(tài)污染物主要是混入油液中的空氣。endprint

2.2 燃油污染的原因

在修理過程中，大量使用燃油，用于對附件進行清洗、油封、性能測試等，因此對燃油的清潔度控制是保證修理質量的重要環(huán)節(jié)。燃油被污染的主要原因有四個：已被污染的新油、殘留污染、侵入污染、內部生成污染。

已被污染的新油：雖然燃油是在比較清潔的條件下精煉和調制成的，但燃油在裝入油桶或進入液壓測試系統(tǒng)油箱前，要流過許多軟管和硬管。這時燃油已不再清潔，因為曾流過的油管會混雜一些金屬和橡膠顆粒。除非裝了合適的空氣濾，否則來自大氣的污染物也會進入油箱。使用帶高效油濾的運輸車能將油料中的污染物在進入液壓測試系統(tǒng)前就清除。在新油中發(fā)現(xiàn)的污染顆粒包括銹、氧化皮、纖維和砂子等。

殘留污染：使用了一個翻修間隔期的燃油附件中往往會有一定數(shù)量的殘留污染，如磨損后產生的微小金屬屑；修理中的燃油附件也會產生殘留污染，如研磨膏等雜質；新制造的燃油附件性能測試裝置如有毛刺、焊瘤、銹塊等，裝配系統(tǒng)時沖洗管路、采用不銹鋼管等可減少這種污染，但不能根除，因此對任何新制造或改裝的液壓測試裝置而言，磨合運轉是至關重要的。

侵入污染：來自周圍環(huán)境的污染也會侵入燃油附件。關鍵在于嚴格控制進入燃油附件的環(huán)境污染的路徑，尤其是性能測試裝置被環(huán)境污染侵入的通路。污染物進入性能測試裝置有四個主要方式：從油箱通氣口侵入；從油箱進油口侵入；打開測試系統(tǒng)裝置進行修理時污染物侵入；燃油附件從性能測試裝置中拆下時，產品和裝置接管嘴未加堵蓋使污染物侵入。

內部生成污染：在日常運行中所有燃油附件都會產生少量顆粒，尤其是油泵，如果這些顆粒未被附件過濾，就會使新顆粒的數(shù)量成加速度增長，對燃油附件造成磨損，從而形成惡性循環(huán)。生成污染包括：磨粒磨損、粘附磨損、疲勞磨損、沖刷磨損、氣蝕磨損、腐蝕磨損等。

2.3 污染的危害

燃油附件由許多諸如油泵轉子、柱塞、分油盤、活門偶件等關鍵件組成，這些零部件對污染物很敏感，非常小的污染物就會引起工作異常，以至燃油系統(tǒng)附件功能失效。

2.3.1 失效的類型

由污染引起的失效分為三大類：突發(fā)失效、間歇失效、性能衰減失效。

2.3.2 失效的關鍵部位

油泵：油泵部件之間的間隙充滿油液。如果間隙內的油液被污染，油泵會出現(xiàn)性能迅速退化直至最終卡死的現(xiàn)象。

油泵最常見的失效模式是磨損和氣蝕。如果燃油被污染，一些微小的硬質顆粒使工作表面磨損，增大其配合間隙，將降低燃油泵的供油效率；如果燃油中含有空氣，使供油效率降低，甚至引發(fā)油泵不打油等故障。

精密偶件：精密偶件是燃油附件的關鍵部件，最常見的失效模式是粘著磨損。如果燃油被污染，使偶件運動緊澀、阻滯以至咬合卡死。

軸承：在滾動和滑動軸承中，發(fā)生直接接觸最常見的方式是有顆粒卡進燃油，并同時接觸運動和固定表面。所生成的損壞往往是擦傷或表面裂紋，這就開始了剝落過程。

如上所述，在錯誤的時間到達錯誤部位的個別大顆粒能引起突發(fā)失效。少量淤積尺寸顆粒也能通過侵蝕表面或通過在關鍵區(qū)域中聚集而帶來問題。單個或少量的顆粒不會引起問題，但在油液中存在的比例較大時，就會產生淤積而導致失效。

2.3.3 污染的危害

如果燃油較臟，經過長時間工作循環(huán)，污染物就會包住油濾，或粘附在油嘴孔上，導致燃油過分節(jié)流和淤塞，限制燃油的流通，引起主燃油泵調節(jié)器的半程加速時間變長、加力燃油泵出口油壓上升時間變長等故障。

燃油附件的運動活塞主要用來調節(jié)供油量和轉速，精度要求較高，對污染物特別親和，硬質污染物會劃傷活塞襯套或嵌入活塞的橡膠皮碗中；軟質污染物會淤塞在活塞與襯套的間隙中，造成活塞摩擦力增大或泄漏，引起燃油量上升緩慢或供油量降低等故障。

如果燃油被機械雜質或水分污染，則水分會使燃油附件金屬元件銹蝕剝落，機械雜質會加速油液的氧化，使之生成油水乳液而削弱油液的潤滑能力，改變油液粘度，增大油液的酸性，從而加速金屬元件的銹蝕等。

3 常用燃油狀態(tài)監(jiān)控技術

發(fā)動機的燃油狀態(tài)監(jiān)測，目前主要是通過對燃油附件中燃油本身的物理特性和油液中磨粒的檢測與分析來實現(xiàn)的。可以分為以下兩類：常規(guī)油液分析和固體顆粒監(jiān)測。

3.1 常規(guī)油液分析技術

油液的常規(guī)分析技術是對燃油本身的物理特性進行測試和分析，測試項目大致包括水分、酸值、水溶性酸或減、機械雜質等內容，其主要目的是：檢查所用的燃油牌號是否正確；檢測所用的油液性能是否已下降而需要更換；對一些簡單故障做出判斷，如機械雜質總量增加說明磨損嚴重。

3.2 固體顆粒監(jiān)測技術

油液固體污染物又稱油液固體顆粒污染物，是指存在于油液中的不溶于油液的固體有害物質。

油液的固體顆粒監(jiān)測技術是對燃油中攜帶的金屬微粒、纖維等進行分析，主要包括顆粒計數(shù)法、磁塞檢測法、磨粒鐵譜分析和油料光譜分析等。

顆粒計數(shù)法：顆粒計數(shù)法是評定油液污染程度的一項重要指標。顆粒計數(shù)法的優(yōu)點在于判斷油液的污染程度很有效，且操作簡便，生產中應用較廣。但它不能分辨顆粒的種類，分不清顆粒是磨粒還是外部侵入的固體污染顆粒。

磁塞檢測法：磁塞又稱磁性碎屑探測器，可分為普通磁性碎屑探測器、信號式磁性碎屑探測器和信號式油濾等，均是目前使用較廣泛的在線監(jiān)測技術。

鐵譜分析法：由于磨擦材料大多是鐵磁性金屬，因此在油液磨屑技術中主要是對鐵磁性磨粒的分析監(jiān)測。

光譜分析法：光譜分析法是通過測量油樣中各種金屬元素的原子在躍遷過程中吸收、發(fā)射或散射的電磁輻射的波長及強度來了解油樣中含有金屬元素的種類及含量的一種技術。

以上的分析法各有其優(yōu)、缺點，但工程上使用較多的是顆粒計數(shù)的方法，判斷油液中的顆粒數(shù)量來確定其清潔度，而不過多的考慮顆粒的材料等。只有在特殊的情況下，如分析滑油的狀況時，我們才更多地關注滑油中所含金屬顆粒的材料。endprint

4 燃油附件修理過程清潔度控制

4.1 污染控制工藝要求

金屬屑、研磨膏、外來物（多余物）殘存在燃油附件中的危害極大。在修理過程中，我們也認識到控制燃油系統(tǒng)的清潔度至關重要，有一些細節(jié)問題未得到很好的控制也會使零件失效。因此，所有的工藝過程，依據(jù)其特點都有污染控制要求。

4.1.1 一般要求

環(huán)境：零件、組件清洗和附件裝配、調試、清洗、清潔度檢測、油封和包裝應在環(huán)境污染受到有效控制的工作間進行。

工藝和工藝設備：附件裝配所使用的工具應完好無損、潔凈，并防止因裝配工具磁化的影響將污染物帶入附件內部。附件調試、清洗、清潔度檢測等工藝裝備，都有清潔度控制制度，由專人負責維護、保管。

清洗劑：清洗劑應與被清洗件相容，防止對附件過度的侵蝕和潛在的破壞。用于吹凈和吹干元件的空氣也是經過過濾和脫水、脫油處理的。

人員和衣著：從事燃油附件裝配的、調試、清洗、清潔度檢測、油封和包裝人員都經過污染控制的專業(yè)培訓，考核合格后才能參與工作。進入工作場地，應穿工作鞋、專用工作服和戴工作帽。

4.1.2 零、組件清洗、油封和包裝

清洗：零、組件裝配前應徹底清洗，除掉油污、切屑、研磨膏、焊渣、銹蝕和其他污染物，特別注意盲孔、內螺紋的清洗。零、組件清洗后要立即進行干燥處理。

油封：零、組件清洗后在24小時內不進行裝配時，應進行油封。油封油的清潔度按規(guī)定執(zhí)行，油封油中含水量不高于100PPM。

包裝：零、組件清洗后按規(guī)定進行包裝。與零、組件直接接觸的內層包裝，應選用中性的，并具有良好的防潮性能和不對附件造成附加污染的包裝材料。

4.1.3 附件裝配

裝配前對零、組件進行徹底清洗；裝配過程中各道工序間轉移有嚴格的污染控制技術措施和管理措施；附件裝配后試驗前也有防止污染的措施。

4.2 燃油附件清潔度標準選擇

要使燃油附件最終達到清潔度標準，除修理過程中要嚴格防止金屬屑、研磨膏、外來物（多余物）殘留在附件中，必須有一個明確的標準。燃油附件中的油液應凈化到在燃油附件預期壽命內，污染不會成為附件中任何零件失效的因素，是根據(jù)附件的功能設定的一個清潔度等級。

清潔度等級的選擇一般是根據(jù)系統(tǒng)元件或承載軸承的性質（包括材料、關鍵間隙和加工公差等）而設定的。設定清潔度等級的程序：針對系統(tǒng)中的最敏感元件確定推薦清潔度等級；針對油液類型調整等級；針對系統(tǒng)元件受力的外部因素來調整。

附件是否清潔，產品內部是否被污染，都在最終驗收工序中表現(xiàn)出來。要使附件最終達到清潔度標準，首先其性能檢測裝置中的油液應符合清潔度標準，在設計上應保證有足夠的自凈化能力和防止污染侵入的措施，其污染度原則上應低于相應系統(tǒng)或產品要求的清潔度驗收水平1-2級。

5 結束語

航空發(fā)動機燃油附件是發(fā)動機控制系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響發(fā)動機的安全和性能。燃油附件修理過程中，清潔度的控制是保證產品質量的重要條件和有效手段。

本文從航空發(fā)動機燃油附件修理過程中，清潔度實際需要出發(fā)，分析了燃油附件污染物的來源；分析了燃油污染的原因及危害；研究了常用油液狀態(tài)監(jiān)測技術，分析了各種監(jiān)測技術的優(yōu)、缺點，確定了顆粒分析法的適用性；研究了航空附件清潔度標準、存在問題和改進措施；本文的研究結果對提高航空發(fā)動機燃油附件維修質量起到了積極作用，也會為進一步開展清潔度控制研究打下一定基礎。

參考文獻：

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