飞机燃油中污染控制检测方案

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《机床与液压》2004.No.1151· 污染控制 飞机燃油系统污染控制 曹克强，胡良谋，沈燕良，王建平(空军工程大学工程学院一系，陕西西安710038) 摘要：本文对飞机燃油系统的污染问题进行了分析，提出了污染控制的三种措施，特拐是提出了在燃油系统中加装过滤器来控制燃油系统的污染度，并具体地阐述了过滤器的性能指标、选择以及过滤器在飞机燃油系统中的典型安装方案。 关键词：|：飞机；燃油系统；污染控制；过滤器 中图分类号：V228. 1 文献标识码：B 文章编号：1001-3881(2004))1-151-2 Aircraft Fuel Systems Conta mination Control CAO Ke-qiang， HU Liang mou， SHEN Yan-liang， WANGJian ping (The Engineering Institute of the Air Force Engineering University (AFEU)， Xi’an 710038， China) Abstract ： The problem of aircraft fuel systems contamination was analyzed. Three devices were presented to settle the problemof contamination， the measures to add filters to aircraft fuel systems were presented to control the contamination degree. And thestandards of filters performance， selection and its representative installation mode in aircraft fuel systems were also concretely ex-plained. 0 引言 燃油系统是发动机系统极其重要的组成部分。油液的清洁与否直接关系着发动机系统的正常工作和飞机的安全。但是，一直以来我们主要关心的是液压系统的污染问题，而忽视燃油系统的污染问题。文献[2]和文献[3]对液压系统的污染及其控制都有详细的阐述。因为燃油在生产和输送到飞机油箱的过程中，都经过过滤，所以一般认为燃油系统是很清洁的，根本不用考虑或研究它的污染问题。实际上，通过对某型飞机故障的调研发现，燃油系统的污染导致发动机异常工作的情况时有发生。因此，对燃油系统的污染及其影响的研形是十分必要的。 1动力装置及燃油系统 发动机系统由许多系统组成。其组成原理如图1所示。从图1可以看出，燃油系统是发动机系统的一个极其重要的组成部分。它由输油系统、供共系统、用油顺序控制系统及放油等系统组成，其中任一系统的污染都有可能对整个发动机系统带来灾难性的后果。因此，必须对燃油系统的污染进行控制，使其符合规定。 图11发动机系统组成原理图 2燃油系统的污染问题及其危害 由于燃油的污染导致燃油系统的问题主要有六个方面。它们分别是： (1)喷嘴性能下降。喷嘴向燃烧室输送燃油，使 油气在燃烧室内混合燃烧。由于燃油中的颗粒冲蚀喷嘴端部而使其表面性能下降，从而改变了燃烧室的燃烧特性，导致燃烧效率下降，涡轮叶片氧化与烧蚀。这是由于燃油中的污染颗粒及纤维污染造成的。 (2)燃油调节器的卡死与堵塞。其原因主要有三个：其一是油中的颗粒造成间隙中的沉积物并堵塞滤网；其二是水的存在使细菌存在而产生胶状的混合物；最后是由于元件中带来的油泥，其组成是水及水溶性物质。 (3)腐蚀。原因是电化锈蚀，水与氯化钠的存在是造成电化学锈蚀的原因。如空气中的盐水就有可能进入发动机。 (4)不稳定燃尧。其原因仍然是游离的水。 (5)涡轮叶片不平衡。这是叶片上的沉积物造成的，其根源还是矿物或金属的颗粒。 (6)堵塞/卡死。其原因是靠近金属表面的水产生锈蚀而造成堵塞与卡死。 3 飞机燃油系统的污染控制 (1)污染控制的措施 为了有效地控制飞机燃油系统的污染，需要采取的主要措施有以下三个方面： ①对元件和燃油系统进行清洗，清除加工和组装过程中残留的污染物； ②防止污染物侵入燃油系统，控制从外界侵入的污染物； ③在燃油系统中加装高性能过滤器，在工作中不断滤除内部产生的和外界侵入的污染物。 (2)元件和燃油系统的清洗 燃油系统的元件是系统的重要组成部分，它的清洁程度对系统装配后的可靠性有直接的影响。因此，在装配燃油系统前必须保证元件的清洁度符合要求。 燃油系统在装配完毕后需要进行全面的清洗，以 清除在系统装配过程中侵入系统的污染物。在清洗过程中，应每隔一定时间从系统中取样液进行污染分析，以评定系统的清洁度，直至系统的清洁度达到要求为止。 (3)防止污染物侵入的措施 在燃油系统工作过程中，外界环境中的污染物不断地通过各个渠道侵入系统。因此，为了有效地控制污染物的侵入，应采取下列措施： ①注入系统的燃油必须经过过滤； ②采用性能可靠的密封装置； ③加油过程最好采取自动化的压力加油，尽量减少与外界的接触。 (4))油液过滤 飞机燃油系统最重要的任务是连续不断地供油，没有连续流动的燃油，发动机就不能工作。所以任何在线的过滤器的堵塞，会使油液中止，这是不能允许的。因此，设计燃油系统的总的提法是，系统应有较大的能力“处理”掉大量的污染物。这样一来，它就可以连续工作了。因此可以说，过滤器是燃油系统的一个极为重要的必不可少的元件，即它应作为一种独立的元件而不是泵的附件出现在燃油系统中。 过滤器是飞机燃油系统中用以控制燃油污染度的重要元件，它的作用是在系统工作过程中不断滤除内部产生的和外界侵入的污染物，使燃油的污染度控制在发动机系统容忍的污染限度以内。 ①过滤器的性能指标。 目前燃油系统的过滤器的性能指标主要有两个： A. 过滤度。它一般是根据通过过滤器的颗粒的最大尺寸而定的； B.纳污容量。这是一种在实验室测定的指标，即在实验室的条件下，确定过滤器容纳污染物的数量，即根据达到规定的极限压差时，对实际上加入系统的污染物数量的测定。 ②过滤器的选择。 选择过滤器时，需考虑以下三方面的性能要求： A. 过滤精度应保证燃油系统油液达到要求的污染度； B.流体阻力引起的压差损失尽可能小； C.具有足够的纳污容量，避免频繁更换滤芯。 燃油系统的主要过滤器应具有较高的过滤精度。主过滤器精度选择的原则是：能够有效地滤除尺寸接近关键元件动力油膜厚度的颗粒污染物，以控制元件的污染磨损和防止污染引起的故障。而且，在污染物侵入率一定的条件下，燃油系统油液污染度主要取决于过滤器的过滤精度。 ③燃油系统过滤器的安装。 典型的飞机燃油系统过滤方案如图2所示。 在加油时，燃油首先输送到飞机油箱时，一般通 过一个快卸接头。快卸接头是一个联接器，有可能产生大量的屑片，所以应该在快卸接头的下游加装一个过滤器1，以免污染物进到整个燃油系统。 1.加油阀进口过滤器22.机翼油箱燃油滤 3.引射泵滤网4.增压泵进口滤网5.主系统过滤器 6.燃油调节器进口/出口滤网 7.分流/程序阀过滤器 8.喷嘴滤网 9.高压泵冲洗过滤器 图2典型的飞机燃油系统过滤方案原理图 燃油进入飞机油箱后，要注意引射泵及泵的吸入口的过滤，所以必须有滤网2来保护这些元件。对引射泵加一个滤网3。滤网4则用来保护起动泵的吸入口。任何出现在油箱内的污染物都有可能损害上述元件的性能，所以安装过滤器是必要的。 增压泵以滤网4保护吸入口。燃油然后经过主系统油滤5进入高压泵。其出口有一个冲洗过滤器9，保护高压泵的轴承与伺服控制器。 燃油进而流到燃油调节器，调节器有进油口及出油口滤网，以保护其内部装置。分流器的保护有过滤器7完成。最后燃油流到主喷嘴及起动喷嘴。这些喷嘴可能会受到冲蚀，所以每一个喷嘴都应有合适的保护，这由过滤器8完成。 这是一个典型的燃油系统过滤方案。可能单独的一架飞机上不会出现如此多的过滤器。对实际某一型飞机的燃油系统，可以对一些主要、关键元件增加过滤器保护，而对其它一些不重要的元件可以考虑不用增加过滤器保护。总之，燃油系统污染控制的目的就是：使燃油的污染度保持在元件的污染耐受度以内，以确保燃油系统的可靠性和元件的寿命，并获得最佳的经济效果。 5 结论 在燃油系统中加装一定数量的燃油过滤器，防止燃油系统的污染，能够很好地解决飞机燃油系统的污染问题，从而可以提高发动机系统的工作可靠性。 ( 参考文献 ) ( (下转第101页) ) 入连续的工作运行。 专用镗床的软件需要满足以下几个功能： (1)在主轴轴承无润滑的情况下，主轴不允许转动。为防止错误操作，主轴电机与静压供油系统的油泵电机必须联锁。当油泵电机尚未接通时，主轴驱动电机无法接通；主轴驱动电机尚未断开时，油泵电机无法断开。另一方面，虽然主轴轴承有润滑，但压力达不到要求，主轴不允许正常运行，当供油压力低于某一压力时，自动切断主轴驱动电机的电源。 (2)步进电机的运行情况必须稳定可靠，能够方便地运行前进和后退，加速和减速等功能。前进的限位必须保证镗刀停止在正确的位置；加工工件要求运行在工进和快退功能下，加速和减速功能要求运行在功能设定情况下。 (3)镗刀停止的位置要求停止于工件设定的位置。当镗刀运行到某一要求的位置时，通过检测光电开关的信号，使主轴驱动电机开始进入停止状态，当 图2控制系统的部分软件梯形图 主轴驱动电机减速到一定的转速时，检测光电开关，使其完全停止在要求的位置上。 (上接第152页) ( 【1】GB1003-1990.飞机燃油系统通用规范 [S]. ) ( 【2】夏志新.液压系统污染控制[M].北京：机械工业 出版社，1992. ) ( 【3】雷天觉.液压工程手册[M].北京：机械工业出版 社，1 9 90. ) 根据专用镗床的工作要求，控制系统的部分软件设计如图2所示。 3 步进电机控制过程中注意的几个问题 步进电机的控制过程中，会出现共振，输出转矩不够等问题，因此应注意以下几个问题： (1)如果控制脉冲的频率等于步进电机的固有频率(即电动机共振频率)，则将产生共振。在共振频率附近动态误差最大，导致步进电机的失步。 (2)步进电机的最大动态转矩小于最大静转矩，并随着脉冲频率的升高而降低。脉冲频率越高，最大动态转矩也就越小；在步进电机运行时，对应于某一频率，只有当负载转矩小于它在该频率的最大动态转矩，步进电机才能正常运行。 (3)步进电机的启动频率是其在一定的负载转矩下不失步地启动的最高频率，启动频率的大小由许多因素决定，绕组的时间常数越小，负载转矩和转动惯量越小，步距角越小，则启动频率越高。启动频率与负载的关系如图3所示： (4)步进电机尧组电.流的建立需要时间，所以步进电机的输出转矩也是变化的，并且小于理想状态。随着控制脉冲的频率的增加，各相绕组电流所到达的值也将减小，使得输出转矩也随之减小，当 图3后启动频率与负载的关系图 脉冲频率增高到一定的程度，绕组中的脉冲电流来不及建立，因此输出转矩也接近零。 4 结束语 专用镗床电气控制系统采用 PLC控制步进电机和执行器件后，在汽车关键零配件的生产加工中，工作运行稳定可靠，工作效率大大提高。 ( 参考文献 ) ( 【1】三菱FX系列可编程控制器编程手册 ) ( 【2】RORZE公司步进电机和驱动器使用说明 ) ( 【3】滑动轴承主轴单元使用说明书 ) 【4】王永章.机床的数字控制技术.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1995 ( 【4】陈廷楠.应用流体力学[M].北京：航空工业出版 社，2000. ) ( 作者简介：曹克强(1960-)，男，陕西乾县人，副教授，主要从事飞机液压传动与控制的教学与科研工作。电 话：029-4397520。 ) ( 收稿时间：2003-02-26 ) ◎ China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http：//www.cnki.net