崔相國，沈　奇

（1.東方航空技術(shù)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(fā)

崔相國1，沈奇2

（1.東方航空技術(shù)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(nèi)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(diào)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(jù)文件（CMM）給定的測試要求和參數(shù)，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(qū)氣體/液體增壓動力單元是根據(jù)從美國引進的氣體液壓試壓裝置以及結(jié)合實際情況等進而研制而成的。此設備系統(tǒng)主要分為兩部分，即氣驅(qū)氣體增壓單元和氣驅(qū)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(diào)、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(jù)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(wěn)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(wěn)定、可調(diào)的動力供應；（5）操縱機構(gòu)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(qū)動氣壓成正比，進而對驅(qū)動氣壓進行調(diào)整，以獲得相應的輸出壓力。下面以氣驅(qū)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(qū)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(qū)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(qū)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(qū)動的壓力［2］。如：泵的比率為10：1，即每1 psi的驅(qū)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(qū)動氣壓，即可產(chǎn)生最大1000 psi的輸出液壓。在泵的壓力范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)器從而調(diào)節(jié)輸入氣壓，輸出最大液壓相應得到無級調(diào)整。

3　氣驅(qū)液體增壓裝置的設計過程

3.1液壓執(zhí)行元件的確定

因系統(tǒng)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(jié)構(gòu)非常復雜，需設計專用增壓機構(gòu)才能完成。為此根據(jù)從美國引進的氣動/液體試壓裝置等，結(jié)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(qū)動氣體與輸出液體壓力平衡時，泵停止充壓，輸出壓力便穩(wěn)定在預調(diào)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(qū)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(jié)構(gòu)簡圖見圖2.

圖2　液壓泵的結(jié)構(gòu)簡圖

3.2執(zhí)行元件主要參數(shù)的計算

（1）增壓缸：根據(jù)實際和累計經(jīng)驗取Φ20mm.

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

3.3控制元件和控制調(diào)速方案的確定

驅(qū)動調(diào)壓閥、驅(qū)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(jù)所在的位置和功能，按標準選用即可。調(diào)速方案采用無極調(diào)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(tǒng)充油量：按管路通徑￠=10mm，總長10m，系統(tǒng)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(nèi)部結(jié)構(gòu)認為油濾內(nèi)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(chǎn)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(jié)構(gòu)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(wěn)流隔板；6）傾斜集污底板。

油箱尺寸根據(jù)容積計算得出L×W×H=30 cm ×30 cm×20 cm.

3.6測試臺結(jié)構(gòu)

測試臺由框架、測試油箱、增壓泵及支架、儀表、面板、驅(qū)動調(diào)壓閥、驅(qū)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(nèi)，其出口與泵的進液口持平，調(diào)節(jié)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(qū)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(tǒng)。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(tǒng)設計

從技術(shù)要求看，本測試系統(tǒng)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(nèi)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(zhì)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(qū)動氣壓的調(diào)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(qū)動氣體通過過濾器、驅(qū)動調(diào)壓閥、壓力表、驅(qū)動截止閥、油霧器進入增壓泵作為驅(qū)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(jié)構(gòu)可參照下述實物圖，如圖3所示。

圖3　新型增壓裝置結(jié)構(gòu)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(tǒng)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(jié)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(jié)構(gòu)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(fā)，通過對現(xiàn)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(yōu)點。該新型裝置除了在引言中介紹的防爆、輸出壓力可調(diào)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(xù)性等優(yōu)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(yè)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。