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        移動式燃油供給設(shè)備的研制與應(yīng)用

        2019-04-09 05:57:56馮少鵬許艷芝
        工程與試驗 2019年1期
        關(guān)鍵詞:發(fā)動機系統(tǒng)

        劉 濤,馮少鵬,許艷芝

        (中國飛行試驗研究院 發(fā)動機所,陜西 西安 710089)

        1 引 言

        航空發(fā)動機燃油供給系統(tǒng)的主要作用是為航空發(fā)動機試車提供滿足一定壓力和流量要求的干凈燃油。在航空發(fā)動機地面臺架試驗時,燃油供給系統(tǒng)為航空發(fā)動機地面試車臺的一個子系統(tǒng),主要包括儲油罐、燃油泵、過濾器等,系統(tǒng)復雜且不可移動[1,2]。

        發(fā)動機移動試車臺是進行航空發(fā)動機主要性能評定、故障判定的重要設(shè)備,在外場配備移動試車臺并大力開展外場深度修理能力,是實現(xiàn)航空發(fā)動機快速保障的基礎(chǔ),對于提高發(fā)動機外場檢測手段、增強發(fā)動機可維護性,都具有非常重要的意義[3,4]。同時,當進行發(fā)動機高原啟動試驗、高寒啟動試驗、不同燃料對比試驗等特種試驗時[5-7],為了滿足這些特種試驗的一些特殊需求,就需要發(fā)動機移動試車臺或移動式燃油供給系統(tǒng)。移動式燃油供給系統(tǒng)既可以作為發(fā)動機移動試車臺的一部分,也可以單獨使用來滿足發(fā)動機特種試驗的需求。

        2 系統(tǒng)設(shè)計原理及結(jié)構(gòu)組成

        2.1 設(shè)計原理及技術(shù)難點

        移動式燃油供給系統(tǒng)工作原理:通過氣體加壓系統(tǒng)給儲油罐充入壓縮空氣,使一定壓力的燃油經(jīng)過供油閥門、油濾、質(zhì)量流量計、防火電磁閥、金屬軟管等向發(fā)動機和起動機提供燃油,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

        圖1 移動式燃油供給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

        移動式燃油供給系統(tǒng)的設(shè)計難點是要將儲油罐、空壓機、儲氣罐、質(zhì)量流量計、過濾器等發(fā)動機工作所需要的各個燃油系統(tǒng)部件和管路集成到運輸車上。要求在有限的空間進行合理地布局,保證各系統(tǒng)安全有效地工作,系統(tǒng)中儲油罐和儲氣罐等壓力容器的材料和制造工藝要滿足相關(guān)技術(shù)要求,保證能夠可靠地提供滿足試驗要求的燃油壓力和燃油流量。

        2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及技術(shù)指標

        移動式燃油供給系統(tǒng)主要由儲油罐、供油系統(tǒng)、氣體加壓系統(tǒng)及車體結(jié)構(gòu)等組成,供給系統(tǒng)車架7m×2.1m×2.5m,燃油壓力(0.15~0.4)MPa,最大燃油流量約30000kg/h。車輪選用某飛機主輪,方便短距離移動,有4個地腳支撐和吊掛點,便于地面固定和吊裝運輸。

        2.2.1 儲油罐

        儲油罐為全不銹鋼結(jié)構(gòu),儲油罐的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。在儲油罐上方設(shè)計有人孔及蓋,以方便對油罐的清理和維護。在下方設(shè)計有放油口和開關(guān),用于清理油罐中的余油。油罐側(cè)邊加有液位計,用于觀察油罐內(nèi)儲油量。儲油罐上設(shè)有兩個加油口,一個為常壓加油口,另一個為壓力加油口,用于在不同加油狀態(tài)下對儲油罐進行加油。

        儲油罐上部還設(shè)有兩個安全閥,用于保證油罐的壓力在工作中不超過最大工作壓力,同時也保證了儲油罐的安全工作。為便于維護和使用,在儲油罐上還裝有排氣閥及進氣接口。

        圖2 儲油罐總體結(jié)構(gòu)

        2.2.2 供油系統(tǒng)

        供油系統(tǒng)工作原理:通過供氣系統(tǒng)給儲油罐充入壓縮空氣,從而在油罐上部形成一定的壓強,將罐內(nèi)燃油經(jīng)過供油閥門、油濾、質(zhì)量流量計、防火電磁閥、金屬軟管及接頭向發(fā)動機和起動機提供燃油。

        供油系統(tǒng)采用二級燃油過濾裝置,一級過濾精度為16μm,二級過濾精度為10μm,保證燃油精度滿足發(fā)動機試車要求。供油系統(tǒng)裝有一臺質(zhì)量流量計,用于測量系統(tǒng)供油和記錄發(fā)動機開車時的燃油消耗量及燃油密度。

        供油系統(tǒng)裝有一個防火電磁閥,用于切斷燃油供應(yīng)和應(yīng)急防火關(guān)閉。為了保證安全,電磁閥由氣壓控制。供油系統(tǒng)經(jīng)過金屬軟管與發(fā)動機管路對接,前端有自封裝置。

        2.2.3 氣體加壓系統(tǒng)

        氣體加壓系統(tǒng)主要是向燃油罐提供壓力,使發(fā)動機能夠得到合適的燃油壓力,主要由儲氣罐、空氣壓縮機、氣濾、開關(guān)、減壓閥等組成,氣體加壓系統(tǒng)原理圖如圖3所示。系統(tǒng)最大供氣壓力0.8MPa,最大供氣量60m3/h,氣罐容積為1m3。供氣系統(tǒng)經(jīng)空氣壓縮機一級減壓,從氣罐輸出壓力調(diào)定后,打開供氣開關(guān),系統(tǒng)氣壓通過減壓閥、氣水分離器(氣過濾器)向油罐充氣。減壓閥輸出壓力可調(diào),試驗時設(shè)定所需壓力,當供油壓力降低時,減壓閥自動工作,為油罐補充壓縮空氣。

        圖3 氣體加壓系統(tǒng)原理圖

        3 系統(tǒng)調(diào)試及試驗驗證

        3.1 系統(tǒng)調(diào)試

        移動式燃油供給系統(tǒng)研制完成后,需進行系統(tǒng)各附件的管路清潔,保證燃油質(zhì)量,同時開展系統(tǒng)氣密性和功能性檢查。

        (1)管路清潔:對系統(tǒng)油罐和油管等附件進行吹掃和清理;加注航空煤油,使用燃油泵對整個供油系統(tǒng)進行循環(huán)過濾和清洗;將燃油排放,打開儲油罐上方人孔,進入儲油罐內(nèi)清理底部;更換油濾濾芯,重新加注航空煤油,再次進行循環(huán)過濾;化驗燃油是否滿足發(fā)動機燃油的清潔度要求。

        (2)氣密性檢查:開啟空壓機,對儲氣罐和空壓機進行氣密性試驗,檢查氣路系統(tǒng)(儲氣罐、氣濾、空壓機閥、減壓閥、安全閥及管接頭)工作是否正常,是否有漏氣現(xiàn)象;將壓縮空氣經(jīng)過儲氣罐和減壓閥充入儲油罐,對儲油罐進行氣密性試驗,檢查各燃油部件和連接處(儲油罐、油濾、截止閥、應(yīng)急閥、旋轉(zhuǎn)接頭、自封接頭、轉(zhuǎn)盤軟管、安全閥)是否漏油。

        (3)功能性檢查:增大儲氣罐和儲油罐壓力,檢查當氣體壓力超過安全閥工作壓力時,安全閥是否能夠正常工作;檢查當油罐壓力降低時,減壓閥是否能夠自動向油罐補充氣體,以滿足壓力需求;檢查電磁閥、供油閥門和質(zhì)量流量計是否工作正常。

        系統(tǒng)調(diào)試完成后,將供油管路和發(fā)動機的進油口管路相連接,給儲油罐充入一定壓力的氣體,穩(wěn)定后經(jīng)測試,發(fā)動機進口供油壓力符合發(fā)動機試車要求。

        3.2 試驗驗證

        移動式燃油系統(tǒng)調(diào)試完成后,進行某型發(fā)動機地面臺架試驗驗證,分別進行了發(fā)動機啟動試驗、各狀態(tài)穩(wěn)態(tài)試驗和加減速試驗。

        圖4為發(fā)動機啟動時供油壓力和燃油流量變化。在啟動過程中,隨著供油流量和風扇轉(zhuǎn)速的增加,供油壓力從0.26MPa緩慢減小,啟動成功后穩(wěn)定在0.22MPa。由于啟動過程中需要的燃油量很小,超出了質(zhì)量流量計的量程范圍,當啟動成功,發(fā)動機處于慢車狀態(tài)時,質(zhì)量流量計才能夠檢測到燃油流量,故燃油流量在慢車時發(fā)生跳躍現(xiàn)象。同理,高低壓轉(zhuǎn)速在低轉(zhuǎn)速(5%)時發(fā)生跳躍也是超出了轉(zhuǎn)速傳感器測量范圍。

        圖4 啟動時的供油壓力和燃油流量

        圖5為發(fā)動機在大狀態(tài)(中間和加力狀態(tài))時供油壓力和流量的變化。在發(fā)動機中間和小加力狀態(tài)時,供油壓力較為穩(wěn)定,變化范圍±0.005 MPa(±2.5%),燃油流量變化范圍±100 kg/h(±2%)。當發(fā)動機處于加力狀態(tài)時,燃油流量增加到約21000 kg/h,波動范圍±1%,供油壓力持續(xù)降低,從0.175 MPa逐漸降低,最后穩(wěn)定在0.155 MPa。當推動油門桿角度,發(fā)動機供油量增加時,供油壓力有突降現(xiàn)象,這是由于供油流量在短時間突然變大,此時儲油罐壓力低于設(shè)定壓力,減壓閥自動打開給儲油罐補充壓縮空氣,供油流量穩(wěn)定后,供油壓力恢復正常。

        圖5 大狀態(tài)時的供油壓力和燃油流量

        試驗過程中,當儲油罐壓力低于設(shè)定壓力時,減壓閥自動打開給儲油罐補充壓縮空氣。當儲氣罐空氣壓力低于設(shè)定壓力時,空氣壓縮機自動給儲氣罐補充壓縮空氣。試驗時,儲油罐液位、儲油罐壓力的變化平穩(wěn),尤其當發(fā)動機加力狀態(tài)燃油消耗量巨大時,系統(tǒng)供油壓力、供油流量和供氣系統(tǒng)供氣量能夠滿足發(fā)動機試驗需求,發(fā)動機工作正常。

        4 結(jié) 論

        (1)通過分析發(fā)動機燃油供給系統(tǒng),研制了一種移動式燃油供給設(shè)備,該設(shè)備設(shè)計合理,結(jié)構(gòu)布局緊湊。

        (2)通過系統(tǒng)附件和管路清洗、系統(tǒng)氣密性檢查和功能驗證等調(diào)試措施,系統(tǒng)燃油清潔度滿足要求,各功能工作正常,移動便捷。

        (3)通過發(fā)動機地面臺架試驗驗證,該設(shè)備能夠滿足發(fā)動機在加力狀態(tài)下的燃油供給需求,工作穩(wěn)定可靠,表明該設(shè)備能夠滿足發(fā)動機所有狀態(tài)下的燃油供給需求。

        (4)移動式燃油供給設(shè)備可為發(fā)動機外場試車、排故檢查和特種試驗提供燃油供給保障。

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