摘" 要：航空發(fā)動機(jī)一經(jīng)投入使用，就不可避免地吸入空氣污染成分，并附著在流道上，沿海使用發(fā)動機(jī)還面臨鹽霧重、濕度大和酸性高等大氣環(huán)境問題。實(shí)踐證明，發(fā)動機(jī)清洗技術(shù)是壓氣機(jī)性能恢復(fù)和除鹽，提升發(fā)動機(jī)在翼時間、壽命和可靠性等最為經(jīng)濟(jì)、有效的手段。該文針對清洗方式、清洗劑選擇與用量、清洗時機(jī)確定和清洗實(shí)施程序等航空發(fā)動機(jī)清洗的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行論述，提供國內(nèi)外清洗技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn)，可為軍/民用航空發(fā)動機(jī)清洗實(shí)施提供參考。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動機(jī)；流道清洗；關(guān)鍵技術(shù)；性能恢復(fù)；清洗方式

中圖分類號：V261" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）14-0166-04

Abstract： Once an aero-engine is delivered to airlines， it will inevitably inhale components of polluted air and attach them to the flow path. Engines used in coastal areas will also face atmospheric environments such as heavy salt fog， high humidity and acidity. Practice has proved that engine cleaning technology is the most economical and effective means to improving the wing time， life and reliability of the engine. This paper discusses the key technologies of aero-engine cleaning， such as cleaning mode， selection and dosage of cleaning agent， determination of cleaning time and cleaning implementation procedure， and provides the development status and characteristics of cleaning technology at home and abroad. it can provide reference for the implementation of military/civil aero-engine cleaning.

Keywords： aero-engine; flow path cleaning; key technology; performance recovery; cleaning method

航空發(fā)動機(jī)在運(yùn)營過程中，不可避免地會吸入沙塵、工業(yè)粉塵、昆蟲及泄漏的滑油等，它們會相互作用并附著在進(jìn)氣道、壓氣機(jī)葉片等流道件上，隨著發(fā)動機(jī)運(yùn)行時間累積，污垢沉積物逐漸增加。這會使進(jìn)氣道和葉片表面變得粗糙、葉型發(fā)生改變、流量減少、誘發(fā)氣體分離，從而導(dǎo)致壓氣機(jī)效率下降、排氣溫度（EGT，Exhaust Gas Temperature）裕度減小、喘振裕度不足，從而使發(fā)動機(jī)推力或功率下降，嚴(yán)重時將誘發(fā)發(fā)動機(jī)喘振和超溫等問題。如發(fā)動機(jī)在沿海區(qū)域運(yùn)營時，沿海區(qū)域大氣還具有鹽霧重、濕度大等特點(diǎn)，鹽份很容易黏附在進(jìn)氣道和壓氣機(jī)葉片等流道件上沉積成鹽漬。附著的鹽份在高溫、高濕條件下，經(jīng)過一段時間很容易使壓氣機(jī)工作葉片和導(dǎo)向器葉片發(fā)生腐蝕。鹽份的存在又是渦輪葉片產(chǎn)生熱腐蝕的關(guān)鍵因素，腐蝕會導(dǎo)致葉片強(qiáng)度降低，嚴(yán)重時會形成疲勞源，從而產(chǎn)生裂紋，降低發(fā)動機(jī)的使用壽命。清除發(fā)動機(jī)流道零件上的污垢和鹽漬最為有效的手段就是進(jìn)行發(fā)動機(jī)清洗[1]。

航空發(fā)動機(jī)在翼清洗通常是指不從機(jī)翼上拆下發(fā)動機(jī)的情況下，定期或視情地對發(fā)動機(jī)進(jìn)行清洗或防護(hù)。其目的是通過清洗方法去除附著在壓氣機(jī)葉片、渦輪葉片等表面上的沉積物，保持流道葉片氣動葉型，防護(hù)葉片免受腐蝕，從而降低空氣中雜質(zhì)對整機(jī)性能的影響，一定程度恢復(fù)壓氣機(jī)劣化了的性能，保持發(fā)動機(jī)的工作壽命，同時預(yù)防或排除發(fā)動機(jī)因流道污染導(dǎo)致故障的產(chǎn)生和惡化發(fā)展。

實(shí)踐表明，航空發(fā)動機(jī)流道零部件積垢會帶來嚴(yán)重后果，主要包括：積垢會改變壓氣機(jī)工作特性，引起航空發(fā)動機(jī)喘振，嚴(yán)重時會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)空中停車，危及飛行安全；積垢會引起發(fā)動機(jī)燃油消耗率上升，縮短維修間隔期，增加運(yùn)營成本；積垢還會增加碳和氮氧化物排放，嚴(yán)重威脅大氣環(huán)境安全。針對航空發(fā)動機(jī)的清洗防護(hù)，主要要求為[2]：

1）清洗的有效性。無論是壓氣機(jī)恢復(fù)性能，還是除鹽和防腐，一定要顯著的清洗效果。

2）清洗的安全性。航空發(fā)動機(jī)在翼清洗時處于冷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)（冷清洗）或地面慢車狀態(tài)（熱清洗），執(zhí)行清洗工作時必須安全可靠，不可因清洗而引起發(fā)動機(jī)損壞、腐蝕或產(chǎn)生維修故障。

3）清洗的經(jīng)濟(jì)性。清洗工作涉及費(fèi)用應(yīng)低，操作簡單可行、工作量少。

4）清洗的規(guī)范化。根據(jù)發(fā)動機(jī)的類型，必須針對清洗過程制定嚴(yán)格的清洗技術(shù)規(guī)范。

1" 清洗方式

航空發(fā)動機(jī)因運(yùn)營環(huán)境差異性，其流道零部件不可避免地附著各種各樣的污垢，沉積物的附著力與污垢的成分密切相關(guān)，但大致可以分為鹽類和由砂塵、粉塵、昆蟲、油液等組成的油泥污垢兩類。污垢對發(fā)動機(jī)性能和壽命影響作用形式差異較大。鹽份主要是通過發(fā)動機(jī)的冷、熱腐蝕影響發(fā)動機(jī)在翼運(yùn)營時間和壽命，而油脂污垢主要因壓氣機(jī)效率衰減而引起發(fā)動機(jī)性能和熱效率下降[1]。葉片堆積鹽類如圖1所示。

根據(jù)航空發(fā)動機(jī)的使用環(huán)境和運(yùn)行特點(diǎn)不同，及實(shí)施發(fā)動機(jī)清洗的目的和作用劃分，清洗類型大體可分為如下情況[3]。

1）恢復(fù)性能清洗：主要是清除流道零部件上的各種污垢，恢復(fù)發(fā)動機(jī)性能。發(fā)動機(jī)長時間運(yùn)行，流道零部件表面不可避免附著污垢，并逐漸累積，如不及時進(jìn)行清洗，將會嚴(yán)重影響壓氣機(jī)等部件的氣動性能，進(jìn)而引起發(fā)動機(jī)的性能下降。

2）除鹽漬清洗：主要是清除發(fā)動機(jī)流道件上的鹽漬，以防止零件腐蝕。當(dāng)發(fā)動機(jī)處于濕熱、煙霧的惡劣環(huán)境，在發(fā)動機(jī)流道件上會附著一層鹽漬沉積，隨運(yùn)行時間增加，鹽漬層逐漸增厚，如不及時進(jìn)行除鹽清洗，將誘發(fā)零件腐蝕，降低發(fā)動機(jī)零件使用壽命。

3）其他清洗：主要是通過清洗技術(shù)消除發(fā)動機(jī)性能故障（如，喘振、EGT高等）或預(yù)防性的健康維護(hù)清洗等。

為了清除航空發(fā)動機(jī)流道件的污垢和鹽漬等堆積物，主要采用“冷運(yùn)轉(zhuǎn)清洗”和“熱清洗”方式實(shí)施。冷運(yùn)轉(zhuǎn)清洗，一般是指發(fā)動機(jī)在起發(fā)系統(tǒng)驅(qū)動的冷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，向發(fā)動機(jī)流道噴入清洗劑對發(fā)動機(jī)的清洗，主要包括了冷運(yùn)轉(zhuǎn)下的洗滌與沖洗階段和地面慢車的吹干階段；熱清洗，一般是指發(fā)動機(jī)在慢車狀態(tài)運(yùn)行時，向發(fā)動機(jī)流道噴入蒸餾水或特定清洗劑的清洗，相比于冷運(yùn)轉(zhuǎn)清洗，熱清洗可以極大地減少清洗時間，清洗效果顯著，提高清洗效率。熱清洗的弊端是，清洗劑通常由易燃有機(jī)化合物組成，當(dāng)噴入的清洗劑過多或種類選擇不當(dāng)時，極易引起超溫，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)熱端件氧化燒蝕。

隨著航空技術(shù)持續(xù)發(fā)展，新型高效防護(hù)型清洗劑不斷涌現(xiàn)，使得除鹽清洗和性能恢復(fù)清洗完全可以在發(fā)動機(jī)冷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下實(shí)施。從20世紀(jì)80年代開始研制并投入使用的發(fā)動機(jī)，均可在冷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下進(jìn)行清洗，進(jìn)一步提升了清洗維護(hù)的安全性。但海洋環(huán)境下的發(fā)動機(jī)基本在每日完成飛行任務(wù)后都要進(jìn)行清洗除鹽，如果采用運(yùn)轉(zhuǎn)清洗方式，需待渦輪溫度下降到一定值后才能開展，通常約等待1～2 h，給維護(hù)帶來了極大的不便。因此，海洋環(huán)境使用的發(fā)動機(jī)應(yīng)具備熱清洗能力，目前，國外TV3-117、MAKILA 2A等采用了熱態(tài)清洗方式，見表1[4]。

2" 清洗劑與用量

清洗劑是航空發(fā)動機(jī)清洗技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通常采用軟化水、水基清洗劑和溶劑清洗劑。清洗劑通常為有機(jī)化合物，主要由有機(jī)溶劑、表面活性劑、增白劑和研磨劑等成分組成。清洗劑選擇的好壞直接決定著清洗效果的優(yōu)劣。發(fā)動機(jī)流道件除污清洗主要是通過機(jī)械作用去除污垢，而非化學(xué)反應(yīng)過程除污。部分發(fā)動機(jī)制造商為提高清洗效率，開始采用熱水清洗，以軟化沉積物、增加溶解度。選擇清洗劑時，應(yīng)根據(jù)清洗的對象和目的（除鹽或性能恢復(fù)）、環(huán)境溫度高低、流道件選材，以及清洗類型作綜合考慮[1]。

1）合理選擇清洗劑。根據(jù)清洗目的、污垢沉積物類別等的不同，需采用不同類型特點(diǎn)的清洗劑。當(dāng)選擇清洗劑時，必須考慮環(huán)境溫度的影響，當(dāng)環(huán)境溫度較低（通常指0～5℃或以下）時，常規(guī)的清洗劑極易結(jié)冰，無法實(shí)施清洗，因此在低溫環(huán)境情況下應(yīng)選擇冰點(diǎn)較低的清洗劑。國外研制的發(fā)動機(jī)通常采取對清洗劑加防冰添加劑的方式防冰，不同的溫度范圍，防冰添加劑的配比也不同。部分發(fā)動機(jī)在低溫條件下采用防冰添加劑的同時，還采取對清洗劑進(jìn)行加溫（50～70℃）防冰。

2）選擇清洗劑時首先應(yīng)考慮發(fā)動機(jī)流道件的材料性能。清洗劑的選擇首先需達(dá)到清洗除污目的，其次還要求在清洗過程中不能引起發(fā)動機(jī)流道內(nèi)的金屬、非金屬零件腐蝕。任何一種清洗劑都必須經(jīng)過特定的驗(yàn)證，對其技術(shù)要求相當(dāng)苛刻，因此清洗劑應(yīng)是在嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)范要求下研制的。如，美國軍標(biāo)準(zhǔn)MIL-C-85704B《航空發(fā)動機(jī)燃?xì)馔ǖ狼逑磩┸娪靡?guī)范》中，對清洗劑的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)有二十余項(xiàng)，其中腐蝕性能8項(xiàng)，使用性能8項(xiàng)，理化性能7項(xiàng)。

航空發(fā)動機(jī)制造商建議在清洗時用抗靜電液體清洗發(fā)動機(jī)，以避免顆粒物進(jìn)一步在流道件上堆積。添加了化學(xué)清洗劑的清洗液，可能對某些金屬具有腐蝕性，需要多次沖洗才能徹底清除流道件殘留的清潔劑。國外部分發(fā)動機(jī)選用的清洗劑及清洗用途見表2[4]。

國外部分大型商用發(fā)動機(jī)清洗壓力和清洗劑流量分布如圖2所示，清洗壓力范圍為12.5～60 Psi（86.2～413.7 kPa），清洗流量范圍為18.9～60.6 L/min，其中CF37-3/8清洗壓力最低為12.5 Psi，TRENT800/900/1000發(fā)動機(jī)清洗流量最大為60.6 L/min。

3" 清洗時機(jī)

航空發(fā)動機(jī)的在翼清洗維護(hù)周期通常以飛行循環(huán)或飛行小時數(shù)進(jìn)行規(guī)劃，因發(fā)動機(jī)大部分運(yùn)營成本都發(fā)生在飛機(jī)的起飛、降落、爬升和下降過程中，相對于經(jīng)濟(jì)性好、平穩(wěn)的巡航飛行狀態(tài)，這些過程中飛機(jī)因需要足夠的推力或功率而導(dǎo)致燃油消耗最大[5]。

隨著發(fā)動機(jī)運(yùn)行時間的增長，壓氣機(jī)性能退化必然導(dǎo)致流量、增壓比以及效率等降低，為維持發(fā)動機(jī)恒定范圍的推力或功率，必然采用加大供油量方法，不僅降低了發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益，同時還因熱端部件溫度增加而衰減了其使用壽命。根據(jù)航空公司統(tǒng)計數(shù)據(jù)，飛機(jī)發(fā)動機(jī)清洗頻率和燃油解節(jié)油量如圖3所示[6]。由圖3可以看出，清洗間隔時間不能過低也不能過短，只有選擇合適的間隔期才能夠獲得最佳的效益，如清洗間隔500～600 h為最佳。

清洗頻率通常由航空公司根據(jù)實(shí)際情況自行決定，為實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)健康運(yùn)行，必須科學(xué)、合理地選擇清洗頻次。如航空發(fā)動機(jī)在鹽霧環(huán)境運(yùn)行，每周、甚至每天均需進(jìn)行一次除鹽清洗，而性能恢復(fù)清洗通常選擇數(shù)百小時進(jìn)行一次清洗，但出現(xiàn)性能故障時可以隨時進(jìn)行清洗排查等。

發(fā)動機(jī)制造商一般會在維修手冊中給出清洗頻次的建議，如GE公司在CF6-80C2發(fā)動機(jī)的維修手冊中，推薦每500次飛行循環(huán)對發(fā)動機(jī)進(jìn)行一次性能恢復(fù)清洗。從綜合經(jīng)濟(jì)性角度看，每500次循環(huán)清洗一次發(fā)動機(jī)可以節(jié)省更多的運(yùn)營成本，而每250次循環(huán)清洗一次發(fā)動機(jī)會因頻次過高提升了維護(hù)成本，從而降低了總利潤[6]。表3列出了某型發(fā)動機(jī)的清洗類別和周期規(guī)定[1]，其在腐蝕和含鹽大氣環(huán)境時，每日飛行后均需進(jìn)行除鹽清洗。

通常，航空發(fā)動機(jī)在制定清洗維護(hù)規(guī)程時，主要需考慮的因素包括：地理位置和環(huán)境因素；航線網(wǎng)絡(luò)；航空燃油的短期價格波動區(qū)間；發(fā)動機(jī)的服役時間及大修周期；發(fā)動機(jī)維護(hù)效率；清洗周期與清洗成本。航空發(fā)動機(jī)流道清洗時機(jī)的選擇應(yīng)按如下進(jìn)行：①在因發(fā)動機(jī)流道部件過臟而使得主要性能參數(shù)衰減時，進(jìn)行發(fā)動機(jī)流道的清洗，清洗頻率由發(fā)動機(jī)運(yùn)營單位根據(jù)使用情況決定。②冷運(yùn)轉(zhuǎn)清洗工作在發(fā)動機(jī)自然冷卻后進(jìn)行，自然冷卻時間一般不少于12 h，不同發(fā)動機(jī)根據(jù)實(shí)際情況確定。③根據(jù)不同發(fā)動機(jī)具體情況對發(fā)動機(jī)成附件采取保護(hù)措施，根據(jù)發(fā)動機(jī)葉片防腐情況選擇合適的洗滌液。④長試用發(fā)動機(jī)清洗工作可在試車過程中各階段之間的停車時間或長試結(jié)束后性能錄取前后進(jìn)行。

4" 清洗程序

4.1" 冷運(yùn)轉(zhuǎn)清洗程序

航空發(fā)動機(jī)流道的冷運(yùn)轉(zhuǎn)清洗一般包括4個過程：洗滌過程、浸泡過程、沖洗過程和干燥過程，具體流程如下[2]：①洗滌過程。選擇合適的洗滌劑（如98%蒸餾水和2%的清潔劑的混合液）和清洗設(shè)備，發(fā)動機(jī)由冷運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)帶轉(zhuǎn)，當(dāng)燃?xì)鉁u輪或高壓轉(zhuǎn)速帶轉(zhuǎn)至一定值時，同時噴入洗滌劑，當(dāng)冷運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束時停止噴液，此過程可重復(fù)。②浸泡過程。發(fā)動機(jī)在洗滌劑浸潤條件下浸泡約20～30 min，實(shí)際情況可以通過增加洗滌過程的次數(shù)來減少浸泡時間或代替浸泡過程。③沖洗過程。沖洗劑一般選為100%蒸餾水。發(fā)動機(jī)由冷運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)帶轉(zhuǎn)，當(dāng)燃?xì)鉁u輪或高壓轉(zhuǎn)速帶轉(zhuǎn)至一定值時，同時噴入沖洗劑，當(dāng)冷轉(zhuǎn)結(jié)束時停止噴液，此過程可重復(fù)。此后，再冷運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)1～2次，排出發(fā)動機(jī)體內(nèi)的主要液體。④干燥過程?；謴?fù)發(fā)動機(jī)正常安裝及連接，起動發(fā)動機(jī)至地面慢車狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)2～3 min。

每次冷運(yùn)轉(zhuǎn)清洗時間及噴液時間點(diǎn)應(yīng)結(jié)合發(fā)動機(jī)的冷運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)考慮，通常建議運(yùn)轉(zhuǎn)時間與發(fā)動機(jī)冷運(yùn)轉(zhuǎn)時間保持一致，噴液時間點(diǎn)應(yīng)選擇在燃?xì)廪D(zhuǎn)子或高壓轉(zhuǎn)子帶轉(zhuǎn)至約5%時；多次洗滌過程或沖洗過程之間，建議停留一定時間，避免過多液體聚集在發(fā)動機(jī)內(nèi)部。

4.2" 熱清洗程序

航空發(fā)動機(jī)熱清洗一般在低運(yùn)行狀態(tài)（如地面慢車）進(jìn)行一次或多次的工作狀態(tài)下的清洗操作，不同發(fā)動機(jī)可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整清洗次數(shù)和清洗時間。熱清洗程序較冷運(yùn)轉(zhuǎn)清洗相對簡單，具體流程如下：①起動發(fā)動機(jī)至地面慢車，穩(wěn)定工作1～2 min，做好清洗準(zhǔn)備。②打開清洗系統(tǒng)，在慢車狀態(tài)進(jìn)行流道清洗，清洗過程中應(yīng)監(jiān)控發(fā)動機(jī)參數(shù)。清洗液體選用蒸餾水或合適的清洗劑，清洗時間建議不超過10 min，具體根據(jù)不同發(fā)動機(jī)慢車狀態(tài)允許工作時間限制確定熱清洗時間。③清洗結(jié)束后，斷開清洗系統(tǒng)，適當(dāng)提高發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)（如空慢），在此狀態(tài)下5～10 min，吹干發(fā)動機(jī)。④下拉發(fā)動機(jī)至地面慢車工作1～2 min后停車。

5" 結(jié)論

實(shí)踐證明，發(fā)動機(jī)清洗技術(shù)是性能恢復(fù)和除鹽，以提升發(fā)動機(jī)在翼時間、壽命和可靠性等最為經(jīng)濟(jì)、有效的手段。本文針對清洗方式、清洗劑選擇與用量、清洗時機(jī)確定和清洗實(shí)施程序等航空發(fā)動機(jī)清洗的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了論述，提供了國內(nèi)外清洗技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn)，可為軍/民用航空發(fā)動機(jī)清洗實(shí)施提供參考。

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