航空液压油泵车储油净化装置设计

苗春存，李 斌，邹家祥，戴高宇，于 文，陶兆飞

(1 空军南京航空四站装备修理厂，江苏 南京 210042；2 空装驻南京地区第四军事代表室，江苏 南京 210042)

航空液压油泵车作为航空地面保障装备，主要用于在飞机发动机停机状态下，以一定压力、流量和符合污染度等级、含水量、气泡等要求的工作介质，为飞机液压系统提供检修用液压动力源，同时具有为飞机补充加注液压油、净化飞机液压系统等功能[1]，所以在保障过程中航空液压油泵车内航空液压油需注入飞机液压系统。航空液压油作为飞机液压系统工作介质，不仅起到传递动力、吸收热量等作用，还具有系统润滑、防锈、防腐、密封、冷却、冲洗、分散等作用，对于保证飞机液压元件使用寿命和飞行安全十分重要[2]。新型战机更多采用比例溢流阀、伺服阀等精密液压元件，对航空液压油质量要求越来越高[3]。如某新型歼击机对航空液压油泵车要求如下：油液固体颗粒污染度优于GJB420B规定的6级，含水量不大于50 mg/L，油温不高于80 ℃。大量实践经验表明，航空液压油污染是导致飞机液压系统故障产生的主要原因，因此保证航空液压油泵车内航空液压油质量对于防止飞机液压系统污染至关重要。

完成航空液压油泵车生产之后，需注入符合污染度等级、含水量、气泡等要求的航空液压油进行液压系统调试、磨合、润滑，交付时需将航空液压油放净。若将放出的航空液压油作为费油处理，会造成大量资源浪费，因此需将航空液压油储存净化循环使用。航空液压油泵车属于使用频次较低的航空地面保障装备，若长时间放置或者贮存，务必将航空液压油泵车内航空液压油放净并储存起来，既可防止长时间放置导致固体颗粒聚集又可将放出的航空液压油净化后循环利用。鉴于航空液压油泵车生产、使用、贮存过程中对于航空液压油保障的实际需求，本文利用离心分离技术设计出集储存和净化航空液压油功能为一体的装置，其具有设计合理、性能可靠、操作方便、移动便捷等特点。该装置既可满足航空液压油泵车生产、修理单位使用，还有助于航空兵部队维护保养航空液压油泵车，提高航空液压油泵车出动效率，可带来巨大军事和经济效益。

1 航空液压油泵车航空液压油净化措施

航空液压油泵车液压系统内存在各种各样污染物，最主要的是固体颗粒物、水和气体。航空液压油泵车液压系统污染主要由外部和内部两个方面原因造成。外部原因主要是在保障及维修过程中拆卸对接接头、液压部件等造成固体颗粒、水分、气体进入液压系统或水分、气体通过开式液压油箱进入液压系统。内部原因主要是指在航空液压油泵车运转过程中由于柱塞泵、调压阀、流量计等运动零部件磨损以及航空液压油物理化学性质发生变化产生的固体颗粒[4]。

目前，航空液压油泵车采用的航空液压油净化技术主要有过滤分离法、真空分离法和离心分离法。

过滤分离法是用金属网状物、纤维材料或滤纸等材料制作成过滤器将污染物分离出来，主要能够去除航空液压油中的固体颗粒。过滤分离法是目前航空液压油泵车去除航空液压油中固体颗粒应用最广泛的方法。魏晓斌等[5]设计的YBC-2型飞机地面油泵车液压系统采用过滤精度为(5 μm、1 μm)的两级过滤器净化飞机地面油泵车液压系统中固体颗粒。王壮壮[6]设计的小型通用飞机液压油泵车采用高压粗、细两级油滤达到油液污染度不劣于GJB420B 6级的指标要求。某型航空液压油泵车液压系统在高压输出系统中设置三级过滤器(10 μm、5 μm、1 μm)，在低压回油系统中设置过滤器(20 μm)确保液压系统中油液固体颗粒污染度优于GJB420B规定的6级。但是过滤分离法采用的过滤器达到其纳污容量时，需要停机维护或者更换滤芯，产生工作量和昂贵维护费用。

真空分离法是把液压油加热到一定的温度后，对封闭的液压油箱抽真空，在一定真空度的负压和温度状态下，使液压油中的压力降到水的饱和蒸气压以下，使液压油中水分气化从液压油中分离出来，并不断被真空泵抽出。真空分离法可以有效去除液压油中的气体和水，并已在航空液压油泵车上使用。陈功等研制的高原型油泵车中利用溢流阀使油温升到60 ℃，油液回流至密闭油箱时喷淋回油，使用真空泵对密闭油箱进行抽气，同时抽取水蒸气进行除水，油液含水量能达到 100 mg/L以下[7]。

离心分离法是利用高速旋转，使油品中具有不同密度且互不相溶的油、水、气、杂质，受到不同的离心力或在重力场中获得不同的沉降速度的作用而迅速分离，达到分离分层或使油品中固体颗粒、水沉降的目的，具有无需更换净化滤材、纳污容量大和净化速率快等性能优势。张人才设计了高速真空离心净化设备，试制样机并进行了地面维护实验，实验表明：相比于采用过滤、真空等分离技术的现有地面维护设备，高速真空离心净化可精确、高效、彻底地同时控制液压系统中固体颗粒、水、气体等三种主要污染物的含量，能有效解决现有地面维护设备净化能力不足的问题[8]。

2 储油净化装置设计

2.1 系统组成

航空液压油泵车储油净化装置采用推车式结构，主要由车体系统、动力系统、离心净化系统、控制系统四部分组成，外形结构如图1所示，系统组成如图2所示。

图1 航空液压油泵车储油净化装置系统外形结构Fig.1 The appearance and structure of the oil storage andpurification device of aerial hydraulic oil pump vehicle

图2 航空液压油泵车储油净化装置系统组成框图Fig.2 Block diagram of the system composition of the oil storageand purification device of aerial hydraulic oil pump vehicle

2.2 离心净化系统设计

离心净化系统是通过隔膜泵将离心桶内气体抽出使离心桶内产生负压，从而将储油油箱内的油液吸至离心筒内，通过电动机利用带轮带动离心桶旋转，利用变频器调节电动机转速，使离心桶旋转至10000 rpm以上，通过离心力分离出航空液压油中固体颗粒、水和气体。固体颗粒残留在离心筒桶壁上，水自动分离至纳污盒中，气体通过排气管路直接排出。离心筒旋转时机械密封用油液自动泄露至泄油盒内。离心净化系统原理如图3所示。

图3 离心净化系统工作原理Fig.3 Working principle of centrifugal purification system

离心净化主要通过储油、系统排气、离心净化、排水清理四个步骤净化航空液压油。

(1)储油

分别将航空液压油泵车1的高压对接机头4、低压对接机头2和储油净化装置的高压机上活门5、低压机上活门3联接，启动航空液压油泵车1并将其液压油排至储油油箱7内，关闭航空液压油泵车1；或者启动自吸泵27，将外部待净化油箱26内液压油吸入储油油箱7。

(2)系统排气

打开截止阀8，关闭截止阀17，启动隔膜泵24排出离心桶13内气体至储油油箱7，离心桶13内形成负压将储油油箱7内航空液压油吸入离心桶13，通过观察管25观察有无气体，无明显气泡则气体排净，停止隔膜泵24，完成系统排气。

(3)离心净化

启动电动机11利用皮带轮带动离心桶13旋转，通过压力传感器15检测达到一定压力时，打开截止阀17。航空液压油流动在离心筒13内形成负压，将储油油箱7内航空液压油吸入离心桶13净化处理，并将航空液压油输送回储油油箱7，完成一个净化过程。当检测到油液固体颗粒污染度优于GJB420B规定的4级，含水量低于50 ppm以下时，切换换向阀18改变航空液压油流动路线，启动航空液压油泵车1将净化好航空液压油输送至航空液压油泵车1内，完成航空液压油泵车内航空液压油净化。若储油油箱7内的航空液压油已经提前净化合格，也可以通过切换换向阀6，启动航空液压油泵车1，直接将储油油箱7内航空液压油吸入航空液压油泵车1。

(4)排水清理

关闭电动机11、截止阀8、截止阀17，打开截止阀22，待离心桶13内部航空液压油通过纳污盒12全部排出后，打开离心桶13清理内壁固体颗粒。通过观察窗20或者液位传感器19检查泄油盒21内航空液压油是否已满，若已满则切换换向阀23，启动隔膜泵24，将泄油盒21内航空液压油抽取至储油油箱7。

2.3 控制系统设计

控制系统主要用于实现动力系统、离心净化系统的正常工作，控制电动机、变频器、自吸泵、隔膜泵、截止阀的开关以及换向阀的切换和压力的增减，监测油液固体颗粒污染度、油温、流量、压力等性能参数，具有超温、欠压、欠流量保护等功能，当装置出现故障时，控制系统不仅可以保证在超出正常工作性能之前自动停止工作，还可以通过“电源开关”按钮来直接停止装置工作。控制系统选用控制面板、触摸屏和PLC结合的方式进行操控，易于安装，减少了传统机械式开关的繁琐操作，自动化程度高，便于操作。

图4 控制面板Fig.4 Control panel

控制面板主要用于操作控制动力系统、离心净化系统，安装有触摸屏、按钮、开关按钮、压力表、指示灯、气泡观察管等，如图4所示。

PLC控制器选用西门子的SIMATIC S7-200 SMART，中央处理单元为CPU ST20，配合模拟量输入模块、数据采集模块作为系统供电以及动力系统、离心净化系统动作和流量、压力、温度、含水量、固体颗粒污染度等参数的输入通道，经过控制器处理后可以实时将电压、电流等电参数和流量、压力、温度、含水量、固体颗粒污染度等性能参数显示在触摸屏上。

触摸屏选用西门子的SMART精彩系列面板SMART LINE，简单直观，功能强大，可以与SIMATIC S7-200 SMART PLC控制器完美结合，组成自动化控制和人机交互平台，能够很好地实现航空液压油泵车储油净化装置的自动控制。主控界面如图5所示。

图5 主控界面Fig.5 Main control interface

3 结 论

本文采用离心分离技术对航空液压油泵车储油净化装置展开设计，该装置不仅有效解决现役航空液压油泵车难以同时净化航空液压油中固体颗粒、水、气体三种污染物的难题，提高航空液压油泵车保障飞机液压系统的出动速度，还可以满足航空液压油泵车批次生产、修理、贮存等过程中航空液压油储存和净化需求，提高航空液压油的使用效率。该装置采用控制面板、触摸屏和PLC结合的操控方式，自动化程度高，人机交互友好。该装置可以推广到航空液压油泵车生产、修理单位，同时适用于航空兵部队，还可以推广到其它类似工作介质的装备使用，应用前景广阔。