基于地面油封装置在航空发动机上的冷油封方式应用研究

张伯年，董坤林，白明焕

（国营芜湖机械厂，安徽 芜湖 241007）

航空发动机油封是航空发动机在贮藏和运输时防止其零件发生锈蚀的主要措施。在业内相关技术规范中，明确了长期不装机使用的航空发动机，在存放期间要完成发动机油封，并在重新装机使用时必须完成发动机启封工作，其意义在于保证发动机在整个存放期的状态完好，保障发动机在外场使用安全。

内部油封和外部油封是发动机油封的2 种方式。其整机油封的品质决定了发动机长期存放的时限。对航空发动机进行内部油封是对发动机燃油系统采取保护的一种措施，其过程是先利用氮气吹除燃油系统的存油，然后用滑油对发动机燃油系统进行冲洗，使燃油系统中充满滑油，以保证燃油系统置于滑油的保护下并隔绝氧气，以减少零件氧化腐蚀造成的性能衰减或功能丧失。

1 内部油封技术

1.1 油封的方式

传统的发动机油封方式是在飞机上进行发动机假开车，将滑油从发动机燃油入口供入，燃油系统内的存油从放油口放出，从而达到油封发动机燃油系统的目的，这种油封方式称为热油封（即运转油封）。

改进后的发动机油封是通过地面油封装置将增压后的滑油注入燃油系统，配合电气控制，使附件的电磁阀按相应时序工作，达到油封燃油系统的目的，这种油封方式称为冷油封（即静态油封）。

热油封（即运转油封）：其油封过程为单一点供油，多点放油。系统原理如图1 所示。

图1 热油封（即运转油封）

冷油封（即不运转油封）：其操作过程需针对几大附件分别进行油封，多点供油，多点放油，需要较多的管路。系统原理如图2 所示。

图2 冷油封（即静态油封）

图3 地面油封装置外形图

1.2 油封原理

内部油封是由油封装置供给的滑油，经设备中的单向阀进入蓄压器，当油压达到一定量时，压力传感器给控制系统一个信号，打开电磁阀，相应的接头内滑油开始流进发动机部件，燃油系统内的存油从放油口放出，从而达到油封发动机燃油系统的目的。

2 地面油封装置

地面油封装置用于飞机发动机转子不转动时，将油封用滑油注入燃油系统附件内进行强制油封。该设备具备滑油自动加温脱水、自动控温；能够对滑油进行加压，能够提供稳定的压力源；电气控制系统为发动机提供相应的时序控制信号三大功能。

2.1 设备主要参数

（1）工作油虑精度：5μm；

（2）滑油污染度不劣于GJB 420B-6 级；

（3）工作油流量调节范围：0～15L/min；

（4）工作油压力范围：0～2.45 MPa；

（5）安全活门工作压力：2.45 MPa；

（6）油箱容积：125L；

（7）滑油脱水温度：100℃～120℃；

（8）工作状态滑油温度：45℃～60℃。

2.2 设备使用介质脱水原理

该设备可利用滑油（使用介质）和水的沸点不同来实现滑油和水的分离，即由电气系统控制含有水分滑油的油温，使其持续保持在100℃～120℃的范围内，在这个温度范围内，滑油内部的水会蒸发而滑油仍保留在油箱内。

通过控制设备操纵台在脱水按钮，发出“加热”指令使设备内部的加热继电器工作，接通接触器，接下来电加热器开始工作，同时设备操纵台上的“脱水”信号灯常亮。当滑油温度达到120℃并保持10 min 后，油封设备将自动进入保温状态。

2.3 设备电气控制原理

在发动机不工作状态下，地面油封设备通过电气控制系统为发动机提供相应的时序控制信号，模拟各电磁阀时序接通工作指令，实现滑油对发动机燃油系统进行冷油封。

发动机油封电磁阀共分为2 组控制。

加力点火、KO 停车活门、防喘电磁阀、应急放油、主油路OK 调节阀为1 组阀。

加力点火连锁阀、收喷口、N2 调整阀、减速率、涡轮冷却、应急断加力为2 组阀。

按照油封工作原理，设定2 组动作电磁阀工作时序，进行交替接通控制，利用地面油封设备，为电磁阀提供相应的时序控制信号。

第一组阀时序：

加力点火、KO 停车活门、防喘电磁阀、应急放油、主油路OK 调节阀。

第二组阀时序：

加力点火连锁阀、收喷口、N2 调整阀、减速率、涡轮冷却、应急断加力。

2.4 设备供油工作原理

当进行发动机油封时，在油封电气系统控制下，循环电磁阀和调低压电磁阀关闭，调高压电磁阀和油封电磁阀打开。通过设备油箱内的滑油首先经液压泵增压，部分滑油经高压电磁阀和高压溢流阀流回油箱，其余滑油则通过油滤、油封电磁阀、单向活门和转阀通过外部导管输入发动机燃油系统。油封管路系统内的油压保持在规定范围内，从而满足发动机内部油封工作的需要。

3 工艺试验

3.1 制定发动机燃油附件中的燃油排出方式

通过外接氮气瓶，利用油封设备电控程序，根据预先设定的吹除时间，反复吹洗燃油系统，直至放气管路燃油排尽，排出气体。达到对燃油系统清洗的效果。

3.2 制定向发动机燃油系统注入滑油方法

通过将油封设备中的滑油注入发动机燃油系统，配合PLC 电气控制，使发动机燃油附件各电磁阀按相应时序工作。电气控制系统为发动机各电磁阀提供交替工作控制信号，达到发动机各油路、附件内部油封的目的。

3.3 油封效果试验

开展对比试验，选择2 台发动机进行机上热油封和地面冷油封，油封过程中通过排出的滑油，分别取2 瓶油样进行滑油理化指标、闪点的检测对比。

通过化验闪点数据对比分析，地面冷油封后滑油闪点：157，优于机上热油封后滑油闪点：155。闪点的高低反映燃油的残余量，闪点越高说明燃油的含量越低。

经试验和理化分析验证，冷油封效果与运转油封效果一致，可替代现有油封方式。

4 关键技术问题及解决措施

4.1 发动机冷油封状态下实现发动机电磁阀时序接通的研究

涡扇发动机机上油封方式已在部队外场维护中广泛使用，但对发动机静态油封方式的油封原理及地面如何模拟机上发动机工作还不明确，研究发动机冷油封状态下实现发动机电磁阀时序接通的电气控制方式是研究的关键技术问题之一。

通过分析发动机内部油封工作原理，制定发动机燃油系统各电磁阀接通工作时机。研制的地面油封设备将实现电气控制系统为发动机提供相应的时序控制信号。保证发动机各油路、附件全部完成内部油封。

4.2 制定发动机冷油封试验方法确保内部油封效果

涡扇发动机不工作状态下，各燃油系统管路压力的实现及燃油系统的清洗方式等对发动机内部油封效果有较大影响，研究制定发动机冷油封工艺方法，确保内部油封效果也是研究的关键技术问题之一。

通过分析发动机油封过程中系统油压的建立条件，制定油封管路系统内油压保持范围。同时为避免、燃滑油掺混，论证使用氮气进行反复吹洗燃油系统的可行性，制定涡扇发动机冷油封工艺方法。

5 结语

综上所述，传统的热油封技术已经难以满足实际生产的需要，需在现有的基础上利用新研制的地面油封装置，实现发动机的冷油封（静态油封）。尤其是在飞机修理维护上，航空维修企业通过对油封工艺的改进，有效解决因发动机油封问题影响的生产周期问题，同时解决了部分发动机因叶片打伤、涂层掉块等无法进行热油封的问题，为发动机的进厂油封提供了更多的途径。