航空發(fā)動機清洗技術(shù)研究

于海濱，賈明明

（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東青島266041）

航空發(fā)動機清洗技術(shù)研究

于海濱，賈明明

（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東青島266041）

清洗技術(shù)是一項實用的航空發(fā)動機外場使用技術(shù)。通過對發(fā)動機清洗關(guān)鍵技術(shù)的討論以及清洗前后發(fā)動機性能對比評估，表明發(fā)動機清洗技術(shù)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程技術(shù)，在發(fā)動機性能恢復(fù)方面的作用明顯，且外場條件下無可替代。

發(fā)動機；清洗；性能恢復(fù)

0 引言

環(huán)境對航空發(fā)動機有著不可忽略的影響。發(fā)動機在使用過程中，不可避免會吸入工業(yè)粉塵、昆蟲等，以及從封嚴(yán)裝置泄漏的少量滑油，它們會附著在進氣道、壓氣機葉片上，并形成沉積物。這會使進氣道和葉片表面變得粗糙、幾何形狀發(fā)生改變（小型發(fā)動機對此尤其敏感）、空氣流量減少、氣體易分離，造成壓氣機效率下降、EGT裕度減小、喘振裕度降低，從而使發(fā)動機推力（功率）下降，嚴(yán)重時會發(fā)生超溫和喘振故障。發(fā)動機在沿海地區(qū)使用時，由于沿海地區(qū)空氣鹽霧重、濕度大。高溫、鹽份很容易附著在進氣道和壓氣機葉片上形成鹽漬。鹽份在高溫、高濕條件下，經(jīng)過一段時間很容易使壓氣機工作葉片和導(dǎo)向器葉片發(fā)生腐蝕。鹽份存在又是渦輪葉片產(chǎn)生熱腐蝕的必要條件。腐蝕會導(dǎo)致葉片強度降低，嚴(yán)重時會形成疲勞源，由此而產(chǎn)生裂紋，縮短發(fā)動機的使用壽命。去除進氣道，特別是壓氣機上的臟物和鹽分，最有效的手段就是進行發(fā)動機清洗［1］。

1 清洗技術(shù)概述

航空發(fā)動機清洗是指不從飛機上拆下發(fā)動機的條件下，定期或視情對發(fā)動機實施清洗或防護。其目的是通過清洗清除附著在進氣道、壓氣機葉片上的沉積物，保護葉片，從而延緩或消除空氣中雜質(zhì)對發(fā)動機性能的影響，恢復(fù)劣化了的性能，保持發(fā)動機的設(shè)計壽命，同時預(yù)防或排除發(fā)動機某些故障的發(fā)展。

由于對發(fā)動機壓氣機進行清洗和防護，不需要從飛機上拆下發(fā)動機，不需要分解發(fā)動機，可以直接在飛機上實施，可以大大縮短維修時間并降低維修費用。因此，國際先進航空發(fā)動機公司生產(chǎn)的發(fā)動機，在外場廣泛采用壓氣機清洗和防護技術(shù)。TB3-117、阿赫耶、CFM56，T800等發(fā)動機，在維護規(guī)范中對清洗都有明確的規(guī)定［2］。

發(fā)動機使用的環(huán)境不同，其壓氣機葉片沉積物各種各樣，沉積物的附著力也不盡相同，但大致可以分為鹽類和由砂塵、工業(yè)粉塵、昆蟲、油類等組成的油脂污垢兩類。它們對發(fā)動機影響作用形式差別很大。鹽份主要通過發(fā)動機冷、熱腐蝕影響發(fā)動機壽命，而油脂污垢主要通過壓氣機效率影響發(fā)動機性能。為了清洗這兩類沉積物，多采用兩種清洗方式，即冷清洗和熱清洗。無論是冷清洗還是熱清洗，為了達到清洗效果，都是在發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中進行的。發(fā)動機運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速既不能太高，也不能太低，一般選擇適中轉(zhuǎn)速。這樣既能保持清洗液對發(fā)動機有一定的撞擊力和溫度，又不能因轉(zhuǎn)速過高而使清洗液蒸發(fā)，影響清洗效果。

（1）冷清洗，一般是指發(fā)動機在冷轉(zhuǎn)狀態(tài)，向發(fā)動機噴入清洗劑溶液清洗葉片上的鹽份，所以冷清洗也稱“除鹽清洗”。除鹽清洗一般不易在高溫下進行，選在冷轉(zhuǎn)狀態(tài)較佳，因為此時發(fā)動機的轉(zhuǎn)速較小，溫度又不高，除鹽時不會引起發(fā)動機的熱腐蝕。由于發(fā)動機冷轉(zhuǎn)狀態(tài)的持續(xù)時間較短，一般為幾十秒鐘，要有效清除葉片上的鹽份，對清洗劑的性能要求很高。

（2）熱清洗，一般是指發(fā)動機在慢車狀態(tài)時，向發(fā)動機噴入蒸餾水或合適的清洗劑來清除葉片上的油脂污垢，從而還原發(fā)動機的性能，故熱清洗又叫“恢復(fù)性能清洗”。油脂污垢在葉片上附著力較強而冷轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)速較低，一般很難進行有效清除。發(fā)動機在慢車狀態(tài)時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速較高，工作時間又較長，此時向發(fā)動機氣流通道噴入蒸餾水或清洗劑，利用液滴與葉片的沖擊力可以基本消除葉片上的污垢，恢復(fù)發(fā)動機的性能。但是在進行熱清洗時，會引起發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、溫度下降，其下降量因具體的發(fā)動機而異。轉(zhuǎn)速的下降量一般為10%～20%，溫度的下降量一般為2～30℃。如果清洗時使用清洗劑，由于清洗劑一般為易燃有機化合物，當(dāng)噴入的清洗劑過多或使用不當(dāng)時，容易引起瞬時超溫或燒壞發(fā)動機。這時利用清洗劑進行熱清洗的弊端。

隨著化工技術(shù)發(fā)展，新型高效防護型清洗劑不斷涌現(xiàn)，使得恢復(fù)性能清洗完全可以在冷轉(zhuǎn)狀態(tài)實施。20世紀(jì)80年代開始研制投入使用的發(fā)動機，無論是除鹽清洗還是恢復(fù)性能清洗，基本都是在冷轉(zhuǎn)狀態(tài)下進行的，因而增加了清洗工作的安全性。

2 清洗關(guān)鍵技術(shù)

發(fā)動機清洗技術(shù)研究內(nèi)容比較廣泛，從整體而言共有3項內(nèi)容，即清洗劑、維護規(guī)范和清洗設(shè)備。其中，前兩項是決定發(fā)動機清洗技術(shù)成功與否的關(guān)鍵。

2.1 清洗劑

清洗劑是清洗技術(shù)的核心環(huán)節(jié)。清洗劑通常是有機化合物，含有表面活性劑、有機溶劑、研磨劑和增白劑等成分，一般分為水基型和溶劑型兩種。清洗劑選擇的好壞直接決定著清洗效果的優(yōu)劣。選擇或研制清洗劑應(yīng)根據(jù)清洗的目的（是除鹽還是恢復(fù)性能）、外界溫度高低、發(fā)動機氣流通道所用材料，以及清洗類型作綜合考慮。

（1）合理選擇清洗劑。不同的清洗目的，不同的沉積物，就需要不同類型特點的清洗劑。

選擇清洗劑類型時，也會受到外界溫度的影響。當(dāng)外界溫度較低（在0～5℃或以下）時，一般的清洗劑就容易結(jié)冰，所以在低溫的情況下應(yīng)該選擇冰點較低的清洗劑。歐美國家的發(fā)動機一般采取清洗劑加防冰劑的方式防冰，不同的溫度段，其配比不同。前蘇聯(lián)發(fā)動機在低溫條件下在采用改變清洗劑配比的同時，還采取對清洗液進行加溫（50～70℃）進行防冰清洗。

（2）清洗劑的選擇與研制還要考慮發(fā)動機氣流通道內(nèi)的材料性能。清洗劑首先要達到清洗目的，其次還要求在清洗過程中不能對發(fā)動機氣流通道內(nèi)的金屬、非金屬材料產(chǎn)生腐蝕。任何一種清洗劑都必須經(jīng)過特定發(fā)動機考驗，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)標(biāo)準(zhǔn)條件下研制出來的。為此，美國軍標(biāo)準(zhǔn)MIL-C-85704B《航空發(fā)動機燃?xì)馔ǖ狼逑磩┸娪靡?guī)范》中，對清洗劑的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)達23項之多，其中腐蝕性能8項，使用性能8項，理化性能7項。《規(guī)范》對各項指標(biāo)數(shù)據(jù)都做出了詳細(xì)的規(guī)范要求。一個產(chǎn)品同時達到如此多的技術(shù)要求，其要求之高、要求之全面可想而知。

2.2 維護規(guī)范

維護規(guī)范是實施航空發(fā)動機壓氣機清洗和防護技術(shù)的綱領(lǐng)性文件，是特定機型在理論分析研究與實驗基礎(chǔ)上總結(jié)出來的，它對清洗的時機或周期，對使用清洗劑的型號及配比、清洗液的多少，清洗時發(fā)動機的狀態(tài)及實施程序都作了明確的規(guī)定。表1列出了某型發(fā)動機的清洗周期。對發(fā)動機實施清洗的程序設(shè)定為：冷轉(zhuǎn)→清洗→蒸餾水沖洗→干燥→噴防護劑。只有嚴(yán)格按照維護規(guī)范進行操作，才能達到清洗目的。

表1 某型發(fā)動機清洗周期

2.3 清洗設(shè)備

清洗設(shè)備是發(fā)動機實施清洗的裝置，因機型而異。岸基飛機使用的發(fā)動機一般采用清洗車；艦載機上的發(fā)動機一般采用手提式或背包式清洗設(shè)備，其結(jié)構(gòu)簡單，一般由盛清洗劑溶液的容器、壓力源（氣源或電動泵）、噴槍、控制板等組成。盛清洗劑溶液的容器體積因發(fā)動機和選擇清洗劑而異，一般為6～40 L。無論是空壓機、蓄氣瓶，還是電動泵作為壓力源，都不會超過0.98×105Pa，壓力的高低取決于噴槍在清洗發(fā)動機時的流量。目前，無論實施什么樣的清洗目的，都用一個清洗設(shè)備，它們之間靠一個轉(zhuǎn)換開關(guān)進行轉(zhuǎn)換。為了適應(yīng)低溫環(huán)境下清洗，前蘇聯(lián)的清洗設(shè)備還具有電加熱裝置。

隨著對清洗技術(shù)認(rèn)識的增加，先進發(fā)動機公司在設(shè)計時已對清洗問題作了考慮，如T800在發(fā)動機進氣道上設(shè)計專為發(fā)動機外場清洗用的清洗環(huán)。

3 清洗效果評估

3.1 評估方法

對發(fā)動機清洗實際效果的評定，只能對恢復(fù)性能清洗做出準(zhǔn)確評判。它實際是對選擇的清洗劑、維護規(guī)定所規(guī)定內(nèi)容及清洗設(shè)備的綜合驗證，一般外場采用對比法進行評估，有4個步驟。

（1）清洗前，先進行常規(guī)試車，并進行有關(guān)性能數(shù)據(jù)。

（2）按維護規(guī)范實施清洗。

（3）在同樣條件下再進行試車，并記錄有關(guān)性能數(shù)據(jù)。

（4）對所錄取的數(shù)據(jù)進行對比。

通過數(shù)據(jù)對比，很容易得出經(jīng)過清洗原發(fā)動機性能恢復(fù)效果大小。對除鹽清洗，因為它影響到發(fā)動機的壽命，所以很難在短時間內(nèi)進行效果評定。

3.2 評估結(jié)果

經(jīng)實際驗證，清洗對恢復(fù)發(fā)動機性能非常有效，尤其對航線分布在沿海地區(qū)或多沙塵地區(qū)的發(fā)動機，效果更顯著，且成本低。通過對發(fā)動機進氣道、壓氣機葉片及整個核心機氣路用一定壓力的水（或清洗劑）清洗，一般可降低排氣溫度5～20℃，個別發(fā)動機可達40℃，發(fā)動機功率一般可提高清洗前的2%～5%，個別可提高更多。某型發(fā)動機廠內(nèi)長期試車中采用清洗程序后，性能效果見表2

從表2中可以看出，發(fā)動機排氣溫度（起飛狀態(tài)）下降20～50℃，功率（起飛狀態(tài)）恢復(fù)明顯，大約能夠提高發(fā)動機在清洗前功率的4%～7%，清洗的效果比較可觀。

表2 發(fā)動機清洗前后參數(shù)對比

4 結(jié)束語

航空發(fā)動機清洗技術(shù)雖然不屬于發(fā)動機的關(guān)鍵技術(shù)，但是在發(fā)動機性能恢復(fù)中的作用無可替代。清洗投入經(jīng)費較小，可以延緩或保持發(fā)動機的壽命，延長了發(fā)動機推力（功率）下降時間。國外在上世紀(jì)70年代就已經(jīng)開始研究發(fā)動機清洗技術(shù)。我們在這方面還相對落后。發(fā)動機清洗技術(shù)看似簡單，實則是一個系統(tǒng)工程，從清洗劑研制、到清洗規(guī)范、到清洗設(shè)備，必須系統(tǒng)考慮，這樣才能使發(fā)動機清洗技術(shù)真正在實用中發(fā)揮作用。

［1］李本威，王秀霞，胡國才，等.渦噴發(fā)動機清洗技術(shù)研究［J］.航空發(fā)動機，2000，（1）:12-16.

［2］孫護國，于海濱，霍武軍，等.渦軸發(fā)動機清洗技術(shù)及其發(fā)展［D］.第十六屆全國直升機年會論文，2000.

〔編輯 王永洲〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.11.50