飛機(jī)真空泵故障模式分析

2011-08-23 杜仲中國民航飛行學(xué)院廣漢分院

　　現(xiàn)代通用航空領(lǐng)域活塞發(fā)動機(jī)驅(qū)動的干式真空泵主要用于給姿態(tài)儀、航向儀等機(jī)載氣動儀表提供真空源。簡要介紹了現(xiàn)代通用航空領(lǐng)域活塞發(fā)動機(jī)驅(qū)動的干式真空泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，收集、整理了某飛行學(xué)校機(jī)隊(duì)的真空泵故障數(shù)據(jù)，對真空泵故障模式進(jìn)行了全面、系統(tǒng)的分類分析，并針對不同的故障模式研究對應(yīng)的檢查方法或預(yù)防措施，以延長真空泵壽命，提高真空泵的可靠性。

　　某飛行學(xué)校的飛機(jī)故障數(shù)據(jù)調(diào)查顯示：真空系統(tǒng)（ATA37）故障占機(jī)隊(duì)總故障的5.8%，真空泵故障占真空系統(tǒng)的故障的60.8%，同時真空泵也是機(jī)群故障率最高的部件之一。實(shí)踐表明在使用過程中，活塞發(fā)動機(jī)驅(qū)動的干式真空泵具有平均壽命短、壽命差異很大、經(jīng)常突然失效等特點(diǎn)。這直接導(dǎo)致了機(jī)隊(duì)可靠性水平下降，嚴(yán)重影響了飛行安全，并且給維修部門的預(yù)防性維修造成了很大的困難。

1、真空泵的結(jié)構(gòu)和工作原理

　　目前通航飛機(jī)廣泛使用干式真空泵。干式真空泵為容積式葉片泵，它是由發(fā)動機(jī)通過花鍵驅(qū)動的剪切尼龍軸（見圖1）驅(qū)動真空泵內(nèi)的石墨轉(zhuǎn)子和安裝在轉(zhuǎn)子滑槽中的石墨葉片在鋁質(zhì)真空泵殼體內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)（見圖2），高速旋轉(zhuǎn)的葉片在離心力的作用下緊貼橢圓形鋁質(zhì)真空泵殼體，將真空泵內(nèi)部空間分為相互隔離的吸氣和排氣腔，在偏心殼體內(nèi)旋轉(zhuǎn)的葉片通過改變吸氣腔局部容積，使吸氣腔抽真空（壓力小于外界大氣壓力）在系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生真空度。為了滿足飛機(jī)上安裝的氣動儀表的需求，真空泵產(chǎn)生的真空度通過真空度調(diào)節(jié)器調(diào)整到16931.93 Pa 左右（具體范圍取決機(jī)上氣動儀表的安裝）。

　　干式真空泵的剪切尼龍軸起保護(hù)發(fā)動機(jī)作用。當(dāng)真空泵發(fā)生故障卡死時，真空泵驅(qū)動軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動，剪切尼龍軸受到的剪切力超過設(shè)定值而斷開，將故障卡死的真空泵與發(fā)動機(jī)本體傳動機(jī)構(gòu)隔離，避免了發(fā)動機(jī)的內(nèi)部損傷。干式真空泵的核心部件（轉(zhuǎn)子和葉片）均由石墨制成，葉片在轉(zhuǎn)動中與橢圓形的鋁質(zhì)殼體摩擦而磨損的同時，產(chǎn)生的石墨粉塵又對葉片起到潤滑作用，降低葉片的磨損和溫度，即泵具有自潤滑作用。

2、真空泵故障模式

　　從干式真空泵在航空領(lǐng)域開始應(yīng)用時起，工程技術(shù)人員就不斷的對真空泵故障模式進(jìn)行著研究和分析。通過改進(jìn)設(shè)計(jì)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，完善真空泵的維護(hù)方法等提高真空泵的壽命和可靠性。

2.1、溶劑污染

　　滑油或滑油蒸汽進(jìn)入真空泵內(nèi)部會迅速污染石墨，將起潤滑作用的石墨粉變成有害的污泥，損壞真空泵�；蛠碜杂诎l(fā)動機(jī)，在特定條件下可能進(jìn)入真空泵（如：真空泵墊子損壞；被忽略的滑油滲漏被吹到發(fā)動機(jī)后部；機(jī)匣通氣時滑油蒸氣被吸入真空泵）。

　　另一種污染的原因是清洗飛機(jī)時，水或清洗劑進(jìn)入真空泵。溶劑可能會從真空泵排氣管或驅(qū)動密封處進(jìn)入真空泵。

　　為了解決溶劑污染問題，制造廠商在真空泵安裝座上設(shè)計(jì)了滑油漏油孔，向下安裝的排氣管。日常維護(hù)中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)真空泵被滑油污染后，必須檢查確定滑油的來源（如：真空泵安裝座密封等），并徹底排除故障。清潔飛機(jī)時，應(yīng)特別注意防止水或清潔劑進(jìn)入真空泵。

2.2、外來物損傷（FOD）

　　石墨是脆性材料容易脆斷。少量的橡膠管碎片（如：安裝真空泵時搖動管子時偶然脫落的碎片），甚至是以前的真空泵遺留在管路中的碳粒等雜質(zhì)都會造成真空泵的突然失效。這類失效通常發(fā)生在新真空泵安裝后很短時間內(nèi)�？諝庵械幕覊m能夠滿足真空泵的配合要求。它們小到可以通過氣濾進(jìn)入真空系統(tǒng)，并與潤滑粉在摩擦表面混合，增大磨損速率并最終導(dǎo)致真空泵提前失效。飛機(jī)上裝備有氣動陀螺時，座艙空氣通常是真空泵抽氣的地方。當(dāng)飛機(jī)上的成員吸煙時，香煙的煙霧包含的顆粒小到能夠通過氣濾進(jìn)入真空系統(tǒng)。

　　為了防止外來物損傷，制造廠商明確規(guī)定禁止在安裝真空泵接頭時使用密封帶（見圖3 和圖4）或其它螺紋密封劑。日常維護(hù)中，應(yīng)注意檢查真空系統(tǒng)軟管，及時更換老化的軟管；更換失效真空泵（特別是更換卡死的故障真空泵）時，應(yīng)徹底清潔真空系統(tǒng)管路和真空調(diào)節(jié)器，并更換真空濾；在安裝軟管到真空泵接頭時，不能切割軟管的內(nèi)層（以方便安裝）。