耐高压部附件维修测试增压装置的设计开发

崔相国，沈　奇

（1.东方航空技术有限公司，山东烟台200335；2.中国民航大学，天津300300）

耐高压部附件维修测试增压装置的设计开发

崔相国1，沈奇2

（1.东方航空技术有限公司，山东烟台200335；2.中国民航大学，天津300300）

为了满足目前一些飞机中的耐高压部附件的维修测试工作，必须设计一种新型的增压装置来进行高压测试。简要介绍了该新型增压装置的设计背景、工作原理以及设计过程等内容，与原有装置相比，该装置能够提供更高的压力以满足耐高压部附件的测试需要，并且具有防爆、输出压力可调等特点，另外其运动件及密封件更少，从而减少了维护工作。

耐高压附件；新型增压装置；维修测试

目前，在民航维修测试所采用的增压装置中，大部分装置所能达到的最大压力有限，一般为3000 psi或5000 psi，难以满足某些耐高压部附件的维修测试工作，因此为了满足波音、空客飞机中各种耐高液（气）压部附件的维修测试工作，基于航空器部附件维修依据文件（CMM）给定的测试要求和参数，设计了一种新型试压设备，用以满足此类航空部附件的维修要求。设计的设备气驱气体/液体增压动力单元是根据从美国引进的气体液压试压装置以及结合实际情况等进而研制而成的。此设备系统主要分为两部分，即气驱气体增压单元和气驱液体增压单元。这种新型的增压装置具有防爆、输出压力可调、升压速度可控、体积小、重量轻、操作简单、性能可靠、适用范围广等特点。

1　设计要求

根据AC-145-10民航总局咨询通告《自制工具设备的设计制造标准和要求》，这种新型增压装置应满足以下要求：（1）原理和设计图纸必须符合相应的国家标准；（2）使用原材料应满足可预见的极限强度、刚度及其他性能要求，与航空器或航空器部件直接接触的材料不能对航空器或航空器部件造成损伤；（3）仪表和显示设备的精度、量程和稳定性应满足测试的需要；（4）动力源应满足按测试需要提供稳定、可调的动力供应；（5）操纵机构应满足操作方便，并防止误操作的要求；（6）工具设备的安全防护应满足国家有关标准的要求；（7）工具设备制造过程中应有工作单卡和施工说明［1］。

2　工作原理

该新型测试装置以气体为动力源，通过增压设备使输出气体或液体与驱动气压成正比，进而对驱动气压进行调整，以获得相应的输出压力。下面以气驱液体增压装置为主来介绍增压单元的工作原理。其工作原理图如图1所示。

图1　气驱液体增压装置工作原理图

此设备的主要部件是增压泵，即气驱液泵，它的工作原理是利用增压泵中活塞上下端的面积差，从而获得高压的液体流出，在活塞面积较大的上端采用低压的气体驱动，而活塞另一端，由于面积较小，又要保持和活塞上端同等的压力，故可以获得高压的液体。其中液体输出的最大压力取决于活塞两端的面积比以及气体驱动的压力［2］。如：泵的比率为10：1，即每1 psi的驱动气压，将获得10 psi的输出液压。操作时泵最大采用100 psi的驱动气压，即可产生最大1000 psi的输出液压。在泵的压力范围内，调节压力调节器从而调节输入气压，输出最大液压相应得到无级调整。

3　气驱液体增压装置的设计过程

3.1液压执行元件的确定

因系统测试时需提供超高压（12 500 psi），一般泵和马达均不能满足要求或结构非常复杂，需设计专用增压机构才能完成。为此根据从美国引进的气动/液体试压装置等，结合实际情况研制出了这种新型的增压设备。它采用低压气体为动力源，通过增压泵增压获得高压的液体输出，当驱动气体与输出液体压力平衡时，泵停止充压，输出压力便稳定在预调的压力上，通过控制进气量，可以控制需增压液体流量，从而控制升压速度。一般常用100 psi的气压作为驱动气源，因此选用比率125:1的液压泵，从而获得12 500 psi的液压。该新型液压泵的结构简图见图2.

图2　液压泵的结构简图

3.2执行元件主要参数的计算

（1）增压缸：根据实际和累计经验取Φ20mm.

（2）驱动缸：根据125：1的比率关系，进而得出驱动缸与增压缸直径之比为11.18：1，可得：Φ驱动缸=11.18×Φ增压缸=223.6 mm≈240 mm.

3.3控制元件和控制调速方案的确定

驱动调压阀、驱动截止阀、测试截止阀、卸荷阀、增压泵进出口单向阀等控制元件根据所在的位置和功能，按标准选用即可。调速方案采用无极调速即可，故不需要复杂的控制方案。

3.4耗油量的计算

（1）管路系统充油量：按管路通径￠=10mm，总长10m，系统油量为（∏/4）×Φ2×L=（∏/4）×1.02 ×1000=785 cm3.

（2）滤油器中充油量估算：2个油滤，体积相同。Φ120 mm，壁厚5 mm，高400 cm3.滤芯，内部结构认为油滤内径为Φ90，高350min，圆柱体。所以（∏/4）×120×40×2-（∏/4）×90×35×2=3 837.9 cm3.

油滤可选用天津滤油器厂生产的纸芯10μm过滤器。ZU-A160×10 sΔP＜0.15 MPa.XU-A160×30 s，ΔP＜0.12 MPa.

（3）被测附件蓄压器充油量估算：（∏/4）×Φ2 ×H=（∏/4）×102×80=6 280 cm3.

合计总耗油量：

785+3 837.9+6 280=10 902.9 cm3.

从而计算出油箱最低储油量为10 902.9×4/3 =15 991 cm3，最终定为18 000 cm3.

3.5油箱设计

结构定为长方形，为了排污方便，底部为斜面，排污口位于最低位。油箱组成：1）排油口：在箱底板上；2）放油口：在油箱底部；3）液位计；4）入油口，在油箱顶部；5）油箱稳流隔板；6）倾斜集污底板。

油箱尺寸根据容积计算得出L×W×H=30 cm ×30 cm×20 cm.

3.6测试台结构

测试台由框架、测试油箱、增压泵及支架、仪表、面板、驱动调压阀、驱动截止阀、油雾器、测试截止阀、卸荷阀、油滤及接管等组成。工作油箱放于框架内，其出口与泵的进液口持平，调节阀门、压力表等放于面板上，便于操作。泵只需用螺钉固定，并连接三根配管：驱动气源到泵进气口；液压源到泵进液口；泵的出液口到工作系统。为使泵的进、出液口密封效果好，与泵连接的NPT阳螺纹均应使用两圈特氟龙胶纸。为使泵性能最佳，泵的进液口应比液箱低或持平。测试部件放在专用的工作台上，用螺栓固定。工作台面板下为接油盘，收集泄漏的液压油，由专用容器接纳之。

3.7管路系统设计

从技术要求看，本测试系统不要求大流量，仅考虑耐压即可，因此选用3/8"的316 L高压无缝钢管，耐压15 000 psi.所有配管工作压力必须大于泵最大工作压力1.5倍以上。

管子壁厚δ≥pd/2［σ］（p—工作压力；d—管子内径；［σ］—许用应力）则δ=（12500×1.5/145×9.53）/（2×1000/4）=2.46 mm，因此选用δ=2.5 mm.

实际应用中可依此和工作压力选用进口高质量高压油管。

4　耐高压部附件的测试

本装置在工作时就是以压缩空气为动力，通过对驱动气压的调整和增压泵的放大效应，得到相应的输出压力。如上述原理图1所示，驱动气体通过过滤器、驱动调压阀、压力表、驱动截止阀、油雾器进入增压泵作为驱动动力；需增压液体通过过滤器、单向阀进入增压泵，通过增压泵增压后输出高压。具体结构可参照下述实物图，如图3所示。

图3　新型增压装置结构实物图（左图）和液压控制阀及仪表（右图）

该新型增压装置是高压测试系统的主要部件，利用该装置可对一些耐高压部附件进行验证压力和泄漏检查、压力下的分离检查、液体或气体泄漏测试和隔离组件摩擦阻力测试等维修测试工作。下面以验证压力和泄露检查为例简要说明，如图4所示，向气压端口充满液压液，堵住气压口，然后使用该装置向液压口供6000+200/0 psi压力，保持五分钟，若无外部泄漏迹象，破裂或永久变形则说明此部件满足要求［3］。

图4　验证压力和泄露检查

5　结束语

常用的高压增压方式是用人工手摇泵或多级增压缸逐级增压才能达到超高压。而手摇泵不仅费工费力，效率低下，而且很难做到超高压；多级增压结构复杂，体积庞大，操作复杂，性能不可靠，且制作和维护较难。本文从民航部附件的维修实际出发，通过对现有装置的分析和研究，进而设计出一种新型的增压设备，与原有设备相比，该新型装置具有一些明显的优点。该新型装置除了在引言中介绍的防爆、输出压力可调等特点外，还具有安全性、密封性、人性化、多样性、易维护和持续性等优点。它特别适用于阀件、连接件、压力容器等受压件的试压检验。与其它泵相比，其运动件及密封件更少，从而减少了维护。另外，本装置也存在缺陷，例如：不能完成低压测试。论文中有些项目的分析并未曾展开。

［1］《自制工具设备的设计制造标准和要求》［S］.

［2］成大先.机械设计手册第四卷［M］.北京：化学工业出版社，1996：19-61.

［3］EMCO CORPORATION.ATA 32-40-01.CMM维修手册：COMPONENT MAINTENANCE MANUAL PART NUMBER 30210［Z］.

Design and Development for the Pressurization Device of High-Pressure-Resistant Com ponent Test System

CUIXiang-guo1，SHEN Qi2
（1.Eastern Airlines Ltd.，Yantai Shandong 200335，China；2.Civil Aviation University of China，Tianjin 300300，China）

In order tomeet some works of the current aircraftmaintenance testing of high voltage unitattachment，a new type of supercharging device must be designed for high-pressure test.This article briefly describes thedesign backgroundof the new supercharger，working principle and design process and so on.Compared with the original device，it can provide a higher pressure tomeet the need for high voltage test of unit attachment，and have possess of explosion-proof，adjustable output pressure and other characteristics.Because its moving parts and seals are less，themaintenance work is also less than the original device.

high-pressure-resistant component；new plenum；maintenance test

TH12

A

1672-545X（2016）05-0072-03

2016-02-11

崔相国（1971-），男，山东烟台人，硕士，工程师，研究方向：航空器维修；沈奇（1993-），男，河南太康人，在读硕士，研究生，研究方向：航空器制造与维修。