航空发动机清洗技术研究

于海滨，贾明明

（海军航空工程学院青岛校区，山东青岛266041）

航空发动机清洗技术研究

于海滨，贾明明

（海军航空工程学院青岛校区，山东青岛266041）

清洗技术是一项实用的航空发动机外场使用技术。通过对发动机清洗关键技术的讨论以及清洗前后发动机性能对比评估，表明发动机清洗技术是一项复杂的系统工程技术，在发动机性能恢复方面的作用明显，且外场条件下无可替代。

发动机；清洗；性能恢复

0 引言

环境对航空发动机有着不可忽略的影响。发动机在使用过程中，不可避免会吸入工业粉尘、昆虫等，以及从封严装置泄漏的少量滑油，它们会附着在进气道、压气机叶片上，并形成沉积物。这会使进气道和叶片表面变得粗糙、几何形状发生改变（小型发动机对此尤其敏感）、空气流量减少、气体易分离，造成压气机效率下降、EGT裕度减小、喘振裕度降低，从而使发动机推力（功率）下降，严重时会发生超温和喘振故障。发动机在沿海地区使用时，由于沿海地区空气盐雾重、湿度大。高温、盐份很容易附着在进气道和压气机叶片上形成盐渍。盐份在高温、高湿条件下，经过一段时间很容易使压气机工作叶片和导向器叶片发生腐蚀。盐份存在又是涡轮叶片产生热腐蚀的必要条件。腐蚀会导致叶片强度降低，严重时会形成疲劳源，由此而产生裂纹，缩短发动机的使用寿命。去除进气道，特别是压气机上的脏物和盐分，最有效的手段就是进行发动机清洗［1］。

1 清洗技术概述

航空发动机清洗是指不从飞机上拆下发动机的条件下，定期或视情对发动机实施清洗或防护。其目的是通过清洗清除附着在进气道、压气机叶片上的沉积物，保护叶片，从而延缓或消除空气中杂质对发动机性能的影响，恢复劣化了的性能，保持发动机的设计寿命，同时预防或排除发动机某些故障的发展。

由于对发动机压气机进行清洗和防护，不需要从飞机上拆下发动机，不需要分解发动机，可以直接在飞机上实施，可以大大缩短维修时间并降低维修费用。因此，国际先进航空发动机公司生产的发动机，在外场广泛采用压气机清洗和防护技术。TB3-117、阿赫耶、CFM56，T800等发动机，在维护规范中对清洗都有明确的规定［2］。

发动机使用的环境不同，其压气机叶片沉积物各种各样，沉积物的附着力也不尽相同，但大致可以分为盐类和由砂尘、工业粉尘、昆虫、油类等组成的油脂污垢两类。它们对发动机影响作用形式差别很大。盐份主要通过发动机冷、热腐蚀影响发动机寿命，而油脂污垢主要通过压气机效率影响发动机性能。为了清洗这两类沉积物，多采用两种清洗方式，即冷清洗和热清洗。无论是冷清洗还是热清洗，为了达到清洗效果，都是在发动机运转过程中进行的。发动机运转的转速既不能太高，也不能太低，一般选择适中转速。这样既能保持清洗液对发动机有一定的撞击力和温度，又不能因转速过高而使清洗液蒸发，影响清洗效果。

（1）冷清洗，一般是指发动机在冷转状态，向发动机喷入清洗剂溶液清洗叶片上的盐份，所以冷清洗也称“除盐清洗”。除盐清洗一般不易在高温下进行，选在冷转状态较佳，因为此时发动机的转速较小，温度又不高，除盐时不会引起发动机的热腐蚀。由于发动机冷转状态的持续时间较短，一般为几十秒钟，要有效清除叶片上的盐份，对清洗剂的性能要求很高。

（2）热清洗，一般是指发动机在慢车状态时，向发动机喷入蒸馏水或合适的清洗剂来清除叶片上的油脂污垢，从而还原发动机的性能，故热清洗又叫“恢复性能清洗”。油脂污垢在叶片上附着力较强而冷转时转速较低，一般很难进行有效清除。发动机在慢车状态时，发动机转速较高，工作时间又较长，此时向发动机气流通道喷入蒸馏水或清洗剂，利用液滴与叶片的冲击力可以基本消除叶片上的污垢，恢复发动机的性能。但是在进行热清洗时，会引起发动机的转速、温度下降，其下降量因具体的发动机而异。转速的下降量一般为10%～20%，温度的下降量一般为2～30℃。如果清洗时使用清洗剂，由于清洗剂一般为易燃有机化合物，当喷入的清洗剂过多或使用不当时，容易引起瞬时超温或烧坏发动机。这时利用清洗剂进行热清洗的弊端。

随着化工技术发展，新型高效防护型清洗剂不断涌现，使得恢复性能清洗完全可以在冷转状态实施。20世纪80年代开始研制投入使用的发动机，无论是除盐清洗还是恢复性能清洗，基本都是在冷转状态下进行的，因而增加了清洗工作的安全性。

2 清洗关键技术

发动机清洗技术研究内容比较广泛，从整体而言共有3项内容，即清洗剂、维护规范和清洗设备。其中，前两项是决定发动机清洗技术成功与否的关键。

2.1 清洗剂

清洗剂是清洗技术的核心环节。清洗剂通常是有机化合物，含有表面活性剂、有机溶剂、研磨剂和增白剂等成分，一般分为水基型和溶剂型两种。清洗剂选择的好坏直接决定着清洗效果的优劣。选择或研制清洗剂应根据清洗的目的（是除盐还是恢复性能）、外界温度高低、发动机气流通道所用材料，以及清洗类型作综合考虑。

（1）合理选择清洗剂。不同的清洗目的，不同的沉积物，就需要不同类型特点的清洗剂。

选择清洗剂类型时，也会受到外界温度的影响。当外界温度较低（在0～5℃或以下）时，一般的清洗剂就容易结冰，所以在低温的情况下应该选择冰点较低的清洗剂。欧美国家的发动机一般采取清洗剂加防冰剂的方式防冰，不同的温度段，其配比不同。前苏联发动机在低温条件下在采用改变清洗剂配比的同时，还采取对清洗液进行加温（50～70℃）进行防冰清洗。

（2）清洗剂的选择与研制还要考虑发动机气流通道内的材料性能。清洗剂首先要达到清洗目的，其次还要求在清洗过程中不能对发动机气流通道内的金属、非金属材料产生腐蚀。任何一种清洗剂都必须经过特定发动机考验，对其技术要求相当苛刻，因此清洗剂应是在严格的技术标准条件下研制出来的。为此，美国军标准MIL-C-85704B《航空发动机燃气通道清洗剂军用规范》中，对清洗剂的质量标准达23项之多，其中腐蚀性能8项，使用性能8项，理化性能7项。《规范》对各项指标数据都做出了详细的规范要求。一个产品同时达到如此多的技术要求，其要求之高、要求之全面可想而知。

2.2 维护规范

维护规范是实施航空发动机压气机清洗和防护技术的纲领性文件，是特定机型在理论分析研究与实验基础上总结出来的，它对清洗的时机或周期，对使用清洗剂的型号及配比、清洗液的多少，清洗时发动机的状态及实施程序都作了明确的规定。表1列出了某型发动机的清洗周期。对发动机实施清洗的程序设定为：冷转→清洗→蒸馏水冲洗→干燥→喷防护剂。只有严格按照维护规范进行操作，才能达到清洗目的。

表1 某型发动机清洗周期

2.3 清洗设备

清洗设备是发动机实施清洗的装置，因机型而异。岸基飞机使用的发动机一般采用清洗车；舰载机上的发动机一般采用手提式或背包式清洗设备，其结构简单，一般由盛清洗剂溶液的容器、压力源（气源或电动泵）、喷枪、控制板等组成。盛清洗剂溶液的容器体积因发动机和选择清洗剂而异，一般为6～40 L。无论是空压机、蓄气瓶，还是电动泵作为压力源，都不会超过0.98×105Pa，压力的高低取决于喷枪在清洗发动机时的流量。目前，无论实施什么样的清洗目的，都用一个清洗设备，它们之间靠一个转换开关进行转换。为了适应低温环境下清洗，前苏联的清洗设备还具有电加热装置。

随着对清洗技术认识的增加，先进发动机公司在设计时已对清洗问题作了考虑，如T800在发动机进气道上设计专为发动机外场清洗用的清洗环。

3 清洗效果评估

3.1 评估方法

对发动机清洗实际效果的评定，只能对恢复性能清洗做出准确评判。它实际是对选择的清洗剂、维护规定所规定内容及清洗设备的综合验证，一般外场采用对比法进行评估，有4个步骤。

（1）清洗前，先进行常规试车，并进行有关性能数据。

（2）按维护规范实施清洗。

（3）在同样条件下再进行试车，并记录有关性能数据。

（4）对所录取的数据进行对比。

通过数据对比，很容易得出经过清洗原发动机性能恢复效果大小。对除盐清洗，因为它影响到发动机的寿命，所以很难在短时间内进行效果评定。

3.2 评估结果

经实际验证，清洗对恢复发动机性能非常有效，尤其对航线分布在沿海地区或多沙尘地区的发动机，效果更显著，且成本低。通过对发动机进气道、压气机叶片及整个核心机气路用一定压力的水（或清洗剂）清洗，一般可降低排气温度5～20℃，个别发动机可达40℃，发动机功率一般可提高清洗前的2%～5%，个别可提高更多。某型发动机厂内长期试车中采用清洗程序后，性能效果见表2

从表2中可以看出，发动机排气温度（起飞状态）下降20～50℃，功率（起飞状态）恢复明显，大约能够提高发动机在清洗前功率的4%～7%，清洗的效果比较可观。

表2 发动机清洗前后参数对比

4 结束语

航空发动机清洗技术虽然不属于发动机的关键技术，但是在发动机性能恢复中的作用无可替代。清洗投入经费较小，可以延缓或保持发动机的寿命，延长了发动机推力（功率）下降时间。国外在上世纪70年代就已经开始研究发动机清洗技术。我们在这方面还相对落后。发动机清洗技术看似简单，实则是一个系统工程，从清洗剂研制、到清洗规范、到清洗设备，必须系统考虑，这样才能使发动机清洗技术真正在实用中发挥作用。

［1］李本威，王秀霞，胡国才，等.涡喷发动机清洗技术研究［J］.航空发动机，2000，（1）:12-16.

［2］孙护国，于海滨，霍武军，等.涡轴发动机清洗技术及其发展［D］.第十六届全国直升机年会论文，2000.

〔编辑 王永洲〕

V261

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.11.50