飞机真空泵故障模式分析

2011-08-23 杜仲中国民航飞行学院广汉分院

　　现代通用航空领域活塞发动机驱动的干式真空泵主要用于给姿态仪、航向仪等机载气动仪表提供真空源。简要介绍了现代通用航空领域活塞发动机驱动的干式真空泵的结构特点和工作原理，收集、整理了某飞行学校机队的真空泵故障数据，对真空泵故障模式进行了全面、系统的分类分析，并针对不同的故障模式研究对应的检查方法或预防措施，以延长真空泵寿命，提高真空泵的可靠性。

　　某飞行学校的飞机故障数据调查显示：真空系统（ATA37）故障占机队总故障的5.8%，真空泵故障占真空系统的故障的60.8%，同时真空泵也是机群故障率最高的部件之一。实践表明在使用过程中，活塞发动机驱动的干式真空泵具有平均寿命短、寿命差异很大、经常突然失效等特点。这直接导致了机队可靠性水平下降，严重影响了飞行安全，并且给维修部门的预防性维修造成了很大的困难。

1、真空泵的结构和工作原理

　　目前通航飞机广泛使用干式真空泵。干式真空泵为容积式叶片泵，它是由发动机通过花键驱动的剪切尼龙轴（见图1）驱动真空泵内的石墨转子和安装在转子滑槽中的石墨叶片在铝质真空泵壳体内高速旋转（见图2），高速旋转的叶片在离心力的作用下紧贴椭圆形铝质真空泵壳体，将真空泵内部空间分为相互隔离的吸气和排气腔，在偏心壳体内旋转的叶片通过改变吸气腔局部容积，使吸气腔抽真空（压力小于外界大气压力）在系统内产生真空度。为了满足飞机上安装的气动仪表的需求，真空泵产生的真空度通过真空度调节器调整到16931.93 Pa 左右（具体范围取决机上气动仪表的安装）。

　　干式真空泵的剪切尼龙轴起保护发动机作用。当真空泵发生故障卡死时，真空泵驱动轴继续转动，剪切尼龙轴受到的剪切力超过设定值而断开，将故障卡死的真空泵与发动机本体传动机构隔离，避免了发动机的内部损伤。干式真空泵的核心部件（转子和叶片）均由石墨制成，叶片在转动中与椭圆形的铝质壳体摩擦而磨损的同时，产生的石墨粉尘又对叶片起到润滑作用，降低叶片的磨损和温度，即泵具有自润滑作用。

2、真空泵故障模式

　　从干式真空泵在航空领域开始应用时起，工程技术人员就不断的对真空泵故障模式进行着研究和分析。通过改进设计，优化结构，完善真空泵的维护方法等提高真空泵的寿命和可靠性。

2.1、溶剂污染

　　滑油或滑油蒸汽进入真空泵内部会迅速污染石墨，将起润滑作用的石墨粉变成有害的污泥，损坏真空泵。滑油来自于发动机，在特定条件下可能进入真空泵（如：真空泵垫子损坏；被忽略的滑油渗漏被吹到发动机后部；机匣通气时滑油蒸气被吸入真空泵）。

　　另一种污染的原因是清洗飞机时，水或清洗剂进入真空泵。溶剂可能会从真空泵排气管或驱动密封处进入真空泵。

　　为了解决溶剂污染问题，制造厂商在真空泵安装座上设计了滑油漏油孔，向下安装的排气管。日常维护中，当发现真空泵被滑油污染后，必须检查确定滑油的来源（如：真空泵安装座密封等），并彻底排除故障。清洁飞机时，应特别注意防止水或清洁剂进入真空泵。

2.2、外来物损伤（FOD）

　　石墨是脆性材料容易脆断。少量的橡胶管碎片（如：安装真空泵时摇动管子时偶然脱落的碎片），甚至是以前的真空泵遗留在管路中的碳粒等杂质都会造成真空泵的突然失效。这类失效通常发生在新真空泵安装后很短时间内。空气中的灰尘能够满足真空泵的配合要求。它们小到可以通过气滤进入真空系统，并与润滑粉在摩擦表面混合，增大磨损速率并最终导致真空泵提前失效。飞机上装备有气动陀螺时，座舱空气通常是真空泵抽气的地方。当飞机上的成员吸烟时，香烟的烟雾包含的颗粒小到能够通过气滤进入真空系统。

　　为了防止外来物损伤，制造厂商明确规定禁止在安装真空泵接头时使用密封带（见图3 和图4）或其它螺纹密封剂。日常维护中，应注意检查真空系统软管，及时更换老化的软管；更换失效真空泵（特别是更换卡死的故障真空泵）时，应彻底清洁真空系统管路和真空调节器，并更换真空滤；在安装软管到真空泵接头时，不能切割软管的内层（以方便安装）。