飞机燃油泵

燃油泵
1林万蔚
（1南昌航空大学飞行器工程学院，南昌10063112）
【摘要】：燃油泵是飞机燃油系统的主要附件，用来给发动机（或发动机Ⅱ级增压泵）进口提供所需流量和压力的燃油。

在各种燃油泵中，离心泵在飞机燃油系统中的应用最为广泛。

本文重点阐述了离心泵的基本理论知识和其在飞机上的应用，并列举其在使用维护中常遇到的问题和解决的途径。

【关键词】：燃油泵；离心泵；结构特点；工作原理；使用维护
1前言
燃油泵是一种通用的流体输送机械，广泛应用于汽车、水利、航空等行业中。

作为飞机燃油系统重要的附件，其工作的安全性、可靠性和效率的高低将直接影响飞机的飞行安全和品质。

燃油泵在长时间工作后，常会发生各种故障，给安全飞行带来隐患。

通过对飞机上最常用的离心泵的相关知识的研究，掌握其结构特点、工作原理、性能特点和工作特性，并根据其在飞机燃油系统中的实际应用情况，学会正确有效地使用离心泵和处理其在日常维护中常见的故障。

2燃油泵
燃油泵（图1）是飞机燃油系统的主要附件，通常安装在邮箱内部，给发动机（或发动机Ⅱ级增压泵）进口提供所需流量和压力的燃油；或按规定顺序做油箱间燃油传输，以保证飞机重心变化符合规定要求。

泵内还常设有单向阀，在泵发生故障时，可减少泵的流动阻力[1]。

图1燃油泵
2.1燃油泵的种类和特点
根据其结构不同，燃油泵可分为离心泵、轴流泵、引射泵。

离心泵是指叶轮排出的液流基本上在与泵轴垂直的面内流动的动力式泵。

其主要特点为：流量大、工作平稳、输出流量和压力均匀、效率较高、气蚀性能较好、重量轻、抗污能力强、可靠性高和适用于高转速等[2]。

轴流泵：靠旋轮叶轮的叶片对液体产生的作用力使液体沿轴线方向输送的泵。

其主要特点为：流量大、运行平衡性好，稳定、振动小、噪音低、可靠性高、互换性好等优点[3]。

引射泵：通过喷射流体进行动量交换，传递能量实现抽吸混合和输送流体的
泵。

其主要特点为：外廓尺寸小、重量轻、寿命长、无活动部件，在油箱中不需引入导线，吸油管可放在油箱的任何地方，方便布置[4]。

2.2燃油泵行业的发展现状
中国泵行业是在新中国成立以后发展起来的，特别是改革开放以来，泵行业得到了快速发展。

除少数的特殊泵类产品外，现有的产品品种和数量基本能满足国民经济各部门的需要。

随着各行业尤其是流程工业的快速发展，中国的泵行业也经历了高速的发展。

虽然我国的泵业发展已有了长足的进步，但还是存在诸多问题，主要是市场秩序混乱；产品结构不完整，低端市场产品供过大于求；企业技术水平相对较低，自主研发自主创新能力不强。

这些问题在一定程度上阻碍了我国泵业市场的健康发展。

随着越来越多的跨国泵生产企业进入中国，泵业市场竞争的国际化日益加深，国内泵业企业在技术、管理等方面将面临越来越大的挑战。

从美国、德国等发达国家的泵行业发展过程来看，中国的泵业市场势必要经历一场由外资（合资）企业主导的整合。

这一轮整合必将淘汰一部分缺乏技术能力和市场竞争力的中小型企业。

这无疑有助于提高中国泵业市场的集中度，调整市场秩序。

这也将使中国的泵业市场更具生机，并积极参与到全球泵业市场的竞争中[5]。

3离心泵
离心泵是飞机燃油系统供输油泵中最普遍的一种，具有紧凑式结构，宽范围流量和扬程范围宽，适用于轻度腐蚀性液体液体，多种控制选择，流量均匀，运转平稳、振动小，不需要特别减震的基础，设备安装、维护检修费用较低等特点。

3.1离心泵的结构特点
飞机上的离心泵不同于地面应用的普通电动离心泵，离心泵对增压性能、防火安全性有更高的要求。

①油泵进口处有分离油气的扇轮。

飞机在高空时，油箱内压力降低，油泵叶轮中心处的压力会更低，不但会导致油液中溶解的气体析出，也会造成燃油蒸发加剧，大量蒸汽析出。

油泵进油口存在气泡，会降低油泵的供油能力。

因此，离心泵的主叶轮前会设置一个扇轮，与主叶轮同轴转动，用于分离油泵入口处燃油中的气泡，改善油泵工作状态。

②油泵装有滴油管。

油泵的主叶轮与泵的驱动部分（电动马达）之间是密封的，以防燃油或燃油蒸汽渗入马达引起火灾。

为确保密封效果，一般采用双层密封圈，并在两层密封圈中间设置通向机外的滴油管。

如果燃油漏过第一层密封圈，将由滴油管排到机外。

一旦发现滴油管漏出的燃油超过标准，可判断密封圈已经损坏，必须及时更换[4]。

3.2离心泵的工作原理及性能特点
离心泵主要由叶轮、导流筒和带输出管的蜗壳组成，如图所示。

叶轮是泵
的最主要部分。

离心泵是通过叶轮将外部的机械能传递给液体，变成了液体的压力能和动能。

导流筒使液体以一定的速度和方向导入叶轮。

油泵启动后，电动机带动叶轮高速旋转，从导流筒流入的燃油受叶片的推动也随着旋转。

燃油在旋转中受到了离心力的作用，被甩进了蜗壳，最后经输出管排出。

离心泵就是靠所产生的离心力使燃油增压并流动。

叶轮中心处产生的真空度（即低压）将油液吸入油泵。

油泵使燃油压力增加的同时，也不可避免地会引起燃油能量的损耗。

例如，叶轮与导流筒之间存在间隙，出口压力又大于进口压力，在进出口压力差的作用下，就会有少量燃油从叶轮边缘经此间隙返回入口，造成了泄漏损失[4]。

图2离心泵工作原理
3.3离心泵的特性曲线
离心泵的性能参数H、Q、η及N之间并非孤立的，而是相互联系相互制约的。

其具体定量关系由实验测定，并将测定结果用曲线形式表示，即为特性曲线。

图3即为4B20型清水泵在转速n = 2900转/分钟条件下测得的特性曲线。

由此图可见：
①离心泵的压头H随流量Q的增加而降低；
②离心泵的轴功率N随着流量Q的增大而上升，流量为零时轴功率最小。

所以离心泵启动时，应关闭泵的出口阀门，使启动电流减小，保护电机；
③随着流量Q的增大，泵的效率η也随之上升，并达到一最大值。

以后流量再
增大，效率就下降。

这说明
离心泵在一定转速下有一最
高效率点，称为设计点。

与
最高效率点对应的Q、H、P
值称为最佳工况参数。

根据
输送条件的要求，离心泵往
往不可能正好在最佳工况点
运转，因此一般只能规定一
个工作范围，称为泵的高效
率区，通常为最高效率的92%左右[6]。

图3离心泵的特性曲线
3.4离心泵在飞机上的应用
航空发动机离心泵是航空发动机实现自动控制的关键。

它是由发动机直接传动的、可变流量的柱塞式供油泵与复杂的机械式自动控制装置紧凑组合而构成。

在飞行中, 燃油泵根据飞行员的指令( 油门位置) 和大气条件, 自动将一定量的燃油按一定规律, 供给发动机燃烧室, 保持发动机转速恒定或改变发动机工作状态。

LB- 21 与LB- 22 型燃油离心泵( 简称燃油泵) 是国产某型飞机燃油系统的核心部件。

它们的功用是用来将油箱内的燃油抽出经其增压后, 输送到发动机[8]。

随着新的发动机设计，节气门体燃油喷射取代了多点燃油喷射（也称为港口，多点顺序燃油喷射或）。

这些系统为每个缸喷油器，通常位于使他们在进气门喷雾的权利。

这些系统提供更准确的燃油计量和更快的反应[7]。

3.5离心泵在在使用维护中常遇到的问题和解决的途径
离心泵在长时间使用后通常会出现一些问题，下面就主要的问题做个分析[8]。

3.5.1离心泵机械密封失效的分析
离心泵停机主要是由机械密封的失效造成的。

失效的表现大都是泄漏，泄漏原因有以下几种：
①动静环密封面的泄漏，原因主要有：端面平面度，粗糙度未达到要求，或表面有划伤；端面间有颗粒物质，造成两端面不能同样运行；安装不到位，方式不正确。

②补偿环密封圈泄漏，原因主要有：压盖变形，预紧力不均匀；安装不正确；密封圈质量不符合标准；密封圈选型不对。

实际使用效果表明，密封元件失效最多的部位是动，静环的端面，离心泵机封动，静环端面出现龟裂是常见的失效现象，主要原因有：
①安装时密封面间隙过大，冲洗液来不及带走摩擦副产生的热量；冲洗液从密封面间隙中漏走，造成端面过热而损坏。

②液体介质汽化膨胀，使两端面受汽化膨胀力而分开，当两密封面用力贴合时，破坏润滑膜从而造成端面表面过热。

③液体介质润滑性较差，加之操作压力过载，两密封面跟踪转动不同步。

例如高转速泵转速为20445r/min，密封面中心直径为7cm，泵运转后其线速度高达
75 m/s，当有一个密封面滞后不能跟踪旋转，瞬时高温造成密封面损坏。

④密封冲洗液孔板或过滤网堵塞，造成水量不足，使机封失效。

另外，密封面表面滑沟，端面贴合时出现缺口导致密封元件失效，主要原因有：
①液体介质不清洁，有微小质硬的颗粒，以很高的速度滑人密封面，将端面表面划伤而失效。

②机泵传动件同轴度差，泵开启后每转一周端面被晃动摩擦一次，动环运行轨迹不同心，造成端面汽化，过热磨损。

③液体介质水力特性的频繁发生引起泵组振动，造成密封面错位而失效。

液体介质对密封元件的腐蚀，应力集中，软硬材料配合，冲蚀，辅助密封0形环，V形环，凹形环与液体介质不相容，变形等都会造成机械密封表面损坏失效，所以对其损坏形式要综合分析，找出根本原因，保证机械密封长时间运行。

3.5.2离心泵停止运转后的要求
①离心泵停止运转后应关闭泵的人口阀门，待泵冷却后再依次关闭附属系统的阀门。

②高温泵停车应按设备技术文件的规定执行，停车后应每偏20一30min盘车半圈，直到泵体温度降至50℃为止。

③低温泵停车时，当无特殊要求时，泵内应经常充满液体；吸入阀和排出阀应保持常开状态；采用双端面机械密封的低温泵，液位控制器和泵密封腔内的密封液应保持泵的灌浆压力。

④输送易结晶，易凝固，易沉淀等介质的泵，停泵后应防止堵塞，并及时用清水或其他介质冲洗泵和管道。

⑤排出泵内积存的液体，防止锈蚀和冻裂。

3.5.3离心泵的保管
①尚未安装好的泵在未上漆的表面应涂覆一层合适的防锈剂，用油润滑的轴承应该注满适当的油液，用脂润滑的轴承应该仅填充一种润滑脂，不要使用混合润滑脂。

②短时间泵人干净液体，冲洗，抽吸管线，排放管线，泵壳和叶轮，并排净泵壳，抽吸管线和排放管线中的冲洗液。

③排净轴承箱的油，再加注干净的油，彻底清洗油脂并再填充新油脂。

④把吸人口和排放口封起来，把泵贮存在干净，干燥的地方，保护电机绕组免受潮湿，用防锈液和防蚀液喷射泵壳内部。

⑤泵轴每月转动一次以免冻结，并润滑轴承[9]。

4结束语
通过对燃油泵的种类和特点，发展现状的分析，特别是离心泵的结构特点，工作原理，流量-压力特性曲线，在飞机上的应用，以及在使用维护中常遇到的问题和解决的途径的论述，使我们更加清楚地了解了燃油泵以及飞机燃油系统。

这在燃油泵的使用和维护方面有很好的参考意义。

【参考文献】：
[1] 沈燕良 .飞机系统原理[M].北京：国防工业出版社，2008
[2] 陈乃翔，吴玉林. 离心泵[M]. 北京：机械工业出版社，2005
[3] 蒋青，刘广兵. 实用泵技术问答[M]. 北京：中国标准出版社，2009
[4] 曹建华，白冰如. 飞机构造[M]北京：国防工业出版社，2012
[5]2011-2015年中国泵行业市场运行与投资前景分析
（/n-info-53851.html）
[6]离心泵特性曲线（/view/8428a16ca98271fe910ef922.html）
[7]In trying to keep up with emissions and fuel efficiency
[8]Centrifugal Pumps: Basic Concepts of Operation, Maintenance, and Troubleshooting (Part- I)
[9] 离心泵的维护（/view/229882.htm）。