飛機液壓系統氣體污染及排氣方法分析

0 引言

液壓系統具有比功率大、響應速度快、抗負載剛性大及容易控制等特點，廣泛應用于航空航天、工程機械等領域[2]?；烊胍簤合到y的空氣會嚴重影響液壓系統的性能，本文從采取何種措施可以減少空氣進入液壓系統和如何及時排走進入液壓系統中的空氣兩個方面對液壓系統排氣問題進行分析。

1 氣體污染來源及危害

1.1 氣體污染來源

通常空氣通過以下幾種方式進入液壓系統：

1）給液壓系統加油時帶入空氣；

2）液壓用戶作動筒活塞桿回縮時，可將空氣吸入液壓系統；

3）拆裝閥、液壓管路等時有空氣進入液壓系統；

4）液壓系統局部密封失效；

5）蓄壓器中的氣體通過密封件進入液壓系統。

此外，液壓油中總是溶解有一定量的氣體，液壓油的空氣溶解量與液壓油的溫度和壓力有關，溫度不變時，壓力越大，空氣溶解量越大。在一定的溫度下，當液壓系統壓力降低時，溶解在液壓油中的氣體將分離出來形成氣泡，即產生氣穴現象。

1.2 氣體污染危害

溶解在液壓油中的氣體不會對液壓系統產生危害。而游離在液壓油中的氣泡則會危害液壓系統，主要體現在：

1）使液壓泵吸油不足甚至干摩擦，產生噪音，輸出流量不穩定，輸出壓力脈動增大，嚴重的將損壞液壓泵；

2）液壓油的流動特性變壞，氣泡隨著液壓油重新進入高壓區時，因承*高壓而破滅，原來氣泡所占據的空間形成局部真空，周圍的液壓油質點以*的速度來這一空間，使液壓油質點間相互碰撞，產生局部高壓和高溫，形成液壓沖擊，產生振動和噪聲，如果這種局部沖擊作用在金屬表面，將會對金屬表面產生腐蝕，使金屬疲勞，表面剝落或出現棉狀的小孔穴，這種現象也稱為氣蝕現象[1][3]；

3）氣蝕現象將縮短液壓設備和液壓管路的壽命，并且影響系統的剛性和響應特性，使運動部件的運動速度不均勻。

綜合上述氣體污染的危害，可知氣體污染嚴重影響液壓系統正常工作甚至造成損壞，因此，設法減少空氣進入液壓系統并且及時排除液壓系統中的游離氣體有著重要的現實意義。

2 減少空氣進入液壓系統

由于空氣是通過與油液接觸而進入液壓系統的，因此可通過減少空氣與油液的接觸來減少空氣進入液壓系統，常用的方法包括采用自增壓油箱代替引氣增壓油箱，以及使用自密封接頭代替傳統液壓接頭。

2.1 采用自增壓液壓油箱

傳統的液壓油箱通過增壓組件將飛機氣源系統的增壓空氣引入液壓油箱進行增壓[6]。如圖1左圖所示，引氣增壓油箱油液和空氣直接接觸，會增加油液中的空氣含量，一旦系統壓力下降，極易發生氣穴現象。

自增壓油箱利用高壓腔通過增壓活塞給液壓油箱增壓。油液和空氣被活塞隔段，無法直接接觸，可以減少空氣進入液壓系統。經驗表明，使用自增壓油箱的液壓系統，液壓泵的壽命要比使用引氣增壓油箱的液壓系統高。

2.2 采用自密封接頭

在液壓設備拆卸時，自密封接頭不僅可以阻止油液泄露，而且還可以阻止空氣進入液壓系統。因此在拆卸、維修頻繁的設備，如快卸接頭、油濾等中使用自密封接頭能減少空氣進入液壓系統。

3 排氣方法分析

如果液壓系統中存在游離氣體，一般使用排氣閥進行排氣，常用的排氣閥分為三類，分別是手動排氣閥、機械式自動排氣閥、光電式自動排氣閥。

3.1 手動排氣閥

手動排氣閥即為手動溢流閥，如圖2所示。手動排氣閥一般安裝在液壓油箱的高處，每次給液壓系統加油后，需要操作手動排氣閥進行排氣。手動排氣閥具有結構簡單、可靠性高的優點，但由于無法觀察到油箱內氣體是否已排凈，只能根據是否有油液排出來判斷氣體是否排凈。

3.2 機械式自動排氣閥

如圖3所示，機械式自動排氣閥由閥體、氣室、不銹鋼浮塊、不銹鋼拉桿、復位彈簧、密封針閥、放氣嘴組成。由于自動排氣閥安裝在液壓系統壓力低處，系統工作時產生的氣體經自動排氣閥底部進入閥體，通過不銹鋼浮塊與閥體內壁之間的間隙進入氣室，隨著空氣量的增加，氣室內的壓力增大，迫使浮塊向下運動，拉桿機構則使頂部的針閥開啟，將空氣由氣嘴排出。隨著空氣的排出，氣室內壓力逐漸下降，在液體的浮力和復位彈簧的作用下，浮塊上升并使排氣閥關閉[3]。這種排氣閥易出現漏油現象，而且受到飛機液壓系統只能在地面才可以排氣的限制，飛機液壓系統不適用這種機械式自動排氣閥。

3.3 光電式自動排氣閥

光電式自動排氣閥作為自動排氣閥一種形式，常用于飛機液壓系統中，用于排除液壓系統工作時產生的氣體。主要由閥體、光電檢測電路、控制電路、比例放大器、電磁閥組成。自動排氣閥一般安裝在飛機自增壓液壓油箱低壓腔的高處，以便收集液壓系統工作時產生的氣體。

如圖4所示，正常情況下自動排氣閥的集氣腔充滿了油液，光電發生器產生的光線通過棱鏡時發生折射，光電接收器沒有信號輸入，自動排氣閥處于關閉狀態。隨著液壓系統的工作，產生的氣體會在液壓油箱中積累，由于自動排氣閥安裝在油箱的高處，氣體進入自動排氣閥的集氣腔，如圖5所示。隨著集氣腔的氣體越來越多，光電發生器產生的光線在棱鏡處發生全反射，此時光電接收器接收到光線信號。

光電接收器接收到光線信號后，集氣腔存在氣體的信號被傳遞給控制電路中的處理器，處理器將信號傳遞給液壓控制軟件。液壓控制軟件接收到信號后，根據飛機的狀態決定是否發出排氣指令。若條件允許，處理器將接收到排氣指令，排氣指令通過比例放大器驅動電磁閥打開，氣體被排出。氣體排出后，集氣腔內液面上升，通過棱鏡的光線從全反射變回折射，光電接收器無光信號輸入，電磁閥停止工作，排氣工作完成[4-5]。自動排氣閥的原理框圖如圖6所示。

這種光電式自動排氣閥能夠自動檢測液壓油箱中是否存在空氣，并反饋給飛機計算機（液壓控制軟件），根據飛機狀態選擇性排氣，極大地方便機組和地面維護人員。

4 結論

游離在液壓系統中的氣體會造成液壓系統壽命縮短、剛性降低等。可以通過避免空氣進入和對液壓系統排氣兩個手段來降低液壓系統中空氣含量。自增壓油箱和自密封接頭的使用可以減少空氣進入液壓系統。排氣閥可以排除液壓系統中的氣體。其中，手動排氣閥具有結構簡單、可靠性高的優點，但由于無法觀察到油箱內氣體是否已排凈，只能根據是否有油液排出來判斷氣體是否排凈；機械式自動排氣閥易出現漏油現象，而且受到飛機液壓系統只能在地面才可以排氣的限制，不適用于飛機液壓系統排氣；光電式自動排氣閥能夠自動檢測液壓油箱中是否存在空氣，并反饋給飛機計算機（液壓控制軟件），根據飛機狀態選擇性排氣，極大地方便機組和地面維護人員。