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高原特殊的氣候和地理環(huán)境，造成加油裝備性能下降。本文以飛機(jī)加油車為例，從裝備整機(jī)、動(dòng)力系統(tǒng)、作業(yè)系統(tǒng)、輔助動(dòng)力、電氣設(shè)備、輔助器材、安全防護(hù)、人機(jī)工程等8個(gè)方面，剖析了高原環(huán)境影響加油裝備性能的機(jī)理，并研究探討了相應(yīng)的解決措施，以期提升高原環(huán)境下加油裝備加油效能。

 

加油裝備高原環(huán)境適應(yīng)性對策

 

01、整機(jī)性能高原適應(yīng)性研究

 

由于高原環(huán)境導(dǎo)致的發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降可以通過發(fā)動(dòng)機(jī)高原適應(yīng)性改造，恢復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)損失功率而滿足要求；輪胎因大氣壓力低造成的承載能力差，可以按照GB/T20969.2-2007 《特殊環(huán)境條件 高原機(jī)械第 2 部分：高原對工程機(jī)械的要求》第4.7條款規(guī)定：輪胎氣壓出廠時(shí)，根據(jù)使用區(qū)域海拔的不同，應(yīng)按規(guī)定范圍的下限標(biāo)定，或按小于上限規(guī)定值的0.03～0.05MPa的壓力標(biāo)定。

 

02、動(dòng)力系統(tǒng)性能高原適應(yīng)性研究

 

1）發(fā)動(dòng)機(jī)功率恢復(fù)

 

目前，由于高原環(huán)境導(dǎo)致的發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降，可以采用渦輪增壓技術(shù)和富氧助燃技術(shù)對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行功率恢復(fù)。采用渦輪增壓技術(shù)時(shí)，需對發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油系統(tǒng)、燃燒室等進(jìn)行優(yōu)化改造，進(jìn)行大量的試驗(yàn)驗(yàn)證，增加了渦輪增壓器的選型難度;富氧助燃技術(shù)采用的富氧助燃裝置獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)工作，富氧助燃裝置選型簡單，只要知道發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量、進(jìn)氣壓力就可以確定選型參數(shù)。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)功率恢復(fù)可采用富氧助燃技術(shù)實(shí)現(xiàn)：通過對富氧膜的篩選、富氧助燃裝置的設(shè)計(jì)及效果評價(jià)，研制適合加油裝備使用的小型富氧助燃裝置，增加發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)中氧氣的濃度，可使高原地區(qū)的氧氣含量提高至平原水平，促進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)中燃料完全燃燒，有效降低油耗。

 

2）熱負(fù)荷平衡

 

加油裝備運(yùn)行時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生較大熱量，風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)熱平衡問題較嚴(yán)重，高原用加油裝備應(yīng)選用水冷發(fā)動(dòng)機(jī)。高原環(huán)境氣壓較低，海拔4000 m左右時(shí)，使用防凍液可滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳工作溫度時(shí)不發(fā)生沸騰現(xiàn)象，冷卻效果較好?；诟咴蜌鈮旱拳h(huán)境特點(diǎn)，酒精的蒸發(fā)損失大，不宜使用乙醇－水型防凍液，丙醇-水型防凍液則價(jià)格相對較貴，建議選用合適的乙二醇-水型防凍液。目前，解決熱平衡方法通常有：改變風(fēng)扇葉面幾何參數(shù)，增加風(fēng)扇轉(zhuǎn)速；采用密閉加壓散熱器提高冷卻液的沸點(diǎn)，增加散熱器面積；改善散熱介質(zhì)和材料。通過對發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱能力評估后，并結(jié)合布置空間綜合考慮是否采用上述一項(xiàng)或者幾項(xiàng)技術(shù)。如果采用富氧助燃發(fā)生裝置以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣總量較少，熱負(fù)荷相對較低。

 

3）低溫啟動(dòng)

 

高原環(huán)境下發(fā)動(dòng)機(jī)低溫啟動(dòng)受氣壓、氣溫、蓄電池性能、啟動(dòng)負(fù)荷等制約，加上渦輪增壓器或者富氧助燃裝置對發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)進(jìn)氣的阻滯作用，低溫啟動(dòng)比較苛刻?？赏ㄟ^改善可燃混合氣形成的條件和增強(qiáng)蓄電池的輸出功率來解決高原發(fā)動(dòng)機(jī)低溫啟動(dòng)的問題。采取“進(jìn)氣火焰預(yù)熱裝置＋較大的起動(dòng)馬達(dá)”，并對發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)油料和潤滑油料做認(rèn)真的選擇，使其滿足高原寒冷環(huán)境的要求。

 

03、加油系統(tǒng)性能高原適應(yīng)性研究

 

1）自吸離心油泵高原適應(yīng)性研究

 

提高泵自吸能力是提高加油性能的關(guān)鍵手段。針對高原環(huán)境對泵影響機(jī)理，可從兩方面展開分析研究：一是改用自吸能力強(qiáng)、氣蝕性能好的其它類型泵；二是對自吸離心泵進(jìn)行高原適應(yīng)性改造。

 

（1）以容積泵替換自吸式離心油泵

 

由于容積泵的自吸能力好、抗汽蝕能力相對較強(qiáng)，因此可以在一些場合使用容積泵替換自吸式離心油泵，以改善泵的自吸性能和抗氣蝕能力。但容積式泵的流量不能采用出口調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)，常采用旁路調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和行程調(diào)節(jié)的方法調(diào)節(jié)流量，且必須加裝安全閥保證壓力超高時(shí)的安全。這就要求在泵安裝位置和尺寸要求較嚴(yán)、壓力安全要求高、泵后需安裝在線壓力流量控制器的場合謹(jǐn)慎使用。

 

（2）對自吸離心油泵進(jìn)行高原適應(yīng)性改造

 

在泵進(jìn)口加裝誘導(dǎo)輪是提高泵抗汽蝕性能的主要方法之一。為實(shí)現(xiàn)高原型自吸離心油泵的抗氣蝕性能和自吸性能的雙重提高，我們分析了兩種情況：一是采用“機(jī)械型式抽真空裝置＋安裝有誘導(dǎo)輪的離心油泵”方式，利用真空泵/滑片泵對泵的進(jìn)口管路造成較強(qiáng)的抽吸真空，提高離心泵的自吸效果，但是這存在泵送介質(zhì)受到一定限制（不能輸送汽油等，因?yàn)槭菣C(jī)械型式抽真空裝置，有一定的安全隱患）造價(jià)高、泵組體積大、機(jī)械損失多、磨損嚴(yán)重、可靠性降低、噪聲大等問題；二是新研高原自吸離心油泵，采用集自動(dòng)復(fù)位防漏空氣引射系統(tǒng)和安裝有誘導(dǎo)輪的離心油泵于一體的方式，利用自動(dòng)復(fù)位防漏空氣引射系統(tǒng)對泵的進(jìn)口管路造成較強(qiáng)的抽吸真空，實(shí)現(xiàn)普通離心泵的自吸啟動(dòng)。泵正常工作后，自動(dòng)復(fù)位防漏空氣引射系統(tǒng)上的閥自動(dòng)(觸點(diǎn)開關(guān)加電磁閥)或者手動(dòng)關(guān)閉，系統(tǒng)停止工作。該方案抽吸速度快、泵組體積較小、可靠性好，缺點(diǎn)是需要穩(wěn)定氣源。

 

綜合考慮上述情況，結(jié)合高原環(huán)境下飛機(jī)加油裝備/設(shè)備用泵的應(yīng)用范圍，可采用新研高原自吸離心油泵的方法，適當(dāng)提高泵的自吸性能，以適應(yīng)無氣源環(huán)境的應(yīng)用；加裝誘導(dǎo)輪以提高泵的氣蝕性能；加裝自動(dòng)復(fù)位防漏空氣引射系統(tǒng)，有效縮短泵自吸時(shí)間。

 

2）加油膠管高原適應(yīng)性研究

 

飛機(jī)導(dǎo)靜電加油膠管在高原環(huán)境下，主要受到紫外線的光老化作用而力學(xué)性能和表觀性能降低。參考GB/T37997-2019 《輸送烴類、溶劑和化學(xué)品用多層熱塑性塑料（非硫化）軟管及軟管組合件 規(guī)范》，可從內(nèi)膠材料、外膠材料、骨架材料等幾方面研究，選擇具有抗紫外線、導(dǎo)靜電、輕便，抗老化能力強(qiáng)，耐油無污染等特性的復(fù)合軟管，以適應(yīng)高原環(huán)境油料輸送要求。

 

3）壓力控制高原適應(yīng)性研究

 

按照平原地區(qū)加油裝備的狀態(tài)對飛機(jī)進(jìn)行油料加注時(shí)，飛機(jī)受油口背壓相對要高得多，這就要求泵所提供的加油壓力要更高，這就對壓力控制要求更高，并可能出現(xiàn)超壓情況。因此可通過選用或者新研具有壓差控制或者穩(wěn)壓控制的壓力控制閥。

 

04、輔助動(dòng)力系統(tǒng)高原適應(yīng)性研究

 

加油裝備的液壓系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)負(fù)荷較低，經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)功率恢復(fù)后，液壓系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)的工況得到了改善，基本能達(dá)到預(yù)期使用要求，只需對選用的一些零部件選型時(shí)加以注意就可。選用耐低壓、低溫老化的橡膠密封件，并對其進(jìn)行防紫外線措施保護(hù)；采取防塵設(shè)置，防止風(fēng)沙灰塵進(jìn)入氣動(dòng)控制管路中。

 

05、電氣系統(tǒng)高原適應(yīng)性研究

 

在高原環(huán)境下，電氣元件應(yīng)具有耐受高海拔地區(qū)低溫的能力。按照GB/T 20626-2006《高原電工電子產(chǎn)品》及其它相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用電氣元配件：密封性元件要適當(dāng)調(diào)整密封體內(nèi)的壓力并通過低壓試驗(yàn)檢測是否開裂變形泄漏;電氣系統(tǒng)采用軟膠電線和防塵插接件，線束采用具有防紫外線功能的軟膠電線，避免普通電線在低溫條件下的硬、脆、老化等缺陷;對普通液晶顯示屏進(jìn)行保溫和加熱處理等。

 

06、輔助器材的高原適應(yīng)性研究

 

針對高原環(huán)境氣候特點(diǎn)，橡膠件、密封件采用抗紫外線、低溫、耐油型產(chǎn)品。涂層則建議選用抗紫外線能力、防輻射能力較高的產(chǎn)品，以適合高原環(huán)境使用，據(jù)調(diào)研，市場上有類似產(chǎn)品，進(jìn)行過探索試驗(yàn)，具有比較好的適應(yīng)性。

 

07、安全防護(hù)措施適應(yīng)性研究

 

靜電安全防護(hù)措施可以采取靜電消除和靜電接地報(bào)警等措施。在選用靜電接地報(bào)警時(shí)由于高原地區(qū)的土壤電阻率一般大于100Ω·m，應(yīng)考慮調(diào)整報(bào)警設(shè)定值。同時(shí)，在與大氣環(huán)境接觸的開口增添防護(hù)措施，比如呼吸閥、加油接嘴、開路取樣器出口等。

 

08、人機(jī)工程適應(yīng)性研究

 

加油車駕駛室要針對高原地區(qū)特殊環(huán)境下使用需要，具備密封、空氣更換、采暖、保溫、除雪除霜、防紫外線輻射等功能。

 

引用本文：

岳彬，李濤，汪瀟雨. 飛機(jī)加油裝備高原環(huán)境適應(yīng)性研究[J].環(huán)境技術(shù)，2020，(S1):61-65.

專家簡介：岳彬，男，碩士，工程師，主要研究方向：油庫儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化和油庫安全。