飞机真空泵故障模式分析(2)

2.3、过热

　　干式真空泵在全功率或接近全功率输出时，转子叶片和泵壳体相互摩擦产生大量的热。实验表明：飞机飞行高度越高，泵的工作温度越高。在6705.6 m，真空泵产生一个△P（大约74500.5 Pa），而此时真空泵内部温度可能超出93℃。在过热的工作环境下石墨转子和叶片强度和体积变化不大；而铝制的真空泵壳体强度变小，体积变大，真空泵的磨损会加剧，最终导致真空泵寿命缩短或突然失效。冷却不好主要有两方面的原因：一方面，因为高空湿度小、空气稀薄冷却空气减少，真空泵内聚集热量使温度升高；另一方面，由于飞机设计者忽略了对真空泵的冷却，将真空泵安装在发动机导风板面，这里的温度本来就很高，而且没有冲压空气进行冷却。

　　厂家为了减少热量聚集，在真空泵与转子叶片相互摩擦的壳体侧面加工出散热片以增大散热面积。工程技术人员又给真空泵加装了真空泵冷装置（见图5），将冲压冷空气引入真空泵壳体外表上的特制冷却罩内，组织冲压空气对真空泵进行强制冷却，以降低真空泵工作温度，从而达到延长真空泵寿命，防止真空泵突然失效的目的。

　　目前，国内通用航空使用干式真空泵的飞机90%都加装了这种冷却装置，效果明显。

2.4、超转

　　超过真空泵最大允许转速是真空泵损坏的主要原因之一。大多数真空泵设计在发动机转速1500 RPM 提供可用真空度， 在小于2000 RPM（发动机转速）工作寿命最长，最大允许的连续工作转速约4000 RPM（真空泵轴转速）。如：SIGMA真空泵允许的最大转速是4200 RPM（真空泵轴转速），CONTINENTAL 发动机真空泵传动轴转速是发动机转速的1.54 倍， 当发动机转速超过2700 RPM，真空泵转速将超过4200 RPM，并导致真空泵超速损坏。

表1 两种机型RAPCO RA215CC/RA216CW 真空泵的可靠性数据

　　表1 中的数据显示：CESSNA172R 飞机的真空泵在设计的最佳转速范围附近工作，平均寿命达到1875 h；而在最佳转速和最大允许转速范围工作的PA- 44- 180 型飞机的真空泵，平均寿命仅653 h。两者相差约3 倍，由此可见转速对真空泵寿命产生了决定性的影响。

　　因此，应正确理解转速和真空泵寿命之间的关系，并在使用过程中应避免发动机超速造成真空泵的损坏。

2.5、突然加速

　　突然的发动机加速（如：复飞）会明显的增加转子和叶片的负荷，严格的说它是机械应力，但也可能包含热冲击，这些综合因素最终导致了真空泵的提前失效。这就是为什么实验中的真空泵能无故障稳定工作上千小时，而外场的飞行员断经历着不明原因的真空泵提前失效。因此，在飞行操纵过程中，尽可能减少突然加速，这样可以减少真空泵提前失效。

2.6、突然停转

　　在真空泵遭遇突然停转（如：螺旋桨打地等）时，在惯性和机械应力的作用下，转子和叶片可能损坏，而通过转动真空泵和目视检查方法很难发现这种损伤。

　　因此，厂家要求：在真空泵遭遇突然停转（螺旋桨打地等）时，下次飞行前，必须更换真空泵。

2.7、反转

　　真空泵有顺时针（CW）和反时针（CCW）两种，对一个真空泵来说只设计用于向一个方向转动。真空泵椭圆的转子腔是对称的，转子上开的槽具有一定的角度，这些设计能够提高真空泵的性能，并延长使用寿命，但也使碳转子在反向旋转时更容易受到损坏。

　　维护过程中，首先，应注意按照标牌上的说明正确安装真空泵；其次，尽可能避免用手反向扳动螺旋桨，以防止维护中真空泵旋向错误导致的真空泵失效。但活塞发动机在起动或关车时偶尔“反转”很难避免，如果此时叶片/ 槽间隙正好张开，一次反转“KICKBACK”就可能能让转子卡死，真空泵损坏。

2.8、粗猛操作

　　真空泵在运输过程中受到过大的震动，可能震落叶片上的一个小角（或其它损伤）；在安装真空泵进/出口接头过程中受到不明显的挤压（见图6 和图7）；真空泵掉到地上等粗猛操作都可能导致真空泵的失效。据国外报道，水上飞机通常每50 到200 h 就需要更换真空泵，说明了冲击和震动会对干式真空泵造成严重的损坏。因此，在运输、维护和使用过程中，应尽可能减少对泵的冲击和震动，防止损伤真空泵。

2.9、正常磨损

　　真空泵正常工作时，转子叶片在转动过程中始终在转子中滑动，并且在离心力的作用下始终与偏心的泵壳体内表面紧密接触，叶片与转子滑槽相互接触的表面和叶片外端部都不断磨损，随着使用时间的增加，叶片长度逐渐变短，厚度逐渐变薄，转子上的滑槽逐渐加宽，这样叶片与滑槽之间的间隙也将逐渐增加，泵的机械效率和容积效率随之下降，常表现为系统真空度下降。这是一种正常的消耗性磨损，而磨损的速度与真空泵工作转速、使用时间等因素有关。因此，干式真空泵不可避免的出现磨损，只要使用寿命足够长，这就是正常的。那真空泵寿命多久才算长呢？

　　根据翻修厂家的数据，在最佳环境下，小型干式真空泵能够可靠工作500 h 以上，这时候转子叶片已经被磨损到极限。对比电机驱动的真空泵，在正常情况下，电机驱动的真空泵能工作1000 h 以上。普遍认为，发动机驱动真空泵不可能达到电机驱动的真空泵的可靠性水平，大多数情况下能够持续工作500 h 左右。当然，也有很多例外的情形。美国国家运输安全委员会（NTSB） 的研究显示：真空泵的平均故障时间是475 h（调查了491 个真空泵故障数据）。然而，这些数据对具体的飞机用户来说并没有多少实际价值，因为具体真空泵的寿命取决于真空泵、飞机、发动机型号、用途、使用环境等多方面因素，只有通过对用户机队的可靠性数据的收集和分析，才能获得具有实际价值的真空泵寿命数据。

　　为了提高飞机可靠性，预防真空泵空中失效。厂家对真空泵进行了改进，在壳体上（背面或侧面）增加了一个叶片磨损量检查孔（见图8 和图9），使用专用工具或目视方法检查转子叶片长度，以便对真空泵进行视情维修（OC），用户定期（100 h / 年）检查叶片磨损情况，对叶片磨损到极限的真空泵进行提前更换。

3、结束语

　　现代通航飞机使用的干式真空泵具有设计理念先进、结构布局紧凑的优点。但事物都是对立统一的，它的优点也就决定了在正常环境中，真空泵对内部的很多东西，如：热、滑油、溶剂、灰尘、水、振动、机械应力等非常敏感。因此，即使在理想状态下，也很难准确判定某个真空泵什么时候会坏。但是，通过科学合理的使用和维护真空泵能够显著降低真空泵故障率。