某型飞机液压泵在液压系统中的热平衡分析

　　1　引言

　　飞机液压系统工作时,产生能源的液压泵和各执行元件的功率损失、溢流阀的溢流损失、流量阀的压力损失等构成了液压系统总的能量损失,并转换为热量,使得系统油液温度升高。当系统温度超过一定限度时,会导致工作液迅速炭化,各运动元件磨损加剧,橡胶密封件损坏,工作液泄漏迅速增加,系统工作效率下降。解决这个问题,我们就要研究液压系统的热平衡问题。这里我们仅研究液压泵的热平衡,而且以某型飞机H∏112A液压泵为例进行研究,是基于以下原因:

　　(1)液压泵是飞机液压系统的一个子系统,是提供系统能源的重要部件,研究液压泵的热平衡,对于延长液压泵以及整个液压系统附件的寿命并稳定工作效率,意义都非常重大。

　　(2)就H∏112A液压泵进行的性能测试情况看,其性能测试结果如图1所示。图1描述的是泵的效率曲线η=f(p,n)和回油量曲线q =f(p,n),从图中可知,当泵的转速n=4200r/min、3150r/min、2100r/min,出口压力=25. 5MPa时,回油量分别为q=14. 8L/min、10. 8L/min、8. 8L/min;当出口压力p=27. 5MPa(零流量压力点)时,回油量分别为q=20. 3L/min、16. 4L/min、14. 7L/min。可见,泵的回油量非常大,几乎是相似排量泵的3~4倍。可见该泵回油量本来就设计得比较大,但不会有测试的这么大,估计样泵已处于寿命末期,由于摩擦副的摩损,泵回油量比寿命初期加大了许多。那么,将泵的回油量设计得较大,是基于什么考虑呢?

　　2　该型液压泵回油量设计较大的原因分析

　　我们知道,泵的回油量是用于泵内部摩擦副润滑和散热的。摩擦副的润滑只需少量回油便可建立支撑油膜,可见散热是使回油量加大的主要原因。因为H∏112A液压泵安装在飞机发动机外置附件机匣上,环境温度高达摄氏200℃,并采用27. 5MPa高压力级工作负荷,工作条件相当苛刻,如果泵的热量不能及时传递出去,泵温过高,工作液会迅速碳化,碳化的油液会使泵内零件迅速磨损,使摩擦副产生咬合,致使内漏速度迅速增加而难于控制,泵的全流量最高压力随之下降。与此同时,被污染的油液也将影响液压系统中其他元部件的使用寿命;由于泵的温度过高,也会使泵内密封件加速老化,造成内外泄漏严重。

　　因此,要使泵温不致于过高,而又要使泵的工作效率保持在一定程度,必须使泵在单位时间里吸收和产生的热量与泵回油在单位时间内传递走的热量相等,也就是必须使泵满足热平衡要求。为了达到热平衡,这就需要加大回油量。这就是H∏112A液压泵设计回油量较大的原因。

　　3　热平衡计算

　　根据美军标MIL-P-19692E中3. 4. 2有关温度的规定:“在作油泵计算时,假定油泵周围的环境温度对泵的热交换无影响,但工作液的正常循环引起的热传递除外。”因此,这里所讨论的热平衡是指泵在工作过程中由于零件间的机械摩擦,油液的泄漏等损耗的功率产生的热量应与泵散去的热量相平衡,即: