汽车增压油泵-飞机发动机上的燃油泵

我们常见的以液体为工作介质的泵大概有以下几种：齿轮泵，叶片泵，柱塞泵。之前我写过一篇关于飞机液压泵的文章，可以知道飞机上的液力泵属于柱塞泵的形式，一般可给系统提供大概3000psi或者5500psi左右的压力。

那么现在，我们一起来看看发动机上的燃油泵。为什么说是发动机上的燃油泵呢？因为飞机上燃油泵有很多种，例如油箱里的燃油泵负责给发动机燃油泵和APU燃油泵供油，以一个较低的压力，例如CFM56-7B发动机上的燃油泵的进口压力为30PSI左右，也就是油箱燃油泵的供给压力是30psi。

发动机燃油泵的形式

区别于液力泵是柱塞泵的形式，发动机燃油泵是齿轮泵的构造，外观基本上长这样：（以CFM56-7B发动机燃油泵为例）

飞机发动机燃油泵

发动机燃油泵图示

主要包括以下几个部分：

初级增压的离心式增压叶轮，将进口30PSI的压力通过离心旋转作用增压至大概125psi；燃油泵滤芯，过滤杂质；齿轮组件，初级增压的125psi的压力燃油进入滤芯和热交换器组件，压力会有一定的降低，然后进入齿轮增压级增加到大概最大1145psi。

离心叶轮组件 离心叶轮组件

虽然齿轮泵的介质是燃油，但是在燃油系统里，部分控制机构也是属于液压机构的一种，只不过其介质是燃油而已。因此，燃油泵本质上就是一种容积式定量液力泵，只能通过调整输入转速改变其输出流量或者压力。

我们来复习一下齿轮泵的优缺点：

齿轮泵优点是构造简单，制造容易，尺寸小，自吸性能好，对污染不敏感，工作可靠，可实现高转速。

齿轮泵缺点是径向力不平衡，困油，泄漏，进而引发齿轮泵空化现象造成气蚀磨损等失效形式。

发动机燃油泵原理工作过程

发动机燃油泵主要起到承上启下的作用，接收来自油箱的低压燃油，增压后供给下游非常重要的部件FMU（fuel metering unit燃油计量组件）或HMU（HYDROMECHANICAL UNIT液压机械组件），俗称燃调。

燃油泵只负责提供压力，燃调根据指令状态负责调节供给发动机燃烧室的燃油量，并且以燃油为液压介质控制VBV可变引气或者VSV可变静子叶片等设备。

它安装在发动机的这个部分：

图中8是燃油泵

其原理简图如下：

原理简图

整个增压过程大致如下：

进口燃油首先经过离心式增压叶轮，然后流经热交换器，经过热交换器之后又会流进燃油滤芯内，燃油滤芯有旁通活门，压力过高时自动旁通，以防止滤芯堵塞时油路断开。流过滤芯的燃油会进入齿轮增压级，进行主要增压动作，当然，如果齿轮卡死或者出现其他压力过高的故障，燃油会通过释压活门排出。最后经过增压的燃油流过一个滤芯之后就供给下游用户系统了。

其剖视图油路如下：

油液路径图

在整个燃油泵内部，最最重要的部分就是齿轮组了。

一对齿轮组因为啮合在一起与泵的壳体一起构成封闭空间，形成低压和高压区，因此可以实现吸油和泵油的过程。

齿轮泵内部

齿轮的常见损伤

齿轮泵内部一对齿轮总是工作在充满油液的环境中，之前我们知道，困油是其主要结构问题，进而引起空化现象，造成气蚀的问题。

气蚀损伤是燃油泵维修过程中十分常见的零件损伤。常见的损伤情况如下：

齿根有孔洞

齿面有磨损

气蚀损伤是如何形成的呢？为什么会在充满油液的环境下有气蚀的存在？我们可以先看一下高速运转的齿轮泵啮合泵油的情况。

高速摄像下的齿轮泵

首先要解释一下，什么是空化现象。

空化又称为空穴，液压油在流动中其所受外部压力在某一区域降低到饱和蒸气压或空气分力压之下时发生的液压油蒸气或空气从油液中分离出而形成气、液两相共存的现象。

定义有点难理解，我们日常生活中常见的空化现象就是烧开水，水的温度上升或者环境压力下降时都会有沸腾现象，会冒出很多气泡，这些气泡一些是水本身气化形成的水蒸气，另一些就是水中的空气分离形成的气泡。

那空化现象在泵里形成的原因是什么？

简单的说，有两个主要的形成空化的原因。

第一，齿轮泵内部流场的变化形成的空化。

齿轮泵完成一次吸排油液工作循环，油液随着齿轮旋转，经历了吸油，建压，排油，困油四个过程，这个过程中齿间工作腔室压力变化是非常丰富的，油液也会在多相状态内来回规律转化，就像图中所示，气，液气，气液，液四种状态。整个过程如上文中动图的工作状态。

第二，困油造成的空化。

为保证齿轮泵工作的连续性，齿轮的重合度一般大于1，即工作中总是会出现两对轮齿同时啮合的情况。此时，封闭空间内的油液体积随着封闭空间的大小变化而变化，空间变化，压力就会变化。漩涡流就会产生，气泡反复产生，溃灭，形成冲击。

高速摄像机拍摄

我们常说的气蚀，便是空化现象形成的结果，通俗的说就是液体反复在金属表面沸腾，气泡不断的冲击形成的损伤。

发动机燃油泵的修理

目前对于气蚀严重的齿轮，一般会影响齿轮泵的流量输出性能，同时还会带来噪声和振动过大，流量输出曲线不合格等一些列问题。我们一般采取更换的策略进行修理。

当然，齿轮泵的可靠性和耐用度还是非常值得信赖的，平均使用寿命一般10000~15000飞行小时，要知道，一般汽车使用10000小时的话，基本上里程是30万公里以上了。

以上仅是对飞机发动机燃油齿轮泵的简单介绍和分析，认知浅薄，敬请见谅。对于飞机发动机燃油齿轮泵，你还有什么想说的？