1、中华人民共和国航空航天工业部航空工业标准HB/Z 176-90 指导性技术文件航空发动机燃油与控制系统回油活门设计指南1990 - 09 -18发布1 991 -02 -01实施中华人民共和国航空航天工业部批准目次1 主题内容与适用范围(1)2 引用标准(1)3 符号(门4 设计要求(2)5 常用的回油活门型式.(幻6 回油活门的设计的7 特性(9) 8 技术要求(们9 试验要求u10 其他们幻中华人民共和国航空航天工业部航空工业衍，准航空发动机燃油与控制系统回油活门设计指南1 主题内容与适用范围HB/Z 176-90 本标准规定了航空发动机燃油与控制系统中回油活门组件的设计内容、技术性能、计
2、算公式和特性，以及试验等方面的要求。本标准适用于航空发动机燃油与控制系统中的回油活门组件，可作为设计时的依据。其它系统中的回油活门组件也可参照执行。2 引用标准GJB 241 航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机通用规范GJB 242 航空涡轮螺桨和涡轮轴发动机通用规市HB/Z 18 碳索、合金钢丝制圆柱螺旋压缩拉伸弹簧设计制造指导性文件HB 4-112 活门用钢球的选择3 符号及定义符号定义单位A 活门的回油面军只口12D 锥形活门座锥底圆直径自1DK 活门或球)直径口1d 圆形罔油孔直径m d. 锥形活门端面直径町1Fso 弹簧预紧力N K 弹簧刚性系数N/m K , 放大系数L 活门长度1 盯1
3、活门质量kg PI 活门前油压N/ml P2 活门后油压N/m2 Qy 活门回油量kg/ s Qp 油泵供油量kg/s Q 喷嘴的喷油量kg/s 航空航天部1990-09 -8发布1991-0201实施HB/Z 176-90 T 时间常数s Y(Y1 ) 由活门座端点(或球心)向活门锥面(或濡门座锥面)作垂线肘，活门的轴向位移m 活门位移稳定时活门的位移燃油密度锥形活门座的锥角球心夹角流量系数阻尼系数衬套厚度材料许用应力自】。JHud门Vm kg/m 自. 已6 口1N/m2 4 设计要求4. 1 原始设计参数4. .,. 1 压力回油活门稳定工作时，活门前油压PI及活门后油压pz。其中Pl尚
4、需给定变化范围及允许静差。4. .2 流量最大回油量也ma束。4. ,. 3 动态参数回油量的最大允许超控量、控制时间、控制时间内允许的振荡次数。4.2 工作环境4.2. 1 温度要求设计时应考虑温度影响。4.2.2 抗冲击要求一旦受到冲击载荷，活门应能正常工作。4.2.3 其它要求包括振动要求、加速度要求、抗污染能力等。4. 3 工作介盾、泄漏、工作寿命、特殊试验、安善等方面要求5 常用的回油活门结构型式5. 1 球形活门5. ,. 1 平座球形活门平座球形活门的平面活门座在加工圆柱形回油孔的过程中形成，不需复杂的加工工艺。只要回袖孔保持圆柱形并垂直于支承面，即便是回油孔和弹簧的轴线略有偏斜
5、，钢球在活门座上仍能保持正确的位置，以保证良好的密封和正常工作。另外，由于活门没有摩擦，不会出现2 HB/Z 176-90 由摩擦引起的系统压力不稳定现象。其缺点是活门在开启状态下横向不稳定，飞机作机动飞行及其所引起的过载会造成活门偏斜，破坏燃油系统的E常工作。真结构示意图如图1所示。为了克服活门工作时横向不稳定这一缺点，可采用带导套的球形活门(如图2所示。但增加了摩攘，而且在加工及安装时必须保证导套租活门座同心。5. 1.2 锥座球形活门锥座球形活门的锥座加工要比平座难些。当钢球位移和其它条件相同时，锥座活门的回油面积大于平座活门的回油面积。其结构示意阁相|引3阵子民4阳|l到2阳3图t图5
6、图63 HB/Z 176-90 5. 2 锥形活I丁锥形活门通过研磨可使活门和活门座获得良好的接触，以保证密封。也可分为平座(见图9)和锥座(见图4)两种。锥座式困接触面积大，工艺性差，用得很少。其结构示意图如图4所刀亏。5. 3 挡板式活门挡板式活门的治门座接触面和活门本身均为平面，加工简单，用得较多。其结构示意图如图5所示。5. 4 柱塞式活门柱塞式活门又称滑动式活门。此活门与壳体的问隙非常小，要考虑摩擦会降低活门的灵敏度，甚至使活门可能卡死。可在活门上镜几个平面，以减少摩擦。并且弹簧末辅要精密加工，使两端相互平行，且与中心线垂直。其结构示意图如图6所示。6 固油活门的设计6. 1 设计特
7、点回油活门本身感受活门前油压，起敏感元件作用同时，油压作用力超过弹簧预紧力时，活门产生位移而放泊，又起执行元件作用。回油活门在其工作范围内，压力脉动较小。设计时，应按强度理论、性能和最小空间尺寸要求的原则进行，将活门设计成便于调整，可达性好，能单独拆下和更换。6. 2 设计基本内容6.2.1 方案论证包括方案选定，成本估算等。6. 2. 2 初样设计包括静态计算，结构尺寸确定，动态性能预算等。6. 2. 3 图样设汁包括绘制零件图样.选定材料、表面处理及热处理方法，编制军组件、标准件及通用件目录等。6. 2. 4 尺寸链汁算计算尺寸链，并按标准化要求进行圆整。6. 2. 5 动态特性分析确定动
8、态参数(时间常数、放大系数等).判定稳定性并求出动态品质指标，看是否满足要求。6. 2. 6 强度计算校核重要零件的强度，并进行优化设计。6. 2.7 试验要求.包括试验项目、试验方法的选定和试验数据的处理。6.2.8 技术文件的拟定4 HB/Z 17690 包括性能数据，结构说明，使用维护要求，工作寿命以及清洗、包装、贮存、运输等方面的特殊要求，和必要的可靠性分析。6. 3 Il油孔的计算6. 3. 1 回油量计算最大回油量最小回油量6.3.2 回油面积的计算6.3.2.1 球形活门a.平座球形活门(图7)b.锥座球形活门(图的当yy.当yy，6.3.2.2 锥形活门a.平座锥形活门(图9)
9、当y运y，当yY，J = 1, - In (1) Q Q川A=何(dI Szn - fliSnfJ J! 4 .0. () 时=d/写?苦十. . . . ,. . . . . ., (5) Y = D(tg十ctg)/2-D./2的川(6) A = 1Ty(D十y8in)A=冗(DjSin-DSin卢)川(的tq = O/(Dk/Sin-Dctg+2(9) Y = (d - dk) (tga十ctg)/2(10) A=河y(dSin-ySillCos) . . . . . ( 1 1 ) A=1T(d十dt)V (d -rl.)十(2草一(d-d.)ctgJ/4 (12 ) 5 HB/Z 1
10、76-90 3 回。c因t、E 6 HBjZ 176-90 。4回因白o E 7 HB/Z 176-90 b.锥座锥形活门第一种情况:dk注d(图10)Y = (D - d.) (t9十ctg)/2(13) 当yY，A=呵(clt8in中.ySin2Csa)04) 当yY，A = %(d. + Dh/(D - d,.) + (2y一(D-dk)ctg)/4(15) 第二种情况:d, Y，A=叫D十dl;)v(-dk)Z十C2y一(D-d1)ctgJ/4(20) 6.3.- 2.3 挡板式情门A=何yd. . . . . . (21 ) 6. . 3 流量系数的确定流量系数的影响因素较多。初步设
11、汁时，可近似选为:二0.6-0.9(圆孔);或=0.9-O.98(进口边缘倒圆的圆孔)。也可用下述方法确定za.试验法利用初步设汁的回泊活门试验件进行试验。试验时，将p调整为给定值，然后改变活门位移y，使回油面积A变化，测出相应的回油量队。根据下述公式算出zQ，=A气12(P，-p，)2) b.经验公式法例如，对挡板式悟门可用下式E= O. 518d._.LP1I一。.28P1 . OLS (23) 式中:Li一一喷嘴长度.mo 6. 4 其它6.4.1 球形活门的钢球直径按HB4 -112选择。6.4.2 活门径长比(Dk/L)活门径长比a般可在Q.2O. 6范围内选取，活门长度应是O.5m
12、m的整数倍。6.4.3 衬套厚度8 HB/Z 176-90 要考虑强度和刚度的要求。可按下述钢管强度公式进行校核:6主主p，Dt/2C.(24)p, = (1. 2- 1. 3)p, J=/5 式中z一一抗拉强度.N/m 0 S.4.4 弹簧预紧力80=何d句1- p,)/4. (25) 对于锥座球形活门，d应选为球与锥面相切处的直径。6.4. ,5 弹簧长度弹簧长度按HB!Z18进行计算。7 特性7. 1 静态特性7. 1. 1 静态方程U = A(p, - p.) / K (26) 7. 1.2 静态恃性分析静态特性分析就是对静差进行分析。可将y值从最小值增至最大值，弹簧力便会相应变化，由
13、(26)式可求得压羞的最大变化范围，此即压差的静差值。以此算出固油量的静差，看是否符合要求。7.2 动态特性7. 2. 1 动态方程当回油活门作为敏感元件时，考虑活门运动的惯性力和阻尼力，其动态方程为z4+T告+i=K，句1一阶. . . (27) T: =m/K T , = I K K, = (p, - p,)oA/ K ,o 式中z#一活门位移的相对偏差z(PI -P.)，一一-稳定时的压差。当回油活门作为执行元件时，由式(22)可知A为Q.的函数.A义是H的函数，因而y=f(Qv) ，代入式(27)可得回油活门的动态方理为:fCfCQ, )J I dCf(Q，)一d;_ +fCQ,) =
14、 K , (p, p,) t28) 式中:Q一一活门回油量的相对偏差。7.2.2 动态特性分析先判定其稳定性，再求出动态品质指标，包括起控量、振荡次数、控制时间等。当计算结果达不到要求时，应修正结构参数或改变结构，反复进行，直至获得满意的结果为止。9 HB/Z 176-90 8 技术要求8. 1 结构要求a.应保证圆度、亘线度等儿何形状要求;活门工作端面与导向面的不垂直度不应大于m m ou nu b.对锥形濡门，要保证壳体内导向面与j舌门座的问轴度;C.活门上导向面与王作面要同轴:活门与活门座的允许同轴度应小于活f丁与导向面间的最小间隙，一般为0.01,. 0. 2mm; d.通过着色检杏，
15、靠研配保证活rf与活门座在整个工作面的贴合度pe.回油活门设计时不得设计成含有收集器与空穴;f.为了保证正确安装，如在同一部位使用不同螺钉日宁，其尺寸应柑差较大，当零件不允许倒装或旋转安装时，应采用不对称的安装结构。8.2 图样要求绘制活门装配图时，要注明技术要求，包括工作压力、配合间隙等参数，同时还要程明对工作介质的特殊要求，其中包括工作介质的最低温度和最高温度。燃油的选用应按GJB241 (或GJB 2l2)中3.7.3.2条执行。8. 3 泄漏8.3.1 外部惨痛外部渗漏措燃油从壳体内渗流出来，回油活门不允许有外部渗漏。8. 3. 2 内部泄漏内部泄漏指活门自l油fL关闭时，燃油从高压腔
16、?世漏到低压腔去。装配图中应注明允许的最大世漏量。8. 4 材料主要材料均应耐燃油、燃油蒸汽和其B环境因素的影响。可根据情况选用;4Cr14Ni14W2Mo9Cr18 GCr15 16Cr2MnTiA !2CrNi3A等。8. 5 热处理及表面处理在零件图上应注明零件的硬度要求及表面处理方法。当需要用氮化、氟化、渗碳及氧化处理时，图纸中应注明氮化、银化、渗碳层的深度。氮化层一般为O.07-,0. 12rr.m 0氧化深度一般为O.1- O. 5mm。掺碳层一般为O.5I.lmmo8. 6 弹簧要求弹簧两端允许的不平行度不大于O.Olmm亏可借助于自动定位的支革盘或支承座作弹簧的支承，以消除弹簧
17、传力时的偏斜。图拌上需注明:a.绕制方1句:b.总困数:仁工作圈数1d.端头压紧并磨平3/1圈;10 e.去毛刺f.载荷图FHB/Z 17,6-90 g.弹簧需进行的加温加荷时效处理zh.进行振动试验，应保证性能要求自8. 7 榻记重要零件图上需要时应注明打印处，并在技术条件中注明打印方法.标志应清晰地标诅在零件上，要保证在活门寿命期间清晰可读。s 试验要求9. 1基本要求回油活门应按本栋准9.2至9.5的内容进行试验，以鉴定活门是否符合前述要求。试验应在专用夹具或试验器上进行。试验设备应满足元件液压试验要求，工作液为RP-1 (煤油.GB43&)或RP-2(煤油.GB1788)。回油活门振动
18、试验时的振动频率一般取50.60Hz.帽值般为1.1. 5mm . 其他要求按GJB241 (或GJB242)中4.6. 2. 2. 2条执行9. 2功能试验功能试验用以验证回油活门是否满足性能指标、结构合理性、使用可靠性和工作稳定性等要求。9.2.1 运转试验运转试验一般采用燃油与滑油混合液，在一定的进口油压、油温下，根据不同的回油活门要求，进行不同的变换和持续运转。9.2.2 调整试验调整试验是为了调整产品规定的各种性能数据，检查产品最后装配质量和各项性能，以满足发动机要求。附件校准按GJB241 (或GJB242)中4.6. 2 2. 1条执行。9.2.3 泄漏试验全部泄撮试验均应由最低
19、压力到最高压力数值下进行。轻微的泄漏检验也十分重要，应在每一压力数值下保持足够长的时间(5.10min)，以提供准确的评定。9. 2. 3. 1 内部世漏试验内部攒漏试验通常由最低压力一直到最高压力，然后返回到最低压力，应规定压力数值和允许的泄漏量。9.2.3.2 外部渗漏试验在1.2- 1. 5倍最大工作压力下保持35min进行检查，除专用规范允许外，不得有外部渗漏。9. 2. 4 试验循环按GJB2H(或GJB242)中4.6. 2. 2. 3. 2条执行。9. 3 环撞试验11 HB/Z 176-90 按GJB241 (或GJB242)中有关规定执行。9.4 试验完成按GJB241(或G
20、JB242)中4.6. 2. 2. 10条执行。9. 5 鉴定经上述试验的回油活门的差异应记录在报告中，并进行分析鉴定，以确定定型的回油活门结构，以便与系统一起定型.10 其它10. 1 可靠性分析及寿命10. 1. 1 可靠性设计中技术文件应规定团汹涌门的可雄性要求。国油活门可从快期试革销试验申得到以下可靠性数据za.平均故障间隔时陶zb.定期检查中发现的故幡吹数。10.1.2 寿命困油活门的寿命按GJB24H或GJB242)附表9规定。10.2 设计撮融化设计中应贯彻标准化原则，尽量采用标准件和通用件.以及通用的材料和工艺。零部件的品种和规格数目要保持到l最少。12 附加说明z本标准由航空航天工业部301所提出本标准由北京航空航天大学负责起草
