■ 杜紅喜 王錦邦/成都航利（集團(tuán)）實(shí)業(yè)有限公司

某型發(fā)動(dòng)機(jī)外涵機(jī)匣由Т300/BMP-316復(fù)合材料制成，外涵機(jī)匣上安裝的附件與核心機(jī)形成外涵流道，工作中承受著殼體內(nèi)外靜壓差、氣動(dòng)軸向力及機(jī)動(dòng)載荷。

該型某臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)試車后檢查發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料外涵機(jī)匣內(nèi)表面出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象，工作中受到高溫氣流灼燒，外涵機(jī)匣燒傷報(bào)廢，見圖1。

1 故障原因分析

圖1 外涵機(jī)匣燒傷

圖2 燃?xì)獾沽鲗?dǎo)致的外涵機(jī)匣燒傷

外涵機(jī)匣使用的復(fù)合材料Т300/BMP-316最高長(zhǎng)期使用溫度為280℃。檢查外涵機(jī)匣，燒傷位置均布在機(jī)匣上，位于五級(jí)引氣管后約100mm處。發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)下五級(jí)引氣處氣流溫度超過300℃，如五級(jí)引氣管連接處密封不良，五級(jí)引氣管內(nèi)高溫氣流泄漏后可能導(dǎo)致外涵機(jī)匣燒傷。

發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中，如低壓轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動(dòng)或轉(zhuǎn)速很低時(shí)，風(fēng)扇未對(duì)外涵進(jìn)口空氣進(jìn)行增壓，外涵氣流流量較小、壓力較低，對(duì)五級(jí)引氣管處泄漏氣流摻混冷卻效果較差，加劇外涵燒傷。

圖3 復(fù)合材料外涵燒傷故障樹

此外，當(dāng)主燃燒室點(diǎn)火高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較高后，如果低壓轉(zhuǎn)子仍未轉(zhuǎn)動(dòng)，高壓壓氣機(jī)進(jìn)口壓力和外涵道空氣壓力基本等于大氣壓力，高壓壓氣機(jī)將從外涵道吸氣，此時(shí)，渦輪后燃?xì)鈮毫Ω哂谕夂諝鈮毫Γ诟邏簤簹鈾C(jī)抽吸及壓差作用下導(dǎo)致渦輪后燃?xì)獾沽魅胪夂?，亦有可能引發(fā)外涵機(jī)匣燒傷，見圖2。

2 故障排查及處置

對(duì)外涵機(jī)匣燒傷進(jìn)行故障樹分析，以確定可能的故障因素并進(jìn)行排查，如圖3所示。

2.1 減少五級(jí)引氣管內(nèi)氣流泄漏

1）五級(jí)引氣管與燃燒室機(jī)匣密封不嚴(yán)

五級(jí)引氣管與燃燒室機(jī)匣通過螺釘相連接，兩者之間裝有封嚴(yán)墊。該處密封不嚴(yán)主要原因?yàn)椋喝紵覚C(jī)匣安裝座、封嚴(yán)片或五級(jí)引氣管轉(zhuǎn)接座表面質(zhì)量及平面度差。

通過增加研磨、校正、著色印痕密接度檢查等措施保證封嚴(yán)片零件表面質(zhì)量及平面度，提高五級(jí)引氣管與燃燒室機(jī)匣結(jié)合面質(zhì)量。

2） С型密封圈密封性能衰減

封嚴(yán)墊由封嚴(yán)片及С型密封圈組成。封嚴(yán)墊安裝在主燃燒室與五級(jí)引氣管之間，С型密封圈起著密封五級(jí)引氣管內(nèi)氣流作用。檢查發(fā)現(xiàn)，С型密封圈表面鍍層有脫落現(xiàn)象，且С型密封圈ΦD尺寸較小，見圖4。

圖4 C型密封圈剖面示意圖

圖5 五級(jí)引氣管轉(zhuǎn)接座局部變形

С型密封圈ΦD尺寸較小及表面鍍層質(zhì)量對(duì)其密封性能均產(chǎn)生不良影響。為恢復(fù)С型密封圈密封性能，進(jìn)行表面鍍層及ΦD尺寸恢復(fù)。修理后，С型密封圈尺寸及表面鍍層質(zhì)量改善。

3） 裝配因素

裝配五級(jí)引氣管時(shí)發(fā)現(xiàn)五級(jí)引氣管存在扭曲及變形情況。

a. 五級(jí)引氣管扭曲

五級(jí)引氣管為兩段式結(jié)構(gòu)，修理時(shí)前段與后段連接為整體進(jìn)行密封試驗(yàn)，使用整體進(jìn)行裝配時(shí)在五級(jí)引氣管一端容易出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象，影響連接密封性。

針對(duì)該情況調(diào)整五級(jí)引氣管裝配流程，通過先裝配前后兩段、再連接前后段的方法，解決了五級(jí)引氣管扭曲引起的密封不嚴(yán)問題。

b. 五級(jí)引氣管轉(zhuǎn)接座變形

表1 密封試驗(yàn)情況

五級(jí)引氣管轉(zhuǎn)接座安裝螺栓處端面厚度為3mm，其余部位厚度為3.5mm，承力位置壁厚小于非承力位置，裝配后受力作用下薄弱區(qū)域因應(yīng)力作用產(chǎn)生變形，導(dǎo)致安裝面局部存在縫隙，見圖5。

為消除轉(zhuǎn)接座變形對(duì)密封性能的影響，裝配時(shí)在主燃燒室五級(jí)引氣管座、封嚴(yán)墊、五級(jí)引氣管端面涂H61-1環(huán)氧有機(jī)硅耐熱漆進(jìn)行密封。

4） 密封試驗(yàn)驗(yàn)證

分別使用舊品封嚴(yán)墊、修理合格封嚴(yán)墊、新品封嚴(yán)墊進(jìn)行煤油密封試驗(yàn)，驗(yàn)證上述修理措施對(duì)五級(jí)引氣管內(nèi)氣流泄漏的影響，試驗(yàn)壓力為1.80MPa，試驗(yàn)情況見表1。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，對(duì)五級(jí)引氣管與燃燒室機(jī)匣密封不嚴(yán)、С型密封圈密封性能衰減、裝配因素等進(jìn)行攻關(guān)后，解決了五級(jí)引氣管內(nèi)氣流泄漏問題，有效避免了泄漏氣流燒傷復(fù)合材料外涵機(jī)匣。

2.2 預(yù)防燃?xì)獾沽?/h3>

燃?xì)獾沽髟驗(yàn)橹魅紵尹c(diǎn)火高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較高時(shí)低壓轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動(dòng)。低壓轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動(dòng)的原因有以下幾種：一是冷態(tài)轉(zhuǎn)靜子間隙小，發(fā)動(dòng)機(jī)停車狀態(tài)下轉(zhuǎn)子下沉，使轉(zhuǎn)靜子下半部間隙進(jìn)一步減小，導(dǎo)致起動(dòng)時(shí)低壓轉(zhuǎn)靜子間碰磨力大；二是停車后轉(zhuǎn)子出現(xiàn)熱彎曲現(xiàn)象，導(dǎo)致起動(dòng)過程中局部碰磨力增大；三是發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)靜子升溫速度不一致，熱不協(xié)調(diào)導(dǎo)致轉(zhuǎn)靜子間配合間隙發(fā)生變化，碰磨力變大。針對(duì)燃?xì)獾沽鲗?dǎo)致外涵燒傷采取以下措施進(jìn)行控制。

1） 起動(dòng)控制

針對(duì)低壓轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象，試車工序進(jìn)行規(guī)定：一是起動(dòng)前增加冷運(yùn)轉(zhuǎn)措施，改善發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部溫度分布；二是高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到3300r/min、低壓轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，立刻緊急停車。

2） 轉(zhuǎn)靜子間隙控制

在低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)故障還未發(fā)生前進(jìn)行的故檢中發(fā)現(xiàn)，低壓渦輪轉(zhuǎn)子與后機(jī)匣前封嚴(yán)環(huán)配合處碰磨痕跡明顯、磨痕較深。

微分測(cè)量數(shù)據(jù)分析表明，在低壓轉(zhuǎn)子未發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)故障的發(fā)動(dòng)機(jī)中，該位置配合普遍偏小且跳動(dòng)偏大。因此制定控制措施：一是修理時(shí)將低壓渦輪轉(zhuǎn)子與前封嚴(yán)環(huán)配合間隙控制在規(guī)定上限；二是將前封嚴(yán)環(huán)涂層加工由單件加工調(diào)整為組合加工，保證加工后的同心度。

3） 試車驗(yàn)證情況

進(jìn)行轉(zhuǎn)靜子間隙、起動(dòng)控制后，廠內(nèi)試車只出現(xiàn)1起起動(dòng)過程中低壓轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動(dòng)故障，有效預(yù)防了燃?xì)獾沽鲗?dǎo)致的外涵機(jī)匣燒傷故障。

3 結(jié)論

復(fù)合材料外涵機(jī)匣燒傷故障的原因?yàn)槲寮?jí)引氣管內(nèi)氣流泄漏或起動(dòng)過程中低壓轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動(dòng)引起的燃?xì)獾沽?，通過降低五級(jí)引氣管內(nèi)氣流泄漏、預(yù)防燃?xì)獾沽鞔胧┛捎行ьA(yù)防復(fù)合材料外涵燒傷。