航空發(fā)動(dòng)機(jī)空氣導(dǎo)管裂紋故障分析

趙四洋 劉彥楠

（1.沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造公司軍事代表室，遼寧 沈陽 110043；2.中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110043）

1 發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑系統(tǒng)概述

1.1 潤滑系統(tǒng)

潤滑系統(tǒng)是向發(fā)動(dòng)機(jī)主軸軸承、接觸式密封裝置、中央傳動(dòng)齒輪軸承等提供用于潤滑及冷卻的滑油，從而保證其正常工作。

1.2 潤滑系統(tǒng)的組成

潤滑系統(tǒng)由四個(gè)子系統(tǒng)組成：供油系統(tǒng)、回油系統(tǒng)、通氣系統(tǒng)、密封裝置增壓系統(tǒng)。

1.3 通氣系統(tǒng)

通氣系統(tǒng)的作用是將漏入滑油系統(tǒng)的空氣在與滑油分離之后排出發(fā)動(dòng)機(jī)。通氣系統(tǒng)的組成為：各軸承腔、離心通風(fēng)器、前通風(fēng)器、后通風(fēng)器、滑油箱、油氣分離器、通風(fēng)管組件、高空活門。潤滑系統(tǒng)的通氣系統(tǒng)有兩種方式：一種是前軸承腔、發(fā)動(dòng)機(jī)附件機(jī)匣、飛機(jī)附件機(jī)匣及滑油箱的空氣管路相連通，從一支點(diǎn)密封裝置漏入前軸承腔的空氣及中、后軸承腔回油泵抽回的空氣經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)附件機(jī)匣內(nèi)的離心通風(fēng)器和高空活門排入大氣；另一種通氣方式是采用軸心通風(fēng)，即經(jīng)密封裝置漏入中、后軸承腔的空氣由低壓渦輪軸內(nèi)的前后軸心通風(fēng)器從低壓渦輪軸軸心排入發(fā)動(dòng)機(jī)尾錐后的加力燃燒室。

1.4 密封裝置增壓系統(tǒng)

密封裝置增壓系統(tǒng)的作用是對發(fā)動(dòng)機(jī)各軸承腔進(jìn)行密封及各密封裝置外增壓。密封增壓系統(tǒng)的組成是： 1號圓周石墨件；2號圓周石墨件；3號圓周石墨件；4號圓周石墨件；5號圓周石墨件及后蓋。前軸承腔密封外增壓采用風(fēng)扇后的空氣，中軸承腔密封采用高壓三級后的空氣。后軸承腔密封外增壓采用高壓二級后的空氣。

1.5 空氣導(dǎo)管與滑油系統(tǒng)的關(guān)系

航空發(fā)動(dòng)機(jī)采用高壓壓氣機(jī)三級引氣以封嚴(yán)中、后滑油腔，引氣方式是：經(jīng)高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子鼓筒上的孔及導(dǎo)流片后分為兩股氣流，一股氣流向前經(jīng)過前軸頸上的孔流到高壓軸承腔外部對其進(jìn)行封嚴(yán)；另一股氣流經(jīng)過高壓壓氣機(jī)第4～9盤和篦齒盤以及高壓渦輪盤的盤心，然后經(jīng)過高壓渦輪后軸頸上的孔流入低壓渦輪第一級盤心腔，過程中為四支點(diǎn)軸承密封及低壓渦輪盤冷卻。空氣導(dǎo)管穿過整個(gè)高壓、高渦轉(zhuǎn)子，其外鼓筒可以隔開發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子內(nèi)腔與滑油腔，保證增壓氣正常封嚴(yán)滑油腔，內(nèi)鼓筒用于連通發(fā)動(dòng)機(jī)中、后滑油腔，保持壓差穩(wěn)定性。

當(dāng)空氣導(dǎo)管內(nèi)鼓筒焊縫開裂后，由于高速離心力作用，內(nèi)鼓筒會(huì)撕裂開口，引氣直接灌入發(fā)動(dòng)機(jī)滑油腔，造成滑油腔壓力升高，油氣比失調(diào)，軸心通風(fēng)器的油氣分離效率急劇降低，滑油隨分離的氣體大量排出滑油腔，發(fā)動(dòng)機(jī)滑油消耗量增大，從而危害飛行安全。

1.6 空氣導(dǎo)管結(jié)構(gòu)圖

空氣導(dǎo)管結(jié)構(gòu)見下圖，雙層導(dǎo)管筒體之間共有A、B、C、D、E五條焊縫，每條焊縫由六個(gè)凸臺(tái)焊接而成，內(nèi)、外筒體與空氣導(dǎo)管前、后段有四條焊縫焊接。發(fā)動(dòng)機(jī)試車后發(fā)現(xiàn)的裂紋故障為：內(nèi)筒體與導(dǎo)管前段焊縫的周向裂紋，延伸至筒體基體的軸向裂紋。在解剖導(dǎo)管檢查內(nèi)、外筒體焊縫時(shí)，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)裂紋的位置在D、E兩條焊縫處，裂紋為疲勞裂紋。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)空氣導(dǎo)管裂紋故障案例淺析

2 012年以來，某型發(fā)動(dòng)機(jī)相繼出現(xiàn)了滑油消耗量大故障，經(jīng)分解檢查發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致滑油消耗量大的故障 原因是空氣導(dǎo)管裂紋導(dǎo)致的。下面介紹三個(gè)典型案例：

案例一：某發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)工作一段時(shí)間，滑油消耗量大超過規(guī)定值，發(fā)動(dòng)機(jī)分解后檢查，發(fā)現(xiàn)空氣導(dǎo)管內(nèi)筒體后端軸向斜30度左右出現(xiàn)穿透性裂紋，另有2處分叉。主裂紋在臺(tái)階處與圓周裂紋相交。

案例二：某發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)工作一段時(shí)間，發(fā)動(dòng)機(jī)因故障修理時(shí)，分解后發(fā)現(xiàn)空氣導(dǎo)管內(nèi)筒體與導(dǎo)管后段焊縫處出現(xiàn)穿透性裂紋，裂紋沿周向開裂。

案例三：某發(fā)動(dòng)機(jī)試車結(jié)束后，進(jìn)行分解檢查，發(fā)現(xiàn)空氣導(dǎo)管內(nèi)筒體與導(dǎo)管后段焊縫處出現(xiàn)穿透性裂紋，裂紋為兩段。導(dǎo)管前段涂層局部掉塊，未發(fā)現(xiàn)脫落后的掉塊，其余涂層部位起層。

圖1

3 故障原因分析

空氣導(dǎo)管裂紋屬于疲勞裂紋，綜合分析認(rèn)為疲勞裂紋的產(chǎn)生主要是由于故障發(fā)動(dòng)機(jī)空氣導(dǎo)管的五條焊縫處的凸臺(tái)斷裂造成空氣導(dǎo)管裂紋，其次由于空氣導(dǎo)管、調(diào)整墊存在的磨損未經(jīng)修復(fù)，重新裝配時(shí)二者配合狀態(tài)發(fā)生變化，使得工作時(shí)空氣導(dǎo)管和調(diào)整墊未被壓緊，產(chǎn)生較嚴(yán)重的微動(dòng)磨蝕，微動(dòng)磨蝕進(jìn)一步使得配合狀態(tài)惡化，引發(fā)空氣導(dǎo)管產(chǎn)生有害振動(dòng)，最終在振動(dòng)應(yīng)力和熱應(yīng)力綜合作用下，導(dǎo)致空氣導(dǎo)管焊縫薄弱部位裂紋萌生并擴(kuò)展。空氣導(dǎo)管內(nèi)筒體外壁上的工藝擋肩與法蘭盤形成的未融合縫隙、空氣導(dǎo)管前端密封膠圈損壞等對裂紋萌生和擴(kuò)展也有影響。

4 結(jié)論

發(fā)動(dòng)機(jī)的滑油系統(tǒng)故障雖然頻繁，現(xiàn)象不一，引起的原因可能多種多樣，但也是有跡可循的。通過對第二部分故障案例介紹的三個(gè)空氣導(dǎo)管裂紋案例的分析，只要我們對發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣導(dǎo)管的焊縫部位采取一定的措施，對空氣導(dǎo)管裂紋故障是可以順利排除的，因此改進(jìn)焊縫處的焊接工藝對實(shí)際工作有著非常大的指導(dǎo)意義。

結(jié)語

本論文得以完成，特別感謝技術(shù)專家張革和孫汕民兩位專家的指導(dǎo)和幫助。論文大部分內(nèi)容只從結(jié)構(gòu)方面介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)空氣導(dǎo)管裂紋的故障分析，帶有專業(yè)的局限性，有分析不當(dāng)之處請大家多提寶貴意見。

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