某型發動機高空不減油故障分析

王劍 盧波

摘 要：本文分析了某型發動機燃油調節器感溫棒的工作原理。通過燃油調節器高空不減油故障，敘述了某型發動機高空燃油耗量調節原理，闡明了燃油調節器感溫棒泄漏對燃油消耗量的影響。本文對發動機典型故障的排除具有參考意義。

關鍵詞：燃油調節器；感溫棒；故障

中圖分類號：V263.6 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）20-0054-02

1 引言

某型發動機是我國常用的渦輪螺旋槳發動機。該型發動機通過燃油調節器修正機構感受飛行高度、飛行速度及進氣溫度的參數變化，自動調節供油量。

該型發動機在使用過程中常常出現燃油調節器感溫棒故障。感溫棒故障的表現多發生在高空，造成燃油調節器無法正確調節供油量，而地面進行故障排除時因無法模擬高空條件，對感溫棒故障的排除帶來一定的困難。本文對燃油調節器感溫棒進行了詳細的研究，為類似故障排除提供借鑒。

2 故障現象

某用戶某型發動機發生一起高空不減油故障，現場更換燃油調節器感溫棒后故障排除。

3 原理分析

根據發動機特點，選用了轉速、當量功率和渦輪前燃氣溫度作為被調參數。因為它們比較全面地反映了發動機特性、零件的載荷和熱負荷。

發動機特性所規定的調節任務是由燃油調節器的修正部分來實現的，見圖1。修正部分的各種調節機構分別通過感受大氣的靜壓、總溫和壓氣機進口總壓來自動控制油門開關的軸向移動量，改變油門開關限流口的截面，使供油量相應的增減，以適應發動機的工作需要。在渦輪前燃氣溫度限制區（高空時），燃油調節器等溫機構感受總溫和壓氣機進口總壓，進而調節供油量，保持渦輪前燃氣溫度大致不變。在渦輪前燃氣溫度限制區，主要由修正部分的感溫棒調節發動機供油量。

3.1 等溫機構工作原理

當發動機在溫度限制區工作時，為了保持渦輪前溫度大致不變，由修正部分等溫機構同時感受發動機進氣道中總壓和進氣滯止溫度來改變供油量。

等溫機構包括真空膜盒組87、搖臂95、感溫棒88、杠桿91和凸輪96。

真空膜盒組87由兩個膜盒組成，放在總壓室內。膜盒室引入發動機進氣道中總壓，當減小時，膜盒即膨脹，搖臂95將分流活門83推向右移，減小供油量。相反，當增加時，則增加供油量。

當發動機進口空氣溫度升高時，感溫棒頂桿伸出量增大，杠桿91順時針轉動，通過杠桿91使凸輪96亦順時針轉動。在凸輪96上有一個偏心調節螺釘26，它是搖臂95的中支點，由于凸輪96順時針轉動，螺釘26向上移動，迫使搖臂95上端向右移動，推動分流活門83向右而減少供油量。凸輪96的型面使螺釘26的移動根據曲線A=f（）修正供油量，見圖2。

3.2 感溫棒工作原理

感溫棒屬于燃油調節器的修正部分，感受發動機進口總溫變化。當溫度變化時，產品內腔感溫介質體積發生變化，使其中波紋管組合件輸出相應位移，與燃油調節器有關附件配合自動調節燃油供油量，滿足發動機各個狀態的性能需求。

經現場檢查，感溫棒的頂桿伸出長度為27mm，與技術要求34.4mm相比明顯變短。現場服務人員判定感溫棒發生了泄漏故障。

4 故障件檢查分析

感溫棒屬于波紋管外腔充灌感溫介質的溫包類產品。由波紋管與兩端接頭零件焊接組合，形成彈性敏感部分及位移輸出部分。在波紋管外部封焊溫包管形成一定容積的密封腔體（簡稱灌液腔）。按要求將頂桿零件拉伸7mm（即波紋管預壓縮約7mm）后，通過毛細管向該腔體內充灌感溫介質，最終封堵毛細管形成感溫棒成品。

產品配套波紋管使用鈹青銅QBe1.9帶料，壁厚約為0.15mm。在波紋管配套縫焊前均抽樣進行內、外表面電鏡掃描，檢查波紋管是否存在機械損傷。

4.1 內表面檢查

對泄漏部位試樣的內表面進行觀察，發現故障件波紋管內表面，在波峰、波谷處發現明顯腐蝕產物，內表面觀測圖示見圖4。

4.2 裂紋形貌分析

采用體視顯微鏡和三維視頻顯微鏡宏觀觀察故障產品內表面裂紋形貌，發現開裂處均位于波谷內表面，裂紋呈折線狀，裂紋表面有較多腐蝕坑，裂紋如圖4；采用Zeiss EVO18掃描電子顯微鏡觀察故障件的裂紋表面形貌，如圖5。

觀察裂紋斷口形貌，如圖6，從波谷內表面向外表面擴展，斷口平齊，與主應力垂直，沒有明顯塑性變形痕跡，起源處表面存在腐蝕產物沉積附著，整個斷面呈冰糖塊形貌，即產品發生沿晶開裂，并發現多處晶間有二次裂紋，實際工作時波谷內表面承受拉應力，這些因素綜合評定故障件符合應力腐蝕開裂特征。

采用金相顯微鏡觀察開裂部位的金相組織，發現裂紋處存在沿晶界擴展的樹枝狀分叉裂紋，如圖7，進一步驗證符合應力腐蝕開裂形貌。

通過電鏡能譜分析裂紋表面及斷口處的腐蝕產物成分，結果顯示存在一定濃度含量的氯離子。

4.3 腐蝕原因分析

分析認為波紋管搪錫后焊藥未清洗干凈，導致腐蝕。經試驗驗證，現場搪錫使用酸性焊藥FH101-2后，若未能徹底清洗干凈，則會使波紋管內表面含有氯離子。

4.4 故障件泄露原因分析

通過前述觀察分析，認為故障件開裂符合應力腐蝕開裂特征。且經電鏡能譜分析裂紋表面及斷口處的腐蝕產物成分，結果顯示存在一定數量的氯離子，為在感溫棒生產過程中使用酸性焊藥焊接波紋管后未徹底清洗干凈，酸性介質殘留于波紋管內表面，在后期存貯、運輸等濕熱環境的作用下造成波紋管腐蝕，在裝機使用過程中，腐蝕區域在工作應力作用下發生應力腐蝕開裂，導致感溫棒泄漏。

5 故障結論

根據原理及試驗分析，確認故障原因為：發動機配裝的感溫棒發生泄漏，當溫度變化時，其頂桿無法輸出相應位移，失去了與燃油調節器有關附件配合自動調節燃油供油量的作用。

6 結語

某型發動機高空不減油問題為常見故障，通過對燃油調節器中失效的感溫棒進行系統檢查、分析，積累了科學的分析方法，同時也為以后外場服務工作提供了借鑒。

參考文獻

[1]某型發動機技術說明書[M].中國航發南方工業有限公司，2017.

[2]某型發動機維修手冊[M].中國航發南方工業有限公司，2017.