加力燃油管路進油管接頭復位裝置

□ 張曉紅 □ 楊 慶 □ 王 璟

中國航發動力股份有限公司 西安 710021

1 設計背景

航空發動機管路主要用于輸送燃油、潤滑油和空氣等介質,是發動機的重要組成部分。根據美國空軍各業務公司的統計,航空發動機零件發生故障總數中,燃油、氣壓和液壓方面的故障占50%～60%,高居航空發動機結構故障之首。導管斷裂故障是發動機上常見的故障之一,管路的結構完整性是整個航空發動機結構完整性和可靠性的重要組成部分。其中,燃油管路加工精度高,裝配技術要求嚴格。要求發動機零部件產品質量必須滿足整機裝配技術要求,并且必須保證工廠試車和檢驗試車后的產品狀態依然符合發動機交付出廠前的產品質量要求。實際管路在經過試車考核階段后,會存在一定量的變形,這是由于在高溫、高壓、高轉速,甚至高載荷的試車環境下,不同材料、厚度、設計結構,以及不同裝配狀態下零件產生的膨脹程度不同所導致。加力燃燒室主要由鈑金焊接結構的筒體與機加工焊接的燃油總管裝配組成,在氣動力的作用下,會產生局部變形、磨損,從而影響加力燃油總管在擴散器上的裝配、固定,試車后出現燃油總管進油管接頭下沉,法蘭安裝座卡滯無法拆卸的現象。管接頭變形卡滯反映出存在裝配應力,裝配應力大是導致導管疲勞裂紋早期萌生的主要原因。因此,必須對進油管接頭進行復位,恢復原始設計位置。為避免燃油總管進油管接頭復位過程中施力過大和施力過程不均勻導致燃油總管焊縫裂紋或其它部位變形,需要設計一種復位裝置,實現進油管接頭復位,保證裝配質量。由此,筆者設計了加力燃油管路進油管接頭復位裝置。

2 技術方案

復位裝置如圖1所示。根據法蘭安裝座的形狀,唯一可以使用工具操作的位置是法蘭安裝座內側三處均布的圓錐面。對此,需要設計復位裝置,可以穩定接觸錐面,向外側將法蘭安裝座和燃油總管拉到設計位置。由于法蘭安裝座沒有角向定位的限制,在管接頭未安裝上之前可以繞接頭自由旋轉,因此法蘭安裝座的角向位置是隨機的,內側的圓錐面沒有固定位置,需要根據現場實際情況調整裝置抱緊法蘭安裝座的位置。加力燃燒室主要由鈑金焊接結構的筒體與機加工焊接的燃油總管裝配組成。機匣上分布有焊接的管路和焊縫,支腳支承機匣的位置需要避讓機匣上的管路焊縫。當法蘭安裝座位置固定時,支腳的位置需要可以靈活調節,避讓管路焊縫,防止壓壞焊縫。支腳還需要具備自由度,可以根據機匣表面型面調整位置。理論上支腳和機匣的接觸是平面和圓錐面的線接觸,這種情況會產生支承不穩定和接觸壓強過大,導致機匣表面受損。對此,需要在支腳上增加橡膠墊,利用橡膠受壓變形擴大接觸面積,使線接觸變為面接觸,提高支腳支撐的穩定性,防止硬接觸損傷零件。

▲圖1 復位裝置

按照技術方案設計的復位裝置由頂塊、卡爪、壓緊螺釘、旋入式螺紋襯套、支座、支桿、支腳、螺母、擰緊螺釘、轉銷組成,如圖2所示。

▲圖2 復位裝置結構

3 操作步驟

將復位裝置的三個支腳頂住機匣外壁,防止壓空和壓到機匣管路焊縫上。打開卡爪,調整每個卡爪的位置,使卡爪錐面可以接觸到法蘭安裝座的內側錐面。旋轉擰緊螺釘向下運動,頂緊卡爪上部。卡爪錐面向內鉤,直到頂到法蘭安裝座的內錐面。旋轉壓緊螺釘,壓緊螺釘頂緊支座。由于支座無法運動,當旋轉擰緊螺釘時,頂塊向上運動,通過轉銷拉動卡爪向上運動,緩慢拉動法蘭安裝座和燃油管路向外運動,直到法蘭安裝座移動到設計位置。保持一段時間后,松開擰緊螺釘,使卡爪脫離法蘭安裝座的內錐面。整個裝置完成脫離,實現燃油總管接頭復位,法蘭安裝座卡滯故障解除,可以順利拆卸。

4 工作原理

復位裝置工作原理如圖3所示。壓緊螺釘一端使用球面,在螺紋上加工出溝槽,壓緊螺釘通過螺紋連接旋入支座的螺紋孔內。螺紋孔后端加工一個尺寸較大的盲孔,壓緊螺釘前端的螺紋進入盲孔后,至溝槽和螺紋脫離。壓緊螺釘和支座靈活相連接,并且不會脫離。這種結構使卡爪位置固定后,可以調整支腳的位置和角度。三個卡爪分別和法蘭安裝座錐面接觸,通過壓緊螺釘微調安裝角度,保證壓緊螺釘的施力方向和進油管的軸線相同。壓緊螺釘通過旋入式螺紋襯套,壓緊支座的盲孔底面。支座受力后,壓力傳導至支腳頂緊機匣。由于支座無法移動,壓緊螺釘旋轉無法前進,反作用力就驅動頂塊向反方向移動,頂塊帶動卡爪抓取法蘭安裝座向外移動,直到進油管接頭復位至設計位置。

▲圖3 復位裝置工作原理

5 關鍵技術

5.1 法蘭安裝座抱緊功能設計

進油管接頭伸出段較短,約5 cm,接頭上帶有活動的法蘭安裝座。安裝座上唯一可以使用工具操作的位置是法蘭安裝座內側三處均布的圓錐面,操作空間小,且可用的著力面積小,可以利用法蘭安裝座接觸面合理設計抱緊機構。

5.2 支腳靈活調節功能設計

對于支腳支承機匣的位置,需要避讓機匣上的管路焊縫。當法蘭安裝座位置固定時,需要支腳靈活調節位置,避讓管路焊縫,防止壓壞焊縫。并且支腳設計具備自由度,可以根據機匣表面型面調整位置,直至裝置安裝穩定。

5.3 校正結構設計

調整抱緊機構,使卡爪受力均勻,不會出現卡爪工作時脫開的情況。卡爪的連接結構校正頂塊的位置,使頂塊沿進油管的軸線方向運動,實現進油管接頭的復位功能。

6 優點

所設計的復位裝置具有如下優點:

(1) 利用螺紋反作用力使工作過程中施力均勻,避免人工施力不穩定,造成零件損傷;

(2) 定位精度高,施力方位準確;

(3) 解決空間狹小、操作困難的問題;

(4) 支腳位置調節靈活,支撐穩定;

(5) 結構新穎、精巧,質量輕,操作方便,使用穩定、可靠。

通過應用這一復位裝置,解決了加力燃燒室燃油總管進油管接頭下沉、安裝座卡滯,造成燃油管無法復位的問題。

7 結束語

筆者針對航空發動機鉸接式裝配的加力燃油管路試車后經常出現的位置偏離現象,設計了一種加力燃油管路進油管接頭復位裝置。通過將這一復位裝置安裝在加力筒體外部,可以實現燃油管路的位置復位,縮短拆分復裝的工藝周期,同時避免通過施加不穩定外力對管路焊縫及加力機匣薄壁件的影響。這一復位裝置可以提高燃油管路的復位精度,保證發動機零件裝配質量。