某型发动机复合材料外涵烧伤故障预防

2017-07-02杜红喜王锦邦成都航利集团实业有限公司

航空维修与工程 2017年12期

关键词：静子机匣密封圈

■ 杜红喜王锦邦/成都航利（集团）实业有限公司

某型发动机外涵机匣由Т300/BMP-316复合材料制成，外涵机匣上安装的附件与核心机形成外涵流道，工作中承受着壳体内外静压差、气动轴向力及机动载荷。

该型某台发动机试车后检查发现，复合材料外涵机匣内表面出现鼓包现象，工作中受到高温气流灼烧，外涵机匣烧伤报废，见图1。

1 故障原因分析

图1 外涵机匣烧伤

图2 燃气倒流导致的外涵机匣烧伤

外涵机匣使用的复合材料Т300/BMP-316最高长期使用温度为280℃。检查外涵机匣，烧伤位置均布在机匣上，位于五级引气管后约100mm处。发动机工作状态下五级引气处气流温度超过300℃，如五级引气管连接处密封不良，五级引气管内高温气流泄漏后可能导致外涵机匣烧伤。

发动机起动过程中，如低压转子未转动或转速很低时，风扇未对外涵进口空气进行增压，外涵气流流量较小、压力较低，对五级引气管处泄漏气流掺混冷却效果较差，加剧外涵烧伤。

图3 复合材料外涵烧伤故障树

此外，当主燃烧室点火高压转子转速较高后，如果低压转子仍未转动，高压压气机进口压力和外涵道空气压力基本等于大气压力，高压压气机将从外涵道吸气，此时，涡轮后燃气压力高于外涵空气压力，在高压压气机抽吸及压差作用下导致涡轮后燃气倒流入外涵中，亦有可能引发外涵机匣烧伤，见图2。

2 故障排查及处置

对外涵机匣烧伤进行故障树分析，以确定可能的故障因素并进行排查，如图3所示。

2.1 减少五级引气管内气流泄漏

1）五级引气管与燃烧室机匣密封不严

五级引气管与燃烧室机匣通过螺钉相连接，两者之间装有封严垫。该处密封不严主要原因为：燃烧室机匣安装座、封严片或五级引气管转接座表面质量及平面度差。

通过增加研磨、校正、着色印痕密接度检查等措施保证封严片零件表面质量及平面度，提高五级引气管与燃烧室机匣结合面质量。

2） С型密封圈密封性能衰减

封严垫由封严片及С型密封圈组成。封严垫安装在主燃烧室与五级引气管之间，С型密封圈起着密封五级引气管内气流作用。检查发现，С型密封圈表面镀层有脱落现象，且С型密封圈ΦD尺寸较小，见图4。

图4 C型密封圈剖面示意图

图5 五级引气管转接座局部变形

С型密封圈ΦD尺寸较小及表面镀层质量对其密封性能均产生不良影响。为恢复С型密封圈密封性能，进行表面镀层及ΦD尺寸恢复。修理后，С型密封圈尺寸及表面镀层质量改善。

3）装配因素

装配五级引气管时发现五级引气管存在扭曲及变形情况。

a. 五级引气管扭曲

五级引气管为两段式结构，修理时前段与后段连接为整体进行密封试验，使用整体进行装配时在五级引气管一端容易出现扭曲现象，影响连接密封性。

针对该情况调整五级引气管装配流程，通过先装配前后两段、再连接前后段的方法，解决了五级引气管扭曲引起的密封不严问题。

b. 五级引气管转接座变形

表1 密封试验情况

五级引气管转接座安装螺栓处端面厚度为3mm，其余部位厚度为3.5mm，承力位置壁厚小于非承力位置，装配后受力作用下薄弱区域因应力作用产生变形，导致安装面局部存在缝隙，见图5。

为消除转接座变形对密封性能的影响，装配时在主燃烧室五级引气管座、封严垫、五级引气管端面涂H61-1环氧有机硅耐热漆进行密封。

4）密封试验验证

分别使用旧品封严垫、修理合格封严垫、新品封严垫进行煤油密封试验，验证上述修理措施对五级引气管内气流泄漏的影响，试验压力为1.80MPa，试验情况见表1。

试验数据表明，对五级引气管与燃烧室机匣密封不严、С型密封圈密封性能衰减、装配因素等进行攻关后，解决了五级引气管内气流泄漏问题，有效避免了泄漏气流烧伤复合材料外涵机匣。

2.2 预防燃气倒流

燃气倒流原因为主燃烧室点火高压转子转速较高时低压转子未转动。低压转子未转动的原因有以下几种：一是冷态转静子间隙小，发动机停车状态下转子下沉，使转静子下半部间隙进一步减小，导致起动时低压转静子间碰磨力大；二是停车后转子出现热弯曲现象，导致起动过程中局部碰磨力增大；三是发动机起动时，转静子升温速度不一致，热不协调导致转静子间配合间隙发生变化，碰磨力变大。针对燃气倒流导致外涵烧伤采取以下措施进行控制。

1）起动控制

针对低压转子未转动现象，试车工序进行规定：一是起动前增加冷运转措施，改善发动机内部温度分布；二是高压转子转速达到3300r/min、低压转子未转动时，立刻紧急停车。

2）转静子间隙控制

在低压转子转动故障还未发生前进行的故检中发现，低压涡轮转子与后机匣前封严环配合处碰磨痕迹明显、磨痕较深。

微分测量数据分析表明，在低压转子未发生转动故障的发动机中，该位置配合普遍偏小且跳动偏大。因此制定控制措施：一是修理时将低压涡轮转子与前封严环配合间隙控制在规定上限；二是将前封严环涂层加工由单件加工调整为组合加工，保证加工后的同心度。

3）试车验证情况

进行转静子间隙、起动控制后，厂内试车只出现1起起动过程中低压转子未转动故障，有效预防了燃气倒流导致的外涵机匣烧伤故障。