加力燃油管路进油管接头复位装置

□ 张晓红 □ 杨 庆 □ 王 璟

中国航发动力股份有限公司 西安 710021

1 设计背景

航空发动机管路主要用于输送燃油、润滑油和空气等介质,是发动机的重要组成部分。根据美国空军各业务公司的统计,航空发动机零件发生故障总数中,燃油、气压和液压方面的故障占50%～60%,高居航空发动机结构故障之首。导管断裂故障是发动机上常见的故障之一,管路的结构完整性是整个航空发动机结构完整性和可靠性的重要组成部分。其中,燃油管路加工精度高,装配技术要求严格。要求发动机零部件产品质量必须满足整机装配技术要求,并且必须保证工厂试车和检验试车后的产品状态依然符合发动机交付出厂前的产品质量要求。实际管路在经过试车考核阶段后,会存在一定量的变形,这是由于在高温、高压、高转速,甚至高载荷的试车环境下,不同材料、厚度、设计结构,以及不同装配状态下零件产生的膨胀程度不同所导致。加力燃烧室主要由钣金焊接结构的筒体与机加工焊接的燃油总管装配组成,在气动力的作用下,会产生局部变形、磨损,从而影响加力燃油总管在扩散器上的装配、固定,试车后出现燃油总管进油管接头下沉,法兰安装座卡滞无法拆卸的现象。管接头变形卡滞反映出存在装配应力,装配应力大是导致导管疲劳裂纹早期萌生的主要原因。因此,必须对进油管接头进行复位,恢复原始设计位置。为避免燃油总管进油管接头复位过程中施力过大和施力过程不均匀导致燃油总管焊缝裂纹或其它部位变形,需要设计一种复位装置,实现进油管接头复位,保证装配质量。由此,笔者设计了加力燃油管路进油管接头复位装置。

2 技术方案

复位装置如图1所示。根据法兰安装座的形状,唯一可以使用工具操作的位置是法兰安装座内侧三处均布的圆锥面。对此,需要设计复位装置,可以稳定接触锥面,向外侧将法兰安装座和燃油总管拉到设计位置。由于法兰安装座没有角向定位的限制,在管接头未安装上之前可以绕接头自由旋转,因此法兰安装座的角向位置是随机的,内侧的圆锥面没有固定位置,需要根据现场实际情况调整装置抱紧法兰安装座的位置。加力燃烧室主要由钣金焊接结构的筒体与机加工焊接的燃油总管装配组成。机匣上分布有焊接的管路和焊缝,支脚支承机匣的位置需要避让机匣上的管路焊缝。当法兰安装座位置固定时,支脚的位置需要可以灵活调节,避让管路焊缝,防止压坏焊缝。支脚还需要具备自由度,可以根据机匣表面型面调整位置。理论上支脚和机匣的接触是平面和圆锥面的线接触,这种情况会产生支承不稳定和接触压强过大,导致机匣表面受损。对此,需要在支脚上增加橡胶垫,利用橡胶受压变形扩大接触面积,使线接触变为面接触,提高支脚支撑的稳定性,防止硬接触损伤零件。

▲图1 复位装置

按照技术方案设计的复位装置由顶块、卡爪、压紧螺钉、旋入式螺纹衬套、支座、支杆、支脚、螺母、拧紧螺钉、转销组成,如图2所示。

▲图2 复位装置结构

3 操作步骤

将复位装置的三个支脚顶住机匣外壁,防止压空和压到机匣管路焊缝上。打开卡爪,调整每个卡爪的位置,使卡爪锥面可以接触到法兰安装座的内侧锥面。旋转拧紧螺钉向下运动,顶紧卡爪上部。卡爪锥面向内钩,直到顶到法兰安装座的内锥面。旋转压紧螺钉,压紧螺钉顶紧支座。由于支座无法运动,当旋转拧紧螺钉时,顶块向上运动,通过转销拉动卡爪向上运动,缓慢拉动法兰安装座和燃油管路向外运动,直到法兰安装座移动到设计位置。保持一段时间后,松开拧紧螺钉,使卡爪脱离法兰安装座的内锥面。整个装置完成脱离,实现燃油总管接头复位,法兰安装座卡滞故障解除,可以顺利拆卸。

4 工作原理

复位装置工作原理如图3所示。压紧螺钉一端使用球面,在螺纹上加工出沟槽,压紧螺钉通过螺纹连接旋入支座的螺纹孔内。螺纹孔后端加工一个尺寸较大的盲孔,压紧螺钉前端的螺纹进入盲孔后,至沟槽和螺纹脱离。压紧螺钉和支座灵活相连接,并且不会脱离。这种结构使卡爪位置固定后,可以调整支脚的位置和角度。三个卡爪分别和法兰安装座锥面接触,通过压紧螺钉微调安装角度,保证压紧螺钉的施力方向和进油管的轴线相同。压紧螺钉通过旋入式螺纹衬套,压紧支座的盲孔底面。支座受力后,压力传导至支脚顶紧机匣。由于支座无法移动,压紧螺钉旋转无法前进,反作用力就驱动顶块向反方向移动,顶块带动卡爪抓取法兰安装座向外移动,直到进油管接头复位至设计位置。

▲图3 复位装置工作原理

5 关键技术

5.1 法兰安装座抱紧功能设计

进油管接头伸出段较短,约5 cm,接头上带有活动的法兰安装座。安装座上唯一可以使用工具操作的位置是法兰安装座内侧三处均布的圆锥面,操作空间小,且可用的着力面积小,可以利用法兰安装座接触面合理设计抱紧机构。

5.2 支脚灵活调节功能设计

对于支脚支承机匣的位置,需要避让机匣上的管路焊缝。当法兰安装座位置固定时,需要支脚灵活调节位置,避让管路焊缝,防止压坏焊缝。并且支脚设计具备自由度,可以根据机匣表面型面调整位置,直至装置安装稳定。

5.3 校正结构设计

调整抱紧机构,使卡爪受力均匀,不会出现卡爪工作时脱开的情况。卡爪的连接结构校正顶块的位置,使顶块沿进油管的轴线方向运动,实现进油管接头的复位功能。

6 优点

所设计的复位装置具有如下优点:

(1) 利用螺纹反作用力使工作过程中施力均匀,避免人工施力不稳定,造成零件损伤;

(2) 定位精度高,施力方位准确;

(3) 解决空间狭小、操作困难的问题;

(4) 支脚位置调节灵活,支撑稳定;

(5) 结构新颖、精巧,质量轻,操作方便,使用稳定、可靠。

通过应用这一复位装置,解决了加力燃烧室燃油总管进油管接头下沉、安装座卡滞,造成燃油管无法复位的问题。

7 结束语

笔者针对航空发动机铰接式装配的加力燃油管路试车后经常出现的位置偏离现象,设计了一种加力燃油管路进油管接头复位装置。通过将这一复位装置安装在加力筒体外部,可以实现燃油管路的位置复位,缩短拆分复装的工艺周期,同时避免通过施加不稳定外力对管路焊缝及加力机匣薄壁件的影响。这一复位装置可以提高燃油管路的复位精度,保证发动机零件装配质量。