航空发动机中釆用死腔结构带来重大故障问题 陈光谈航发295

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陈光/文

在航空发动机的零配件中,螺母在一般设备中是实用的、非常简单的联接件,但在发动机马达转子结构设计方案中,就算釆取非常举措,不能釆用长螺母来联接。

因为长螺母很难作到螺母的中心站线与被联接件的外圆成90°相交,如图111.图所示,这就使得螺母头与联接件间有颗夹角,在大的旋紧经典之作用下,螺母头的一蛋会嵌入到联接件中,两者的材质会熔融在一起而无法分解

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AL-31F发动机中,风扇马达转子与低压泄压阀马达转子的联轴器为每套复杂的结构,参见下图。其韵达太短螺母3将两个马达转子轴向联接在一起。此长螺母为一实心封头结构,如前所述,分解此螺母又是最难的。

发动机中釆用死腔结构带来重点故障。发动机结构设计方案中,除特殊情形比如说真空膜盒等外,一般不能制成死腔或封闭空间腔。发动机工作时,各组件温度都会升高,依照PV=Rt(P为工作压力,V为体积,R为常数,t为温度)公式可以看出,死腔的体积不想变,当发动机温度升高后,死腔中的工作压力会升高。

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图、AL-31F中压马达转子联轴器

升高的工作压力对腔壁会施加一两个力,发动机临时停车后此力也就消失了。发动机长期工作后,死腔的腔壁材质会造成低循环疲劳,材质抗压强度大大减低,在其他基本要素作用下,腔壁破裂,会致使重点故障。

STALAVAL压气机马达转子运用长螺母联接引发马达转子无法分解

上世经60时代,我囯为国防动员需用,急需地面管道煤气泄压阀驱动安装的发电设备,但是那时候英、美、法等国均执行对苏、中档共产党国家从严的某些物资制裁伊朗标准,地面管道煤气轮机即是制裁伊朗的一项,最终不得不从豪无研制地面燃气轮机经验的瑞典,买到每套由STALAVAL公司研制的1.5万kW的机组,那就是该公司研制的第3套类产品,自引入后,在芬兰人调试步骤中,出现了每项故障,其中包括压气机马达转子无法分解的问题。

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图111.长螺母与被联接件不成直角相交

STALAVAL压气机马达转子由12级轮盘与相关联的鼓环根据中心站的长螺母联接成三合一,为了保证工作中轮盘与鼓环间有结实的联接,需经长螺母施加极大的轴向力,因此,长螺母制成直经好大的实心结构。

装配马达转子时,先用长螺母将派出机关轮盘与鼓环不太使劲儿地联接成三合一,并且将电电热棒插入螺母中心站孔中,通电后使电热棒升温,长螺母遇热后弯曲,弯曲到规定值后,将长螺母拧到12级轮盘的短轴中,断电后长螺母伸缩,加强所需的旋紧力。

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图15、STALAVAL压气机马达转子结构图

芬兰人在调试步骤中孙多次分解压气机马达转子,但是无法将长螺母拧出。那就是因为长螺母头顶部与马达转子前短轴碰触处不是进一步碰触,施加的轴向力仅作用在减少的位子上,引发碰触处两零部件间的材质熔融在一起而无法拧动,最后只得釆用数控加工的方法将螺母头切削掉,才将压气机马达转子分解掉。

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图17、高压压气机轴内的隔热套筒

D30-KU-1511.动机死腔破裂引发11.低压泄压阀非体谅马达转子爆破故障。图-1511.机用的D30-KU-1511.动机中,在高压压气机轴内装有颗钛合金制的隔热套筒(图17),隔热套筒与低压传动轴间有5mm径向间隙,间隙中为滑油腔。隔热套筒两端均装有封严胶圈,使高压压气机轴与隔热套筒间行成了一死腔。

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图18、低压传动轴开裂

在发动机工作11.82h, 211.7循环后,隔热套筒在反复加压、卸压作用下低循环疲劳,材质抗压强度大大减低。别的,因为封严封胶圈老化,滑油漏入高压压气机轴与隔热套筒行成的环腔中,滑油自燃使腔压突增,引发隔热套筒在外压作用下失稳向内形变行成一两个塌陷处,塌陷处的最尖处与低压传动轴相碰触,在相对性转数5700转/min作用下,将低压传动轴磨出割槽后而开裂(图18)。

低压传动轴开裂后,11.低压泄压阀失去了负荷马达转子飞转,在极大的离心经典之作用下马达转子炸裂,炸裂行成的断块击穿机匣滚落发动机,幸好出故障的发动机位于直升机主轮处,滚落的断块未对直升机机体结构引发挫伤,否则其不良影响先因。

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5.锁紧叶片的锁帽抗压强度不够引发发动机重点故障

风扇、压气机与泄压阀工作叶片装到轮盘右端,需用锁帽将叶片槽向放置在装叶片的榫槽中,防止叶片沿槽向滑出榫槽。锁帽虽小,但它承受的负荷多且变化,如果不认真设计方案,会在工作中开裂,引发叶片从轮盘中滚落,比较严重时滚落的叶片会击穿机匣,对发动机结构或直升机结构引发二次挫伤。

F101风扇叶片锁紧卡簧开裂使B-1B在海湾战争中进一步停飞。F101发动机为B-1B轰炸机所用的发动机,其第1级风扇叶片是用一两个卡簧将各种叶片锁紧在轮盘上的,如图19如图所示。

发动机工作一段时间后,风扇叶片被吸食的狗瘟料石冲刷磨蚀,叶型略有变化因此更改了叶片的自然振动频段,在97%的风扇最大转数下叶片出现共震,振动应力好大。如果叶片存在一点缺陷,就会使叶片开裂,致使马达转子的平衡被破坏,风扇马达转子就会造成高頻振动,引发卡簧开裂,使叶片从轮盘上滚落,结果致使发动机着火。

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1990年10月初,一架B-1B轰炸机刚飞往1800m角度时,1号发动机锁紧风扇叶片的卡簧突然开裂,使全部风扇叶片滚落,致使发动机着火,直升机紧急着陆。2周后又一架直升机因为同样原因,8片风扇叶片滚落发动机,并致使发动机着火,因此美军下令全部97架B-1B停飞以故障检测。

1991年1月17日海湾战争爆发,加拿大袭击了各种在役的侦察机,可是B-1B正科级于停飞排故期而未能参战。自1986年6月29日第1架B-1B进入美军服役到1990年底,发动机累积上班时间大于10央视主持人曹时,曾出现6次叶片甩离事件。

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为故障检测,将本来由不锈钢材质制造的薄厚为1.6 mm的卡簧,改用镍基合金制造,薄厚加大到3.68 mm,以增多卡簧的抗压强度。别的,在风扇叶片根处加装避振块,以减低风扇叶片的振动应力(可减低1/3)。上世经90时代后期,GE公司还运用机光冲击强化(LSP)对风扇叶片进行强化处理,以加强叶片的疲劳抗压强度。

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图19、风扇叶片用卡簧锁紧在轮盘上

涡扇156发动机锁紧叶片的锁帽开裂致使路试间着火

涡扇156发动机是东北地区自行研制的军用小涵道比泄压阀风扇发动机,在上世经60时代后期一回调节路试步骤中,因为压气机叶片锁帽抗压强度不够而开裂,引发一片叶片甩离轮盘并击穿机匣,断片搞坏路试间的燃油导管,引发路试间着火。

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