渦軸8F發(fā)動機喘振故障淺析

馬健

摘要：渦軸8系列發(fā)動機為自由渦輪式的渦輪軸發(fā)動機，具有性能比較先進，尺寸小，重量輕，結構簡單，工作可靠，使用維護方便的特點。發(fā)動機的壓氣機由一級跨音軸流壓氣機和一級超音離心壓氣機組成的混合式壓氣機，具有結構簡單、重量輕、增壓比高、性能平穩(wěn)的特點。本文根據(jù)發(fā)動機的壓氣機工作原理分析喘振的原因并提出維護建議及防止喘振的措施。

關鍵詞：發(fā)動機喘振 空氣壓力故障

中圖分類號：V32 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791(2011)2(c)-0000-00

1失速與喘振的概述

工作葉輪進口處相對失速的方向與葉片弦線之間的夾角叫做攻角。影響攻角的因素有兩個：一是轉速，另一個是工作葉輪進口處的絕對速度（包括大小和方向）。在攻角過大的情況下，會使氣流在葉背處發(fā)生分離，這種現(xiàn)象叫做失速。失速區(qū)九朝著與葉片旋轉方向相反的方向移動。這種移動失速比周圍速度要小，所以站在絕對坐標系上觀察時，失速區(qū)以較低的轉速與壓氣機葉輪做同方向的旋轉運動，稱為旋轉失速。

2發(fā)動機內(nèi)部空氣系統(tǒng)

發(fā)動機工作時，外界空氣經(jīng)直升機上的進氣道流入壓氣機，首先在軸流壓氣機中得到壓縮，然后再進入離心壓氣機被進一步壓縮。壓縮后的高壓空氣進入燃燒室，與燃油混合燃燒，生成高壓高溫的燃氣。從燃燒室出來的燃氣流向渦輪，首先在燃氣發(fā)生器渦輪中膨脹做功，帶動壓氣機工作；然后燃氣進入自由渦輪中進一步膨脹做功，從而向外提供功率，驅動直升機旋翼等工作。

2.1 篦齒（或稱迷宮）封嚴裝置的密封原理。篦齒封嚴裝置（或稱迷宮封嚴裝置）是利用篦齒前后空氣的壓差來達到密封目的。增壓空氣從壓力高的一側通過篦齒裝置很小的間隙流向壓力低的一側，空氣的流量被限制得盡可能小，而且始終沿從壓力高到壓力低的方向流動，如此，壓力較低的那一側（例如滑油腔）就被空氣密封，滑油不能從篦齒處泄出。

2.2發(fā)動機前部的內(nèi)部空氣流路。引用軸流壓氣機后的壓縮空氣（P1′），用于壓氣機前后軸承篦齒封嚴裝置的密封。壓縮空氣經(jīng)離心壓氣機葉輪前面的間隙進入，一部分對壓氣機后軸承密封，另一部分經(jīng)軸上的孔進入軸流壓氣機軸內(nèi)腔，對壓氣機前軸承進行密封，同時加溫壓氣機軸流轉子前端的整流帽罩，防止低溫時結冰。

2.3發(fā)動機中部的內(nèi)部空氣流路。引用離心壓氣機后的壓縮空氣（P2），用于甩油盤篦齒封嚴裝置的密封（密封燃油）、燃氣發(fā)生器后軸承篦齒封嚴裝置的密封、燃氣發(fā)生器渦輪導向器和渦輪盤的冷卻。

2.4發(fā)動機后部的內(nèi)部空氣流路。引用P2壓縮空氣密封自由渦輪前軸承、利用外界大氣Po冷卻燃氣發(fā)生器后軸承座和自由渦輪導向器。自由渦輪前軸承的密封空氣，是利用裝在渦輪機匣上的引氣接頭將P2空氣引出，經(jīng)外部空氣導管送到減速器機匣上的空氣接頭，再經(jīng)機匣內(nèi)部通道送到自由渦輪前軸承篦齒封嚴裝置進行密封。

3壓氣機放氣活門

3.1放氣活門的作用

放氣活門的作用，是在燃氣發(fā)生器轉速較低時放掉一部分軸流壓氣機出口的空氣

（P1′），防止壓氣機喘振。同時也有利于起動時轉子加速。

壓氣機工作時P2/Po與NG的關系如圖1所示。

圖1

虛線所示為放氣活門關閉時情況，在Ng較低（P2/Po較?。r，壓氣機工作線離喘振線較近，因此容易進入喘振區(qū)。當放氣活門打開時，空氣流量G′增加，因而壓氣機工作線離喘振線較遠，喘振裕度較大，工作中就不會發(fā)生喘振。

放氣活門安裝在壓氣機機匣錐形段上方，放氣活門打開時，部分P1′空氣經(jīng)活門排入外界大氣。放氣活門開閉界限根據(jù)P2/Po值確定，與一定工作條件（大氣溫度、高度）下的Ng對應。

調定的P2/Po≈6.1

地面標準大氣條件下，加速過程中，Ng≈92%時活門關閉。減速過程中，Ng≈91%時活門打開

3.2氣動式放氣活門

氣動式放氣活門根據(jù)P2和Po空氣壓力自動控制活門的關閉和打開。放氣活門控制部分有感受P2和Po的膜盒組，膜盒內(nèi)部作用著P2空氣壓力，膜盒外部作用著Po空氣壓力，當P2/Po上升到調定值時，膜盒因伸長而關小薄膜控制腔的泄漏口，控制腔（節(jié)流嘴B下游）壓力升高，薄膜左移關閉活塞腔（節(jié)流嘴A下游）的泄漏口，活塞腔內(nèi)壓力升高，活塞克服彈簧力下移，通過扇形齒輪將活門關閉。

3.3放氣活門工作界限

放氣活門關、開界限的檢查要在飛行中進行，檢查時應關閉所有空氣引氣開關，而且要緩慢地改變NG轉速。

4喘振的原因及預防措施

4.1產(chǎn)生喘振的原因

喘振的根本原因是由于氣流攻角過大，在葉背處發(fā)生分離而且這種氣流分離擴展道整個葉柵通道。因此壓氣機葉柵完全失去擴壓能力，不能將氣流推向后方，克服后面較強的反壓，由于流量急劇下降。不僅如此，由于動葉葉柵失去擴壓能力，后面的高壓氣體可能倒流至前面。這樣，壓氣機后面的反壓降的很低，整個壓氣機流路這一瞬間變得通暢。

4.2喘振發(fā)生條件

喘振發(fā)生條件有：發(fā)動機轉速減小而偏離設計值，相對速度的方向變陡，流量系數(shù)變??；壓氣機進口總溫升高，熱空氣難以壓縮，壓氣機增壓比小于設計值；壓氣機空氣流量驟然減小，如推油門過快，供油量增加過猛；發(fā)動機進口流場畸變；著陸滑跑速度低時仍用高反推；進氣口結冰；發(fā)動機翻修質量差，外來物損傷，防喘機構工作不正常等。

4.3防喘措施

由于壓氣機是根據(jù)設計點的氣動參數(shù)進行設計的，當工作在非設計狀態(tài)時，各級的速度三角形和設計點不同，既是非設計點的參數(shù)與壓氣機的幾何形狀不協(xié)調，這時各級的流量系數(shù)大大偏離了設計值，造成氣流攻角過大或過小，產(chǎn)生了喘振。

防喘的原理是壓氣機在非設計狀態(tài)下通過一些措施也能保持與壓氣機幾何形狀相適應的速度三角形，從而使攻角不要過大或過小。防止壓氣機失速和喘振的方法常用放氣活門、壓氣機靜子葉片可調和采用多轉子。

參考文獻

[1]發(fā)動機維護手冊.