某型發(fā)動機高空不減油故障分析

王劍 盧波

摘 要：本文分析了某型發(fā)動機燃油調(diào)節(jié)器感溫棒的工作原理。通過燃油調(diào)節(jié)器高空不減油故障，敘述了某型發(fā)動機高空燃油耗量調(diào)節(jié)原理，闡明了燃油調(diào)節(jié)器感溫棒泄漏對燃油消耗量的影響。本文對發(fā)動機典型故障的排除具有參考意義。

關(guān)鍵詞：燃油調(diào)節(jié)器；感溫棒；故障

中圖分類號：V263.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）20-0054-02

1 引言

某型發(fā)動機是我國常用的渦輪螺旋槳發(fā)動機。該型發(fā)動機通過燃油調(diào)節(jié)器修正機構(gòu)感受飛行高度、飛行速度及進(jìn)氣溫度的參數(shù)變化，自動調(diào)節(jié)供油量。

該型發(fā)動機在使用過程中常常出現(xiàn)燃油調(diào)節(jié)器感溫棒故障。感溫棒故障的表現(xiàn)多發(fā)生在高空，造成燃油調(diào)節(jié)器無法正確調(diào)節(jié)供油量，而地面進(jìn)行故障排除時因無法模擬高空條件，對感溫棒故障的排除帶來一定的困難。本文對燃油調(diào)節(jié)器感溫棒進(jìn)行了詳細(xì)的研究，為類似故障排除提供借鑒。

2 故障現(xiàn)象

某用戶某型發(fā)動機發(fā)生一起高空不減油故障，現(xiàn)場更換燃油調(diào)節(jié)器感溫棒后故障排除。

3 原理分析

根據(jù)發(fā)動機特點，選用了轉(zhuǎn)速、當(dāng)量功率和渦輪前燃?xì)鉁囟茸鳛楸徽{(diào)參數(shù)。因為它們比較全面地反映了發(fā)動機特性、零件的載荷和熱負(fù)荷。

發(fā)動機特性所規(guī)定的調(diào)節(jié)任務(wù)是由燃油調(diào)節(jié)器的修正部分來實現(xiàn)的，見圖1。修正部分的各種調(diào)節(jié)機構(gòu)分別通過感受大氣的靜壓、總溫和壓氣機進(jìn)口總壓來自動控制油門開關(guān)的軸向移動量，改變油門開關(guān)限流口的截面，使供油量相應(yīng)的增減，以適應(yīng)發(fā)動機的工作需要。在渦輪前燃?xì)鉁囟认拗茀^(qū)（高空時），燃油調(diào)節(jié)器等溫機構(gòu)感受總溫和壓氣機進(jìn)口總壓，進(jìn)而調(diào)節(jié)供油量，保持渦輪前燃?xì)鉁囟却笾虏蛔?。在渦輪前燃?xì)鉁囟认拗茀^(qū)，主要由修正部分的感溫棒調(diào)節(jié)發(fā)動機供油量。

3.1 等溫機構(gòu)工作原理

當(dāng)發(fā)動機在溫度限制區(qū)工作時，為了保持渦輪前溫度大致不變，由修正部分等溫機構(gòu)同時感受發(fā)動機進(jìn)氣道中總壓和進(jìn)氣滯止溫度來改變供油量。

等溫機構(gòu)包括真空膜盒組87、搖臂95、感溫棒88、杠桿91和凸輪96。

真空膜盒組87由兩個膜盒組成，放在總壓室內(nèi)。膜盒室引入發(fā)動機進(jìn)氣道中總壓，當(dāng)減小時，膜盒即膨脹，搖臂95將分流活門83推向右移，減小供油量。相反，當(dāng)增加時，則增加供油量。

當(dāng)發(fā)動機進(jìn)口空氣溫度升高時，感溫棒頂桿伸出量增大，杠桿91順時針轉(zhuǎn)動，通過杠桿91使凸輪96亦順時針轉(zhuǎn)動。在凸輪96上有一個偏心調(diào)節(jié)螺釘26，它是搖臂95的中支點，由于凸輪96順時針轉(zhuǎn)動，螺釘26向上移動，迫使搖臂95上端向右移動，推動分流活門83向右而減少供油量。凸輪96的型面使螺釘26的移動根據(jù)曲線A=f（）修正供油量，見圖2。

3.2 感溫棒工作原理

感溫棒屬于燃油調(diào)節(jié)器的修正部分，感受發(fā)動機進(jìn)口總溫變化。當(dāng)溫度變化時，產(chǎn)品內(nèi)腔感溫介質(zhì)體積發(fā)生變化，使其中波紋管組合件輸出相應(yīng)位移，與燃油調(diào)節(jié)器有關(guān)附件配合自動調(diào)節(jié)燃油供油量，滿足發(fā)動機各個狀態(tài)的性能需求。

經(jīng)現(xiàn)場檢查，感溫棒的頂桿伸出長度為27mm，與技術(shù)要求34.4mm相比明顯變短。現(xiàn)場服務(wù)人員判定感溫棒發(fā)生了泄漏故障。

4 故障件檢查分析

感溫棒屬于波紋管外腔充灌感溫介質(zhì)的溫包類產(chǎn)品。由波紋管與兩端接頭零件焊接組合，形成彈性敏感部分及位移輸出部分。在波紋管外部封焊溫包管形成一定容積的密封腔體（簡稱灌液腔）。按要求將頂桿零件拉伸7mm（即波紋管預(yù)壓縮約7mm）后，通過毛細(xì)管向該腔體內(nèi)充灌感溫介質(zhì)，最終封堵毛細(xì)管形成感溫棒成品。

產(chǎn)品配套波紋管使用鈹青銅QBe1.9帶料，壁厚約為0.15mm。在波紋管配套縫焊前均抽樣進(jìn)行內(nèi)、外表面電鏡掃描，檢查波紋管是否存在機械損傷。

4.1 內(nèi)表面檢查

對泄漏部位試樣的內(nèi)表面進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)故障件波紋管內(nèi)表面，在波峰、波谷處發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕產(chǎn)物，內(nèi)表面觀測圖示見圖4。

4.2 裂紋形貌分析

采用體視顯微鏡和三維視頻顯微鏡宏觀觀察故障產(chǎn)品內(nèi)表面裂紋形貌，發(fā)現(xiàn)開裂處均位于波谷內(nèi)表面，裂紋呈折線狀，裂紋表面有較多腐蝕坑，裂紋如圖4；采用Zeiss EVO18掃描電子顯微鏡觀察故障件的裂紋表面形貌，如圖5。

觀察裂紋斷口形貌，如圖6，從波谷內(nèi)表面向外表面擴展，斷口平齊，與主應(yīng)力垂直，沒有明顯塑性變形痕跡，起源處表面存在腐蝕產(chǎn)物沉積附著，整個斷面呈冰糖塊形貌，即產(chǎn)品發(fā)生沿晶開裂，并發(fā)現(xiàn)多處晶間有二次裂紋，實際工作時波谷內(nèi)表面承受拉應(yīng)力，這些因素綜合評定故障件符合應(yīng)力腐蝕開裂特征。

采用金相顯微鏡觀察開裂部位的金相組織，發(fā)現(xiàn)裂紋處存在沿晶界擴展的樹枝狀分叉裂紋，如圖7，進(jìn)一步驗證符合應(yīng)力腐蝕開裂形貌。

通過電鏡能譜分析裂紋表面及斷口處的腐蝕產(chǎn)物成分，結(jié)果顯示存在一定濃度含量的氯離子。

4.3 腐蝕原因分析

分析認(rèn)為波紋管搪錫后焊藥未清洗干凈，導(dǎo)致腐蝕。經(jīng)試驗驗證，現(xiàn)場搪錫使用酸性焊藥FH101-2后，若未能徹底清洗干凈，則會使波紋管內(nèi)表面含有氯離子。

4.4 故障件泄露原因分析

通過前述觀察分析，認(rèn)為故障件開裂符合應(yīng)力腐蝕開裂特征。且經(jīng)電鏡能譜分析裂紋表面及斷口處的腐蝕產(chǎn)物成分，結(jié)果顯示存在一定數(shù)量的氯離子，為在感溫棒生產(chǎn)過程中使用酸性焊藥焊接波紋管后未徹底清洗干凈，酸性介質(zhì)殘留于波紋管內(nèi)表面，在后期存貯、運輸?shù)葷駸岘h(huán)境的作用下造成波紋管腐蝕，在裝機使用過程中，腐蝕區(qū)域在工作應(yīng)力作用下發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂，導(dǎo)致感溫棒泄漏。

5 故障結(jié)論

根據(jù)原理及試驗分析，確認(rèn)故障原因為：發(fā)動機配裝的感溫棒發(fā)生泄漏，當(dāng)溫度變化時，其頂桿無法輸出相應(yīng)位移，失去了與燃油調(diào)節(jié)器有關(guān)附件配合自動調(diào)節(jié)燃油供油量的作用。

6 結(jié)語

某型發(fā)動機高空不減油問題為常見故障，通過對燃油調(diào)節(jié)器中失效的感溫棒進(jìn)行系統(tǒng)檢查、分析，積累了科學(xué)的分析方法，同時也為以后外場服務(wù)工作提供了借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]某型發(fā)動機技術(shù)說明書[M].中國航發(fā)南方工業(yè)有限公司，2017.

[2]某型發(fā)動機維修手冊[M].中國航發(fā)南方工業(yè)有限公司，2017.