李欣， 王博

（海軍駐常州地區(qū)航空軍事代表室，江蘇 常州 213022）

0 引言

某型航空發(fā)動機0042號在進行機務(wù)準(zhǔn)備工作時，機務(wù)人員按照使用維護手冊要求攀轉(zhuǎn)壓氣機轉(zhuǎn)子進行檢查，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動不暢，有明顯的卡滯，并且在燃氣渦輪（燃燒室）處伴有金屬摩擦聲。檢查發(fā)動機滑油濾、磁性螺堵等附件等均無異常，打開發(fā)動機的中軸承回油管進行檢查也未發(fā)現(xiàn)有金屬粉末；檢查發(fā)動機的自由渦輪轉(zhuǎn)子和壓氣機轉(zhuǎn)子均無異常顯示，基本排除了發(fā)動機轉(zhuǎn)動部件磨損的可能。

將發(fā)動機返回承制廠后進行全面的分解檢查，發(fā)現(xiàn)發(fā)動機前段機匣的連接后蓋、封嚴(yán)篦齒及封氣環(huán)的螺釘和鎖片有一套已完全脫落，在離心葉輪和后蓋之間的空腔內(nèi)發(fā)現(xiàn)已磨損的金屬片，后蓋、葉輪均有一定程度的磨損，具體見圖1和圖2。通過對故障現(xiàn)象和檢查結(jié)果進行分析，將本次壓氣機轉(zhuǎn)子卡滯故障原因定位在鎖片、螺釘上。

1 故障分析

離心壓氣機轉(zhuǎn)子及裝有篦齒和封氣環(huán)構(gòu)成的后蓋組件裝配關(guān)系見圖3。其中，鎖片被壓緊在螺釘頭下面，長爪頂靠住壓氣機后蓋的止口，2個尖爪彎曲鎖緊螺釘?shù)牧筋^，螺釘?shù)牧硪欢擞?個沖鉚坑。

圖1 后蓋及金屬片

1）受力分析。篦齒和封氣環(huán)裝在后蓋上，處于懸臂狀態(tài)，在發(fā)動機工作過程中一直承受比較大的高頻振動。該處由于緊靠燃燒室，溫度長時間較高，后蓋前后的溫度和氣壓差較大。在冷熱交變、振動、內(nèi)外壓力差等綜合因素的反復(fù)作用下螺釘極易松動，一旦松動，螺釘就會反復(fù)往松脫方向（逆時針方向）使鎖片的止動片頂緊在后蓋止口上，而鎖片則受反復(fù)高頻旋轉(zhuǎn)趨勢的振動應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，在后蓋對鎖片長爪長時間的反復(fù)作用下就導(dǎo)致應(yīng)力最大處（長爪根部）出現(xiàn)疲勞裂紋。

圖2 離心葉輪

圖3 離心葉輪、后蓋的局部裝配圖

2）失效分析。假定進入封嚴(yán)篦齒前的氣流壓力為P3，氣流通過封嚴(yán)篦齒外環(huán)進入封嚴(yán)環(huán)腔壓力為P3′，再通過封嚴(yán)篦齒內(nèi)環(huán)進入葉輪后腔壓力為P2′。根據(jù)分析計算可知，P3＞P3′＞P2′，加上離心葉輪高速旋轉(zhuǎn)的鼓風(fēng)效應(yīng)，在葉輪后腔內(nèi)存在低壓區(qū)，因此，螺釘正常工作時還要承受由后向前的壓力，再加上工作時的振動、溫度變化等因素的共同作用，螺釘存在松動的趨勢。采取螺釘配裝鎖片及另一端沖坑、較大的擰緊力矩要求這三項措施均是為了防止螺釘松動的。

鎖片長爪沿螺釘頭部壓緊處斷裂，鎖片裝配時有一定的方向要求，其長爪沿逆時針方向頂靠在后蓋的止口上，以防止螺釘轉(zhuǎn)動導(dǎo)致松動。

鑒于以上分析，某型發(fā)動機螺釘及鎖片脫落的原因應(yīng)是鎖片斷裂導(dǎo)致螺釘鎖緊失效，在振動、氣流壓力差、冷熱交變等各因素的共同作用下造成松動，導(dǎo)致螺釘與高速旋轉(zhuǎn)的離心葉輪發(fā)生摩損，最終脫落，并在葉輪后腔內(nèi)滾動碾壓，使螺釘碾成金屬片。

2 故障結(jié)論

1）沖鉚工藝要求不明確。對螺釘?shù)募庸み^程進行復(fù)查時，發(fā)現(xiàn)螺釘端部有倒角，且沒有明確的沖鉚工藝要求，沖鉚孔起的防松效果較小，一旦鎖片斷裂，螺釘在失去預(yù)緊力的情況下會慢慢松動。選取測繪樣機的螺釘與之進行對比，發(fā)現(xiàn)測繪樣機的螺釘端部倒角很小，但能起到明顯的防松效果，在鎖片斷裂的情況下可以起到止退螺釘?shù)淖饔谩?/p>

2）鎖片技術(shù)要求不明確。再對鎖片進行工藝復(fù)查，發(fā)現(xiàn)鎖片長爪根部倒角R（如圖4所示）在圖樣中未注尺寸要求，按未注尺寸要求為R0.3±0.2 mm，實際該處尺寸為R0.4 mm，雖符合圖樣尺寸要求，但在工作過程中因應(yīng)力集中很容易產(chǎn)生裂紋。

圖4 鎖片

3 改進措施

根據(jù)上述原因分析，對在役發(fā)動機和新制零件采取以下措施：

1）改進裝配要求。明確螺釘?shù)难b配要求，調(diào)整螺釘合適的螺桿長度L，使得螺釘、鎖片、后蓋組合、篦齒安裝邊（封嚴(yán)篦齒）、封氣環(huán)、裝配好的p=0.5 mm（p為螺釘超出封氣環(huán)端面的長度）。用120°的沖錐在螺釘?shù)穆菁y尾端端面上沖2個徑向?qū)ΨQ的坑（沖坑中心離螺紋大徑約1 mm的位置，沖坑大小約φ1.5 mm，深度約0.5 mm）。要求沖坑的同時必須用一個銅棒頂住螺釘?shù)牧硪欢?，以避免沖坑時的沖擊力對螺紋或其它零件的損害。

2）完善設(shè)計尺寸。更改鎖片的設(shè)計要求，在保證配合公差為公差為±0.05的前提下，將鎖片厚度由0.5 mm增大為0.6 mm，并且明確鎖片長爪根部R=0.8 mm。

為了保證p=0.5 mm，需要螺釘有足夠的螺桿長度L。經(jīng)對發(fā)動機的尺寸鏈進行計算，需用螺釘?shù)穆輻U長度L=14±0.2 mm。因此，為了保證極限情況下沖坑的效果，須對螺釘?shù)穆輻U長度加長約1 mm，直接選用長度L=15±0.2 mm的螺釘替代，其它尺寸均相同。

3）對已制件的處理及外場使用分析。對庫存的已制鎖片停止使用，辦理報廢并隔離，防止流入工作現(xiàn)場。對已交付外場使用的發(fā)動機，由于后蓋與離心壓氣機轉(zhuǎn)子之間基本是一個封閉腔，即便鎖片斷裂，掉塊也不易進入發(fā)動機氣流通道打壞其他零件從而危及飛行安全，而且在外場維護時能通過攀轉(zhuǎn)壓氣機轉(zhuǎn)子檢查的方式發(fā)現(xiàn)故障，不影響發(fā)動機在外場的使用。對已交付外場使用的發(fā)動機，結(jié)合返廠修理工作更換新件。

4 結(jié)語

經(jīng)發(fā)動機臺架試車及發(fā)動機外場實際使用驗證，未再反映卡滯問題出現(xiàn)，證明該改進措施有效，可以保證裝備的正常使用。