夏海波 米廩營(yíng) 李天 俞振華 徐成方

摘要：描述了某型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)卸荷腔壓力大的故障情況，通過(guò)對(duì)渦輪冷氣氣流原理及卸荷腔壓力大原因的分析，找到了故障產(chǎn)生的根本原因，結(jié)論表明：渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)卸荷腔壓力大的主要原因是封嚴(yán)殼體配合間隙偏小，并對(duì)此提出了改進(jìn)措施，為渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻氣流故障的排除提供參考。

關(guān)鍵詞：卸荷腔；壓力；封嚴(yán)殼體；配合間隙

Keywords：unloading chamber；pressure；sealed shell；clearance

1 基本情況

渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，由于每級(jí)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的進(jìn)口與出口的壓力差作用，使壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子中軸承承受較大的向前軸向力。為了減少中軸承的受力，降低其磨損，保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，在發(fā)動(dòng)機(jī)上采取了以下措施：一是通過(guò)聯(lián)軸器，平衡一部分壓氣機(jī)和渦輪轉(zhuǎn)子的軸向力，使其傳至滾珠軸承的軸向力減小；二是將低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的軸向力設(shè)計(jì)成向后的（即低壓渦輪轉(zhuǎn)子向后的軸向力大于低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子向前的軸向力），由于低壓轉(zhuǎn)子的軸向力是通過(guò)高壓轉(zhuǎn)子傳至中軸承的，而高壓轉(zhuǎn)子的軸向力是向前的，因此高低壓轉(zhuǎn)子的軸向力又被平衡掉一部分，再一次減小了中軸承的軸向力；三是設(shè)置卸荷腔，使高壓轉(zhuǎn)子受到一個(gè)向后的軸向力，使中軸承所承受的軸向力減少到較小的數(shù)值。

某型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)行工廠試車時(shí)，進(jìn)入最大狀態(tài)，調(diào)整壓氣機(jī)后卸荷腔壓力時(shí)，發(fā)現(xiàn)通過(guò)更換卸荷腔隔板無(wú)法調(diào)整卸荷腔的壓力，同時(shí)，卸荷腔的壓氣大于工藝規(guī)定。

2 結(jié)構(gòu)分析

2.1 冷卻氣路走勢(shì)

某型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪冷卻氣路分成三路。第一路引自燃燒室火焰筒外部，用于Ⅰ級(jí)導(dǎo)向器葉片、Ⅱ級(jí)導(dǎo)向器葉片和Ⅰ級(jí)渦輪外環(huán)的冷卻；第二路引自壓氣機(jī)第六級(jí)后兩個(gè)空氣管，用于冷卻渦輪葉片榫頭和渦輪盤；第三路引自壓氣機(jī)三級(jí)后面內(nèi)軸的內(nèi)腔，用于防止后中介軸承過(guò)熱和減少渦輪盤向滑油傳熱。其中，卸荷腔的空氣來(lái)自第二路冷卻空氣，由壓氣機(jī)第六級(jí)通過(guò)兩個(gè)管子引入，經(jīng)過(guò)封嚴(yán)圈進(jìn)入空腔，通過(guò)封嚴(yán)殼體前面的銑槽沿8根管子進(jìn)入卸荷腔，然后排入大氣，如圖1所示。

2.2 卸荷腔減荷原理

卸荷腔減荷的實(shí)質(zhì)就是改變氣體力的傳遞路線，即作用在轉(zhuǎn)子上的氣體力原本需經(jīng)中軸承傳到機(jī)匣上，經(jīng)減荷后變?yōu)橹苯幼饔迷跈C(jī)匣上。轉(zhuǎn)子減少的向前的軸向力等于靜子上增加的向前的軸向力，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)總軸向力不變，而中軸承受力減小，使其工作條件得到較大改善。

2.3 篦齒封氣原理

篦齒封嚴(yán)裝置是通過(guò)減小漏氣處兩端的氣壓差來(lái)減少漏氣損失的，其工作原理如圖2所示。

當(dāng)空氣流過(guò)一道篦齒進(jìn)入兩篦齒之間的空腔中時(shí)，體積會(huì)突然膨脹，產(chǎn)生漩渦，從而使這股氣流的能量有所損失，壓力降低?？諝饬鬟^(guò)每道篦齒都是如此，氣壓會(huì)逐步降低。因此，各篦齒相鄰兩空腔的壓力差減小了，漏氣量也隨之減少?？梢钥闯觯旱谝?，篦齒式封嚴(yán)裝置只能減小漏氣，而不能防止漏氣；第二，在篦齒式封嚴(yán)裝置前后一定的壓力差條件下，隨著篦齒數(shù)目的增多，相鄰兩空腔的壓力差減小，因而漏氣量減小，所以常采用多道篦齒封嚴(yán)裝置。但是，對(duì)于一定尺寸的封嚴(yán)裝置，有一個(gè)最佳齒數(shù)。齒數(shù)如果過(guò)多，由于空腔過(guò)小，節(jié)流效果就會(huì)變差，漏氣量反而增大。

2.4 卸荷腔壓力的調(diào)整

發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，第六級(jí)壓氣機(jī)后的部分壓縮空氣會(huì)從六級(jí)輪盤上兩層篦齒封氣裝置漏至卸荷腔，使腔內(nèi)有一定余壓。卸荷腔內(nèi)的壓力形成了中軸承和前中介軸承封嚴(yán)漲圈的高壓面，提高了封油效果。但是，卸荷腔內(nèi)的壓力如果過(guò)大，就會(huì)使卸荷作用減弱。為了使卸荷腔內(nèi)的壓力既能有效地封油又能很好地減荷，就在減荷腔右邊通氣管（順航向看）外端裝有調(diào)壓板（見圖3），隔板上的通氣孔直徑根據(jù)需要調(diào)整。發(fā)動(dòng)機(jī)在臺(tái)架試車中最大狀態(tài)時(shí)，會(huì)在卸荷腔左邊（順航向看）通氣管處測(cè)量壓力，并在卸荷腔的右邊通氣管出口處通過(guò)更換不同孔徑隔板的方式，將卸荷腔內(nèi)的氣體壓力調(diào)整至表壓0.049～0.088MPa，外場(chǎng)使用不得任意更換。

3 原因分析

由對(duì)卸荷腔工作原理的分析可知，造成卸荷腔壓力超規(guī)定的原因，一是高壓渦輪篦齒異常磨損，冷卻空氣泄漏量變大；二是封嚴(yán)殼體橢圓度超過(guò)規(guī)定，局部漏氣量偏大，出現(xiàn)卸荷腔壓力偏大；三是隔板的漏氣孔直徑偏大，漏氣量偏大；四是封嚴(yán)殼體銅層脫落，高壓渦輪篦齒與封嚴(yán)殼體的間隙超過(guò)規(guī)定，出現(xiàn)空氣泄漏量增大，卸荷腔壓力超規(guī)定。

4 故障排除

4.1 故障排查

對(duì)照上述原因分析，對(duì)可能原因逐一進(jìn)行排查：

1）檢查高壓渦輪篦齒，無(wú)異常磨損，封嚴(yán)殼體無(wú)銅層脫落；

2）封嚴(yán)殼體橢圓度符合要求；

3）檢查隔板漏氣孔直徑，在尺寸下限；

4）檢查封嚴(yán)殼體銅層，未脫落；

5）檢查封嚴(yán)殼體與高壓渦輪篦齒的配合間隙，為1.07mm（規(guī)定間隙為0.98～1.06mm），超過(guò)規(guī)定值。

4.2 排故措施

針對(duì)故障排查結(jié)果，對(duì)封嚴(yán)殼體重新鍍銅，再對(duì)鍍銅層進(jìn)行車削，將封嚴(yán)殼體與高壓渦輪篦齒之間的配合間隙控制在0.98～1.0mm之間，同時(shí)保證橢圓度符合要求。

發(fā)動(dòng)機(jī)重新試車，故障排除。

5 結(jié)束語(yǔ)

這是一起試車過(guò)程中卸荷腔壓力偏大的故障。卸荷腔壓力偏大的原因是在上調(diào)高壓渦輪導(dǎo)向器面積時(shí)，高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升，壓氣機(jī)六級(jí)后的壓縮空氣的壓力隨之增加，導(dǎo)致卸荷腔內(nèi)的漏氣量增大，使卸荷腔內(nèi)的壓力上升超過(guò)工藝規(guī)定。為了預(yù)防此類故障，在發(fā)動(dòng)機(jī)修理中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)參數(shù)的系統(tǒng)性考慮，避免出現(xiàn)為了保證某個(gè)參數(shù)合格而導(dǎo)致其他相關(guān)參數(shù)不合格的情況。

通過(guò)對(duì)本次故障的分析，認(rèn)識(shí)到影響卸荷腔壓力的除了隔板通氣孔直徑這一顯性因素，還有封嚴(yán)殼體間配合間隙漏氣量和高壓部位氣體來(lái)源部分的壓力值這兩個(gè)隱性因素。相信隨著對(duì)同類故障的進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析，此類問(wèn)題將得到有效解決。

作者簡(jiǎn)介

夏海波，工程師，主要從事渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)分解裝配技術(shù)工作。