火焰筒故障分析与检修.doc

/sundae_meng西安航空职业技术学院毕 业 设 计（论 文）论文题目： 火焰筒故障分析与检修所属系部： 航空维修工程系指导老师： 职 称： 学生姓名： 班 级、学号: 专 业： 航空机电设备维修西安航空职业技术学院制2010年 04 月 15 日西安航空职业技术学院 毕业设计（论文）任务书题目： 火焰筒故障分析与检修任务与要求： 做好对火焰筒故障与检修原理的论述，详细介绍火焰筒故障与检修 方法的有关内容；对于火焰筒故障与检修在飞机检修中有一个较为清 析的概念，对火焰筒故障分析于检修规范能够充分的理解。 时间： 2012 年 04月 16日 至 2012年 05月10日 共 4 周所属系部： 航空维修工程系学生姓名： 学 号： 专业： 航空机电设备维修指导单位或教研室： 航空维修工程系指导教师： 职 称： 西安航空职业技术学院制2010 年 04 月 15 日目录1火焰筒故障概述12火焰筒常见故障与排除方法 2.1帽罩进气口、帽罩补偿孔裂纹 2.1.1火焰筒帽罩进气口裂纹 2.2二层间壁（锥体）圆孔裂纹3火焰筒的主要故障 3.1火焰筒一段的主要故障 3.1. 1滚焊缝裂纹、开焊 3.1.2圆孔边裂纹 3.1.3联焰管座孔旁裂纹 3.1.4局部变形、翘曲或烧伤 3.1.5加强套烧伤、裂纹、掉块 3.2火焰筒中段故障 3.3火焰筒二段故障火焰筒故障分析与检修 【摘要】 火焰筒是燃烧室组合件中主要零件之一，它是发动机组织燃烧的核心。燃油的雾化、油和气的混合，点火、燃烧以至于火焰生成的整个过程，都与火焰筒的构造有密切关系。不仅如此，WP-5发动机的使用还证明火焰筒产生的故障，也于其构造有很大关系。因此，研究发动机的燃烧问题，必须重视研究火焰筒的性能、构造及故障，三者之间互有联系，不可忽略。特别是要设计长寿命的火焰筒，研究火焰筒故障就更为重要了。关键词：燃烧的核心 火焰筒的性能、构造及故障 设计长寿命1火焰筒故障的概述WP-5发动机零件的故障，以火焰筒故障的数量最多，分布范围也最广泛，故障机理也尤为复杂。而且多数故障具有重复性。因此类故障而造成打伤或烧毁涡轮有导向叶片，打坏发动机等事故。重复发生过多次。外场和修理工厂为了排除和修复有故障的火焰筒，耗费的人力和物力是十分惊人的；由于故障严重，无法修理的火焰筒在工厂里堆积如山；所浪费的高温合金材料，更是不计其数。因此，对于火焰筒故障的研究，应该引起各方面足够的重视。 图1-1火焰筒故障分布图1-帽罩进气口裂纹；2-帽罩补偿孔裂纹；3-内锥体裂纹；4-扰流器外环裂纹 ；5-扰流器叶片裂纹；6-段滚焊缝裂纹；7段园孔边裂纹；8段联焰管旁主体裂纹；9-段主体裂纹；10-断局部变形；11-段加强套烧伤、裂纹、掉块；12-中段滚焊缝裂纹；13-中段烧伤、变形、龟裂；14-终端主体裂纹；15-中段结合环裂纹；16-二段加强焊缝裂纹；17-二段小园孔裂纹；18-二段主体裂纹；19-尾部结合环裂纹；20-联焰管磨损。WP-5发动机火焰筒的故障，常见的有变形、裂纹、脱焊、龟裂、烧伤、翘曲及掉快等。根据不完全统计，仅就燃烧不间故障的总和而言，火焰简部分约占60%。2火焰筒的常见故障与排除方法2.1帽罩进气口、帽罩补偿孔裂纹2.1.1火焰筒帽罩进气口裂纹这是从帽罩进气口边缘上产生的裂纹，一经出现发展速度很快，而且多数拐弯，25h之内可能发展为闭合裂纹而导致掉块。帽罩进气口裂纹是一种危险故障，很容易产生掉快，打伤发动机叶片，导致发动机不能使用这样裂纹产生的原因是气体共振，由于压气机出口流脉产生的激振或在某一种转速下出现共振，使得进气口的振动应力增加，从而引起的疲劳裂纹。通常这种故障采用焊接、补片等方法排除后，跟快会出现新的裂纹。在结构设计采用进气口卷边的方法，能有效预防产生这种故障。2.1.2帽罩补偿孔裂纹该裂纹多数出现在固定销左侧（从火焰筒出口往前看），第一个补偿孔边最多，几乎70%的帽罩裂纹都产生在该处（图2-1-2、图2-1-3）。新、老式火焰筒图2-1-2帽罩补偿孔边裂纹最多的部位示意图 图2-1-3帽罩补偿孔边枝状裂纹均普通存在这样故障。裂纹向进气口锥方向发展，发展到长度25mm左右开始拐弯成枝状，拐弯裂纹会发展成为闭合式裂纹，立即引起掉块（2-1-4）。一般当火焰筒使用100-200h才出现裂纹，裂纹出现后，50h之内会发展为闭合裂纹而引起掉快。这种故障，是一种危险性故障。 图2-1-4帽罩补偿孔边裂纹拐弯并闭合 通常解释这种裂纹产生的原因，用火焰附壁效应论。亦即间壁左上方有火焰的附壁效应区，那里局部高温过高，会引发开裂所引起。其次，两联焰管之间的腹部也有附壁效应区，而在右联焰管左侧所对应的间壁，温度却很低，由此而产生温差过大，也能导致间壁及对应的帽罩补偿孔边产生裂纹。 此外，在制造帽罩时，由于冲制、压窝与钻孔工序不当；压窝深度不够；热处理不及时；补偿孔边缘材料晶粒度变大以及压窝刚度不够等，也会导致补偿孔裂纹大量出现。国产火焰筒制造的初期，曾经出现过这些问题，后来改进加工工艺和热处理制度，情况有所好转。为了排除帽罩补偿孔边裂纹故，一般采用焊接、补片等修理方法，胆这只能解决火焰筒短时间使用问题，要彻底消除这样故障，还需要改进火焰筒的结构设计。2.2二层间壁（锥体）圆孔裂纹 这种裂纹是火焰筒的一种普通故障，其故障率约占整个火焰筒的30%。由于二层间壁的部位限制，产生裂纹后很不好修理，只能作少量的锉修及焊修。裂纹较多时只得报废火焰筒，因此，因二层间壁圆孔裂纹而报废的火焰筒最多，约占报废火焰筒总数的50%。二层间壁圆孔裂纹，多数产生在间壁的左上方（从出口往前看），裂纹从间壁第三排开始向第四排孔方向发展，这里的裂纹占整个间壁裂纹的70%；其余部位，在右联焰管下左侧的间壁圆孔也有裂纹，不过较少，约为20%左右（图2-2）。一般裂纹长度较短，在2-10mm左右，发展速度较慢，严重是也可以发展到与第三、第四排孔相连。间壁圆孔裂纹多数发生在无积炭区域以及对面右联焰管左侧，并且域帽罩裂纹右联系，其余的地方一般没有。当火焰筒使用到100-150h期间，这种裂纹数量虽多，但很少发生，因此种故障而掉快并打坏发动机的事。间壁圆孔裂纹的原因，前苏联的研究认为，气流脉动和热应力引起的振动负荷造成裂纹的原因，而且还造成扁扁引力集中的划伤有关；但这种研究结果与实际情况不符。我国的研究认为故障产生可用火焰附壁效应解释，即主要间壁的火焰附壁效应，引起局部热应力增大而产生裂纹。图 2-2火焰筒二层间壁圆孔裂纹及积炭位置图对于无积炭区的成因，也可用局部温度高来解释。因为局部高温，会使多与的燃油很快蒸发并燃尽，不不能生成积炭。间壁炭分布的不均匀性，说明间壁右较大的温差存在。为了防产生间壁圆孔裂纹，也可以采用（图2-2）所示的办法，即在帽罩钻直径为5的孔冷却间壁；同时起到提高间壁内的压力，减少火焰的附壁的作用，可取的较好效果。这种办法，已经通过440h长期试车考验。图2-2在帽罩上钻孔冷却的示意图 发动机对轻微的间壁裂纹，可采用锉修扩孔的办法排除；对于较长的裂纹，则采用焊接方法排除；在发动机使用中，若发现轻微的间壁圆孔裂纹时，仍可工作一段时间，待他发展到与第三排孔和第四排孔完全连通后，再采用焊接方法也是可以的。3火焰筒的主要故障 火焰筒的结构复杂，故障比较多。为了学习方便，通常将火焰筒分为一段、中段、二段、尾段结合环和联焰管等5个部分。3.1火焰筒一段的主要故障 火焰筒一段的故障主要有滚焊缝裂纹、开焊；圆孔边裂纹；联焰管孔旁裂纹；局部变形、翘曲、烧伤；加强套烧伤、裂纹、掉快等5种。3.1. 1滚焊缝裂纹、开焊此种故障有横向和轴向裂纹两种。他们可能单独出现，也可能同时出现在滚焊缝内。图3-1-1火焰筒一段滚焊横向及纵向裂纹横向裂纹出现最多的部位是两联焰管之间一段与中段搭接对应的下方，断续的产生，然后逐渐发展成连续裂纹。开始裂纹最长达20mm左右，发展成为连续裂纹最长达150-200mm。一般在50-100h之内有可能出现这种故障，但是，发展到100mm，要工作200h以上。纵向裂纹分布位置与横向裂纹是一致的，裂纹是单条或数条同时出现；但是裂纹出现较晚，多数在200h以后，从出现后发展至横惯整个渡焊缝为止，以后可能又在附近出现新的纵向裂纹；这样继续下去，裂纹分布区域不断扩大。滚焊缝开焊出现在滚焊缝搭接部位，大致在裂纹较多的部位；开焊后可能发展为裂纹。火焰筒一段的焊缝裂纹、开焊属于过度性故障。裂纹开始出现时，仍然时稳定的；当横向域纵向裂纹同时出现，并发展到一定寿命后，可能出现焊缝掉快。这种故障采用焊接排除后，有可能在焊缝内原有的部位重新出现裂纹。因此，焊接质量要求高，故应采用氩弧焊方法修理。3.1.2圆孔边裂纹 一段圆孔边裂纹多数出现在工作150-200h期间，大部分出现在两联焰管之间一段的圆孔边上。裂纹长度在20mm内，最长可贯穿两圆孔；一段变形严重者多数出现这种故障。 一段圆孔裂纹属于过渡性的故障。裂纹开始出现是稳定的，大约可以稳定在50-100h，以后裂纹扩展速度逐渐加快，最后引起掉快。 这种故障一般采用钻止裂纹或焊接方法排除；裂纹较长时，采用补片的办法排除。3.1.3联焰管座孔旁裂纹一段联焰管座孔旁裂纹的性质与圆孔边裂纹很相似；出现的时间约在200h左右。多数情况是从孔边开始的，然后发展到联焰管座外面。当发现这种裂纹时，已经出现了一段时间，而且裂纹也较长，长度在10mm左右，大部分都是产生在联焰管后面。联焰管孔裂纹性质是过渡性故障，裂纹出现后在一定时间内较稳定，后可能发展导致掉块。对于这样裂纹一般采用焊接排除；裂纹采用挖补的方法排除，效果较好。3.1.4局部变形、翘曲或烧伤 火焰筒一段局部变形、翘曲或烧伤，多数情况同时产生。呈水波状的严重能够变形，大都有烧伤现象，产生在两联焰管之间一段的腹部位置；变形面积较大时，占两联焰管之间一段面积的三分之二以上；烧伤表面呈深绿色、发脆、轻轻敲打即缠上裂纹。烧伤多数产生在变形部位之中，其面积较小，但是与这一部分对应的中段，多数都有同样的变形和烧伤现象；一般出现在发动机使用300-400h期间。局部变形、翘曲、烧伤属于过渡性故障这些故障开始时稳定的，逐渐发展，有可能成为裂纹、掉块。其排出的办法，采用挖补或换段较为合适。3.1.5加强套烧伤、裂纹、掉块在火焰筒一段加强套烧伤、裂纹、掉块等故障中，以烧伤出现最多，其次为裂纹，加强套掉块不太常见。这些故障多数出现在一段联焰筒之间的圆孔加强套，特别是一段加强套的内表面处最多。通常，烧伤首先出现、然后裂纹，最后发展成为掉块。一段加强套烧伤、裂纹属于过渡性故障；加强套掉块属于危险性故障，出现后会打伤发动机；加强套烧伤后，仍可用一段时间；以后继续发展成裂纹时，再接着使用就很容易出现掉块。研究表明，火焰筒一段的5种主要故障，产生的原因都是火焰产生的附壁效应，引起火焰筒壁温局部过高所造成的。但是对于滚焊的裂纹、开焊，则有可能与焊接工艺和质量有关。因为，滚焊裂缝与工艺质量关系密切，此点不能忽略。火焰筒一段故障常用的排除工艺是氩弧焊接；