航空發動機空氣導管裂紋故障分析

趙四洋 劉彥楠

（1.沈陽黎明航空發動機制造公司軍事代表室，遼寧 沈陽 110043；2.中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

1 發動機潤滑系統概述

1.1 潤滑系統

潤滑系統是向發動機主軸軸承、接觸式密封裝置、中央傳動齒輪軸承等提供用于潤滑及冷卻的滑油，從而保證其正常工作。

1.2 潤滑系統的組成

潤滑系統由四個子系統組成：供油系統、回油系統、通氣系統、密封裝置增壓系統。

1.3 通氣系統

通氣系統的作用是將漏入滑油系統的空氣在與滑油分離之后排出發動機。通氣系統的組成為：各軸承腔、離心通風器、前通風器、后通風器、滑油箱、油氣分離器、通風管組件、高空活門。潤滑系統的通氣系統有兩種方式：一種是前軸承腔、發動機附件機匣、飛機附件機匣及滑油箱的空氣管路相連通，從一支點密封裝置漏入前軸承腔的空氣及中、后軸承腔回油泵抽回的空氣經發動機附件機匣內的離心通風器和高空活門排入大氣；另一種通氣方式是采用軸心通風，即經密封裝置漏入中、后軸承腔的空氣由低壓渦輪軸內的前后軸心通風器從低壓渦輪軸軸心排入發動機尾錐后的加力燃燒室。

1.4 密封裝置增壓系統

密封裝置增壓系統的作用是對發動機各軸承腔進行密封及各密封裝置外增壓。密封增壓系統的組成是： 1號圓周石墨件；2號圓周石墨件；3號圓周石墨件；4號圓周石墨件；5號圓周石墨件及后蓋。前軸承腔密封外增壓采用風扇后的空氣，中軸承腔密封采用高壓三級后的空氣。后軸承腔密封外增壓采用高壓二級后的空氣。

1.5 空氣導管與滑油系統的關系

航空發動機采用高壓壓氣機三級引氣以封嚴中、后滑油腔，引氣方式是：經高壓壓氣機轉子鼓筒上的孔及導流片后分為兩股氣流，一股氣流向前經過前軸頸上的孔流到高壓軸承腔外部對其進行封嚴；另一股氣流經過高壓壓氣機第4～9盤和篦齒盤以及高壓渦輪盤的盤心，然后經過高壓渦輪后軸頸上的孔流入低壓渦輪第一級盤心腔，過程中為四支點軸承密封及低壓渦輪盤冷卻。空氣導管穿過整個高壓、高渦轉子，其外鼓筒可以隔開發動機高壓轉子內腔與滑油腔，保證增壓氣正常封嚴滑油腔，內鼓筒用于連通發動機中、后滑油腔，保持壓差穩定性。

當空氣導管內鼓筒焊縫開裂后，由于高速離心力作用，內鼓筒會撕裂開口，引氣直接灌入發動機滑油腔，造成滑油腔壓力升高，油氣比失調，軸心通風器的油氣分離效率急劇降低，滑油隨分離的氣體大量排出滑油腔，發動機滑油消耗量增大，從而危害飛行安全。

1.6 空氣導管結構圖

空氣導管結構見下圖，雙層導管筒體之間共有A、B、C、D、E五條焊縫，每條焊縫由六個凸臺焊接而成，內、外筒體與空氣導管前、后段有四條焊縫焊接。發動機試車后發現的裂紋故障為：內筒體與導管前段焊縫的周向裂紋，延伸至筒體基體的軸向裂紋。在解剖導管檢查內、外筒體焊縫時，發現出現裂紋的位置在D、E兩條焊縫處，裂紋為疲勞裂紋。

2 發動機空氣導管裂紋故障案例淺析

2 012年以來，某型發動機相繼出現了滑油消耗量大故障，經分解檢查發現導致滑油消耗量大的故障 原因是空氣導管裂紋導致的。下面介紹三個典型案例：

案例一：某發動機持續工作一段時間，滑油消耗量大超過規定值，發動機分解后檢查，發現空氣導管內筒體后端軸向斜30度左右出現穿透性裂紋，另有2處分叉。主裂紋在臺階處與圓周裂紋相交。

案例二：某發動機持續工作一段時間，發動機因故障修理時，分解后發現空氣導管內筒體與導管后段焊縫處出現穿透性裂紋，裂紋沿周向開裂。

案例三：某發動機試車結束后，進行分解檢查，發現空氣導管內筒體與導管后段焊縫處出現穿透性裂紋，裂紋為兩段。導管前段涂層局部掉塊，未發現脫落后的掉塊，其余涂層部位起層。

圖1

3 故障原因分析

空氣導管裂紋屬于疲勞裂紋，綜合分析認為疲勞裂紋的產生主要是由于故障發動機空氣導管的五條焊縫處的凸臺斷裂造成空氣導管裂紋，其次由于空氣導管、調整墊存在的磨損未經修復，重新裝配時二者配合狀態發生變化，使得工作時空氣導管和調整墊未被壓緊，產生較嚴重的微動磨蝕，微動磨蝕進一步使得配合狀態惡化，引發空氣導管產生有害振動，最終在振動應力和熱應力綜合作用下，導致空氣導管焊縫薄弱部位裂紋萌生并擴展。空氣導管內筒體外壁上的工藝擋肩與法蘭盤形成的未融合縫隙、空氣導管前端密封膠圈損壞等對裂紋萌生和擴展也有影響。

4 結論

發動機的滑油系統故障雖然頻繁，現象不一，引起的原因可能多種多樣，但也是有跡可循的。通過對第二部分故障案例介紹的三個空氣導管裂紋案例的分析，只要我們對發動機的空氣導管的焊縫部位采取一定的措施，對空氣導管裂紋故障是可以順利排除的，因此改進焊縫處的焊接工藝對實際工作有著非常大的指導意義。

結語

本論文得以完成，特別感謝技術專家張革和孫汕民兩位專家的指導和幫助。論文大部分內容只從結構方面介紹了發動機空氣導管裂紋的故障分析，帶有專業的局限性，有分析不當之處請大家多提寶貴意見。

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