某型航空發動機低壓渦輪盤前封嚴擋板碰磨故障分析和排除措施

李壽華 薛長旺 宋丙新 曾令嫄 賈欽荃

摘要：本文針對某型航空發動機的三起低壓渦輪盤前封嚴擋板故障，結合低壓渦輪結構和現場產品分析故障產生的原因，制定防碰磨控制措施，給出磨損件可行修復標準，填補了該項維修技術空白。

關鍵詞：航空發動機；封嚴；擋板；渦輪

Keywords：aero-engine；sealing；baffle；turbine

1 故障現象

某型航空發動機自使用以來發生三起低壓渦輪盤前封嚴擋板碰磨故障。

該碰磨故障屬于首批發現，現行維修工藝和制度未對此故障的產生原因和技術預防措施進行描述，為此有必要對此類故障進行介紹和分析并提供解決方案。

2 機理分析

2.1 故障和檢查情況

三起發動機碰磨現象基本相同，均為轉子擋板圓周線性碰磨痕跡，靜子安裝邊端面顏色發白、有碰磨后的黏接物（見圖1）。

三起碰磨現象的差異僅在于碰磨位置深度，差別在0.05mm以內。

三臺發動機為大壽命發動機，其中一臺因“加力起飛過程中有8次間歇性喘振信號”返廠大修，其余兩臺為正常飛行到壽后維修。

由于三臺發動機的磨痕較淺，磨痕深度小于0.10mm，磨痕未對機件造成嚴重損傷。

檢查三臺發動機轉子及靜子軸向尺寸和傳動裝配數據，特別是檢查與碰磨有關聯的軸向尺寸等數據，未發現異常。

三臺發動機的試車和飛行參數檢查正常，振動值未見異常波動。

分解發動機后檢查蜂窩、封嚴石墨跑道、軸承鋼套與滾棒磨痕，并與同類發動機的磨痕進行比較，無異常情況。

2.2 故障分析

三臺發動機為2008～2009年制造，總壽命較大，為二次翻修以上的發動機，零件使用后偏離設計尺寸的程度比小壽命發動機高。

現場檢查三臺發動機蜂窩磨痕、石墨跑道磨痕、軸承磨痕的軸向位置，以及傳裝配合尺寸和修理班組測量數據，也無異常情況。

據此分析，該故障產生的原因為：受低壓渦輪熱負荷和氣動負荷影響，發動機在大狀態工作時，低渦一導內環焊接組件（后半）蜂窩安裝邊與低壓渦輪轉子盤前封嚴擋板間隙減小而產生輕微碰磨（見圖2、圖3）。

3 預防和排除措施

該故障發動機為首批發現故障。發動機維修指導手冊對此類故障無規定和處理方法。因此，根據設計圖樣等要求，制定了預防再次碰磨的措施和碰磨件修復措施。

3.1 預防措施

首先需防止變形嚴重的靜子組件裝機，因此需控制靜子軸向尺寸，使靜子組件盡量遠離轉子。

基于現場實測統計數據，控制低渦一導機匣內環后半蜂窩安裝邊端面至低渦一導機匣安裝邊距離應不小于36.7mm；控制蜂窩與基體安裝邊臺階差應不大于0.5mm。

3.2 排除措施

對低渦轉子前封嚴擋板的碰磨部位，需制定均勻打磨和去除磨痕的工藝參數，并確定碰磨相鄰區域的過渡方式和尺寸要求。經過反復測量，按圖樣厚度要求，制定厚度尺寸標準控制要求。

具體為：擋板Q區直徑Ф553mm、Ф554mm、Ф555mm處進行截面壁厚值L測量并記錄，截面壁厚值L應不小于2.10mm；加工后的表面探傷檢查保證無缺陷，且控制打磨區域圓周厚度差不大于0.08mm（見圖4）。擋板表面打磨后外觀如圖5所示。

4 結論

該型發動機低壓渦輪前擋板碰磨故障僅出現在壽命較大發動機上；發動機碰磨故障較輕微，碰磨深度小于0.1mm；通過控制轉靜子間隙，可以針對性預防碰磨故障的發生；通過打磨和拋光的方式控制壁厚尺寸可以保證發動機設計厚度，滿足設計要求。本文提出的控制標準填補了該項故障的維修技術空白。

參考文獻

[1]陳光明.航空裝備中常用機構與零部件應用分析[Z].2011.

作者簡介

李壽華，高級工程師，主要從事發動機維修技術開發。