6.2 燃烧室修理
燃烧室的故障不仅损坏自身,也危及其他热端部件,甚至导致严重的飞行事故。下面以某型涡喷发动机的单管型燃烧室和JT15发动机环型燃烧室为例,介绍燃烧室的常见修理方法和工艺,图2-6-3所示为JT15发动机燃烧室全貌。
6.2.1 燃烧室内套和机匣故障修理
1.表面损伤的修理
表面损伤包括磨损、碰伤、划伤、锈蚀、硬皮和冷作硬化等,以及纱布打磨非工作表面的轻微磨损。空气收集器严重锈蚀时,更换。轴承机匣上的加强环与后套的结合面,磨损、硬皮和冷作硬化超过一定深度时,打磨修光。篦齿齿牙上允许一定深度的磨损,超过规定深度则更换。
排气管安装衬套,允许轻微的磨损存在;非轻微磨损,允许镗孔,镗孔后保证规定尺寸。排气管装配间隙不合格时,允许镀铜加厚一定尺寸,如图2-6-4所示。支架与球体配合面的间隙和密接度不合格时,先镀铬恢复配合间隙并留一定余量,研磨保证配合面的着色密接度。为提高研磨效率,可用风钻通过弹性夹具带动球体与支架球面研磨。

图2-6-3 JT15发动机燃烧室全貌

图2-6-4 排气管尺寸修复
油气管、排气管与机匣配合圆柱面有轻微磨损时,车削排除磨损,镀铜加厚至规定尺寸,再车削至镀银尺寸,最后对配合面镀银。当磨损超过一定深度时,用纱布打光磨损处,堆焊恢复基本尺寸,镀铜镀银,研磨。
机匣支架销子磨损时,允许将大组别尺寸磨至小组别尺寸,以保证装配要求。销子打磨加工后,达不到组别尺寸且与所需尺寸相差不大时,镀铬修复。
2.变形的修理
机匣与后支点内孔同轴度不合格,说明机匣变形,非严重变形可校正处理。使用游标卡尺测量机匣的椭圆度,把校正夹具装于机匣上,参考椭圆度对夹具上的百分表进行压表。使用气焊枪等工具对影响机匣椭圆度的一定区域加热,通过火焰颜色判断加热温度,机匣软化后调整机匣圆度至合格值,用夹具把机匣的圆度限定在规定范围,同时用冷却介质快速冷却热影响区。机匣完全冷却后拆下夹具,最后进行应力时效,重新检查圆度。
校正时,需注意加温速度,避免由于夹具夹紧产生鼓包,产生轻微鼓包时,使用硬度不是太大的榔头敲击校正。要求熟练掌握校正工艺,避免热校次数超过规定次数,影响零件性能。热校合格后,进行密封试验。
轴承机匣后安装边与胀圈衬套配合的端面变形,锉修后油石打磨,研磨着色检查密接度。后回油管和传动导管安装座内有毛刺或螺纹变形,使用丝锥校正。导管安装时,位置有偏差,可校正。转接头安装边翘曲、压伤和划伤不大时,研磨排除,损伤较大或有裂纹则更换。中、后回油管和传动管轴线发生变形时,允许用木榔头校正,用放大镜检查表面裂纹,进行压力煤油密封试验。
3.裂纹修理
机匣主体裂纹一般比较少,多数产生在圆柱段滚焊缝和安装座焊缝附近。圆柱段裂纹一般比较稳定,多数裂纹发展至滚焊缝就停止,也有部分发展为超过滚焊缝而裂至圆锥段。机匣筒状部分加强环的裂纹,不长的允许锉掉裂纹;有一定数量和长度的裂纹,打光裂纹处,补焊修理;加强环扇形面撕裂掉块时,允许补片。当机匣主体材料缺陷,如腐蚀坑等导致漏气时,补片或更换机匣。机匣加强环上的半圆凹槽最低处易产生裂纹,一般发展到加强环与筒体的焊接处则停止,修理时,开槽去掉裂纹区域,保留焊缝加厚区,补焊开槽区,打磨修整。
中、后支点焊点石棉层防护板脱焊,个别焊点脱裂时,可重新点焊。防护板裂纹不长时,打止裂孔,严重的裂纹则重新焊接新防护板。防护板折断时,补片焊接。固定卡箍凸块处的轴承机匣壁裂纹,打磨裂纹处焊缝,打光焊缝及裂纹部位,补焊。
叶片与机匣的连接螺栓工作一个维修间隔寿命后,进行腐蚀检查,除掉镀层,除油、化学腐蚀和除氢,使用放大镜检查表面,有裂纹则更换。部分安装座焊缝裂纹,焊接后不进行强化处理,会导致材料强度极限和疲劳强度下降,允许对焊接的部位进行旋板强化,预防新裂纹出现。发动机在场外使用过程中,应加强裂纹检查,及早发现裂纹并采取防止裂纹继续扩展的措施,避免其发展成为爆破事故。
前、中和后套主体材料及焊缝裂纹,在裂纹末端冲眼,钻止裂孔,打磨待焊处,补焊。燃烧室内壁孔边小裂纹,可焊接修理,燃烧室内壁孔边裂纹如图2-6-5所示,燃烧室壁面焊接处裂纹如图2-6-6所示。

图2-6-5 孔边裂纹

图2-6-6 焊接处裂纹
4.螺纹断扣和表面黏结
前套螺纹断扣严重时,钻掉旧螺纹,孔边倒角,堆焊螺纹孔,打磨焊接处至与基体材料平齐。把焊接处与配合零件组合装配,钻孔,攻丝,恢复螺纹。零件的表面黏结主要是积炭和腐蚀物,积炭可以使用化学浸泡和抛光排除,轻微腐蚀抛光排除。
滑油喷嘴油滤表面有积炭、脏物,可用汽油清洗。也可用加热的化学溶液浸泡,热水冲洗,对于难以除去的,允许用软刷刷除。
6.2.2 火焰筒故障修理
燃烧室的主要故障是火焰筒故障,火焰筒承受较大的热负荷和振动负荷。高温、应力、应变和火焰筒内的燃烧过程不正常时,易使燃烧室产生过热、烧伤、变质、烧蚀、变形、鼓包、裂纹和掉块,振动易使火焰筒磨损。修理前,对零件除油、除积炭和吹砂或化学浸泡,去除表面防护层。有的火焰筒有规定总寿命,定期修理;部分机型火焰筒无规定总寿命,无故障则允许继续使用。
1.表面损伤
火焰筒的表面损伤主要是划伤、高温燃气腐蚀、机械磨损和涂层损伤。涂层损伤一般发生在火焰筒内表面,小面积的涂层划伤、碰伤和掉块,补喷涂层。火焰筒表面涂层损伤严重时,去掉旧涂层,重新喷涂。机械磨损主要是点火器保险孔磨损变大。挡气圈、球体、定位块和引燃管磨损,在磨损许可范围内可不修,超过规定磨损值时更换新品。
球体磨损量超过规定值时,更换。取出球体时,将球体旋转90°,使球体端面与有冲眼的两平行安装边平行,轻轻敲出球体。安装新球体时,竖直对准两平行安装边放入,旋转90°,冲眼锁住球体,旋转球体检验冲眼保险是否可靠。
安装边磨损或裂纹时,堆焊,打磨成型,恢复原来的形状和机械性能。燃烧室表面允许存在轻微的局部腐蚀,图2-6-7所示为燃烧室局部高温燃气腐蚀。非严重的局部高温燃气腐蚀时,打磨去掉腐蚀物,恢复防护层。严重高温燃气腐蚀时,则更换新品,图2-6-8所示为燃烧室大面积高温燃气腐蚀。

图2-6-7 燃烧室局部高温燃气腐蚀

图2-6-8 燃烧室大面积高温燃气腐蚀
2.烧伤、烧蚀和裂纹
火焰筒的裂纹主要发生在头部孔边、联焰管和火焰筒头部的连接处、各段之间的焊缝处和局部高温区域。一般由局部燃气温度过高导致表面过热,过热严重时烧伤、烧蚀、烧裂,甚至穿孔。烧伤一般是由内往外,内表面比外表面严重。轻微的表面烧伤,打磨排除;发生严重烧伤、烧蚀和龟裂故障时,常常伴随有宏观裂纹出现,主要采取补片的方式。大面积严重烧伤则停修。
壁面的长裂纹如图2-6-9所示,补片修理。补片时,根据故障形状画线,将故障部分切除,如图2-6-10所示。切故障区域时不局限于固定形状,根据损伤区域及位置来定,常见的有矩形、椭圆形和三角形,但一个火焰筒不能补片次数过多,每个补片面积不超过规定面积。补片材料所属的火焰筒寿命应等于或大于故障火焰筒寿命,补片材料所属的位置应和故障火焰筒的故障处同位置,补片材料的面积等于或稍大于故障区域。将补片材料与故障区域比对,画线打磨,修整出需要的形状、尺寸和表面。放于故障区域的内嵌片应与故障区域保持一定的焊接间隙,以保证焊接质量。可使用风动砂轮切割内嵌片、烧蚀、龟裂和穿孔区域。

图2-6-9 壁面的长裂纹

图2-6-10 去除故障区域材料
传焰管部分烧蚀和裂纹时,打磨去掉损伤处或切除故障部分,从好的传焰管上切除需要的部分,焊接于故障件上。传焰管根部烧蚀和裂纹时,打磨掉损伤处,取下故障传焰管,装新传焰管。使用专用工装把新传焰管和与其配合的火焰筒定位,点焊固定新传焰管,专用工装如图2-6-11所示。点焊后,检查点焊定位质量;点焊后若定位有偏差,则校正后再重新点焊固定。固定完成后,正式焊接,焊好后探伤应无裂纹,图2-6-12所示为焊接修复后的传焰管。

图2-6-11 火焰筒专用工装

图2-6-12 焊接修复后的传焰管
头部孔边裂纹和气膜孔边裂纹,一般焊接修理;单条往火焰筒气流方向延伸的裂纹可打止裂孔,如图2-6-13所示。气膜孔边的小裂纹焊接修理,严重的裂纹或掉块则停修,如图2-6-14所示。各段主体裂纹分为单条裂纹和龟裂,单条裂纹允许打止裂孔,轻微的小片龟裂可打磨焊接,龟裂区域较大则补片。各段之间的结合处焊缝裂纹分为单壁面裂纹和双壁面裂纹,单壁面的裂纹打磨外表面后焊接。双层壁裂纹则需打磨内外表面,再焊接。

图2-6-13 孔边裂纹止裂修复

图2-6-14 气膜孔边严重裂纹和掉块
对于裂纹排除方法,补片效果优于裂缝焊接和打止裂孔。根据实践经验,打止裂孔后,止裂孔边易出现新裂纹。
3.磨损
由于火焰筒是高温部件,因此必须允许它有热胀冷缩的余地,有能自由活动端,这种活动端由于长期胀缩摩擦产生磨损。如后安装边搭接面和联焰管凸包,磨损可采用堆焊硬质合金修复,后安装边厚度规定小于2.6 mm时焊修。
4.穿孔
火焰筒局部长时间过热,易导致耐温涂层失效,材料表面烧伤、烧蚀;材料受热应力过大,强度降低产生裂纹,薄弱区域被烧穿。对烧穿区域一般补片修理。
5.掉块
火焰筒的掉块主要发生在火焰筒头部与第一段的接触区域,轻微掉块允许打磨圆滑过渡,超过一定尺寸则停修,把火焰筒留作补片备件使用。燃烧室外套转接座掉块时,如图2-6-15所示,焊接修复,打磨恢复转接座工作面。

图2-6-15 燃烧室转接座掉块
6.气膜间隙超差
火焰筒各段的焊缝结合处区域易发生气膜间隙超差故障,一般是内层悬臂式火焰筒壁面发生变形所致。当间隙过小时,允许使用工装沿圆弧方向,校正变形。当间隙过大时,使用榔头和芯棒敲击恢复,敲击时注意力度和校正后的变形量,应使校正位置的壁面圆滑过渡,无明显凹凸感,避免产生校正残余应力。
7.变形
局部过热时,易导致燃气导管壁面鼓包变形,鼓包处未烧伤时,可使用胶木榔头敲击校正。鼓包处烧伤、烧蚀时,补片焊接修理。
8.积炭
喷嘴积炭易造成喷嘴局部堵塞,影响雾化质量,导致喷油不均,燃油雾化质量不良,进而导致燃油浓度场不稳定;也可能出现火焰后移,降低燃烧效率,燃烧室出口局部温度过高,图2-6-16所示为积炭严重的燃油喷嘴。局部的高温气流易导致火焰筒和涡轮导向器及转子叶片过热和烧蚀。
为了防止积炭而引起燃烧室出口燃气温度分布不均,日常维护时应加强对发动机进行内窥检查。检查中若发现发动机燃烧室积炭较多,通气孔部分覆盖,甚至完全覆盖时,进气道、压气机叶片表面有明显污垢,发动机推力不足、排气温度偏高时,应适时进行清洗。使用中根据收集的积炭过多故障现象,综合分析,及时采取处理措施,确保发动机安全、可靠工作。

图2-6-16 积炭严重的燃油喷嘴
【知识拓展】
燃烧室的使用及维护注意事项
在维修过程中,使用符合技术规范的喷嘴,加强对喷嘴的维护,使喷嘴不受到损伤和腐蚀;正确分解和装配燃烧室,使燃烧室各部分的间隙保持正常。使用中,按规定操纵发动机,不使燃烧室喷油量突然增大,避免局部过热、燃烧室的火焰筒损伤或损坏。若发动机使用和维护不当,燃烧室因热疲劳而导致局部结构变化故障,如火焰筒烧伤、变形、裂纹及掉块等,不仅降低了发动机的工作性能和可靠性,也易引起燃烧室出口燃气温度的不均匀而烧伤涡轮叶片,穿透性裂纹导致的轻微掉块甚至打伤涡轮叶片。因此,在外场维护中应严格遵守有关规定,防止烧坏燃烧室。外场维护中需要注意的事项如下:
(1)严格遵守发动机各工作状态下对排气温度和连续工作时间的规定,并按规定进行暖机和冷机,防止温度过高、使用时间过长或燃烧室骤冷骤热,造成火焰筒烧坏、裂纹和掉块等故障。严寒季节发动机停车后,为防止火焰筒骤冷,产生大的热应力,应及时加盖飞机堵盖。
(2)保持燃油清洁,以防止工作喷嘴部分堵塞、锈蚀或划伤。否则,由于喷油不均或雾化不良,会造成局部温度过高损坏机件。
(3)日常维护中,要定期清洗油滤,经常保持加油口周围的清洁,把好加油、拆装燃油系统附件和使用地面设备的关口,防止脏物和金属屑进入燃油系统。拆装启动点火器等附件时,防止杂物掉入燃烧室。
(4)加强对发动机排气温度的监控,排气温度在上限的,要调整发动机最大工作状态的转速至规定的下限,对排气温度变化较大的要查明原因。发动机启动不成功时,应当查明原因,再次启动前必须进行冷开车,以吹除燃烧室内的积油,防止再次启动时因过分富油引起局部温度过高而烧坏机件。试车检查发动机加、减速性能时,推、收油门须严格按规定进行,防止推、收油门过快。
(5)试车时,试车间的油箱不供油时,发动机内的剩余燃油可能仍然满足发动机启动耗油需求。发动机启动后,突然把试车间油箱的油向发动机供应,则可能导致涡轮前温度过高。
【任务实施】
技能训练任务2-6-1某型涡桨发动机点火器的拆卸与装配。
技能训练任务2-6-2某型飞机发动机点火线圈的拆装(左发右侧)。
【课堂练习】
一、简答题
1.单管型燃烧室火焰筒的主要故障类型有哪些?
2.环型燃烧室的裂纹故障有哪些类型?分别如何进行修理?
3.燃烧室积炭通常是怎么产生的?有什么危害?如何去除积炭?有哪些措施可以减少积炭的产生?
4.火焰筒变形有什么危害?如何进行修理?
5.写出燃烧室产生磨损故障的主要位置,并说明原因。
6.什么是燃烧室的补片修理?什么情况下可以补片修理?补片数量有何限制?
7.如何进行补片修理?
8.火焰筒修理时,为什么需要使用专用工装把新传焰管和与其配合的火焰筒定位?说明原因。
9.燃烧室使用和维护注意事项有哪些?
二、拓展训练题
1.分析打止裂孔的原理、目的和方法,编写《燃烧室火焰筒壁面打止裂孔工卡》。
2.分析补片的原理、目的和方法,编写《燃烧室火焰筒壁面补片焊接工卡》。
3.分析冷校正的原理、目的和方法,编写《燃烧室机匣冷校正工卡》。
4.分析热校正的原理、目的和方法,编写《燃烧室机匣热校正工卡》。
5.2019年,某型涡扇航空发动机,地面检查发现外涵道有大量煤油,孔探检查燃烧室内部,燃油喷嘴无漏油痕迹,从外涵道孔探检查燃油总管与燃油喷嘴壳体外部发现顺航向6点半方向的燃油喷嘴壳体上挂有油滴。发动机冷运转发现该位置燃油喷嘴与总管连接处滴油,假开车漏油量增大。初步的检查情况如下:
(1)对燃烧室进行外观检查,顺航向6点位置10号燃油分管表面有油迹。
(2)在主燃烧室联合单元体状态下,对带喷嘴的燃油总管进行密封检查,发现10号喷嘴对应的燃油分管有明显漏气现象,如图2-6-17所示。
(3)燃油总管10号分管螺母处保险外观检查良好;返工序检查螺母拧紧力矩大于22.6N·m,未见异常。
(4)分解检查燃油总管10号分管、10号喷嘴,发现结合面均有异常磨损,如图2-6-18所示。
(5)对分下的燃油总管单独进行密封试验,10号喷嘴对应的燃油分管未漏油。
(6)将10号喷嘴重新装上燃油总管,按工艺规程带紧力矩,进行密封试验,未漏油。

图2-6-17 燃油分管漏气

图2-6-18 喷嘴和对应燃油分管锥面磨损
对此故障进行分析,提出修理方法、改进建议和避免措施。
【素养提升】
牢记“血写的规则”
“规则是铁,谁碰谁流血;规则是高压线,谁碰谁触电。”这是人尽皆知的道理,可为什么漠视规则的现象频频发生?原因是多方面的,其中很重要的一点,就是很多人没有认识到,一项规则的制定发布,往往是以高昂的代价换来的,很多时候是“吃一堑,长一智”。
飞机是特殊的交通运输工具,有很多非常特殊的规则和制度。例如,航空公司规定,在航班飞行期间,客机驾驶舱内必须同时有两名机组人员,以防发生不测事件。这一规则,就是源于一起重大空难事故。
2015年3月24日,一架满载150人的飞机由西班牙巴塞罗那飞往德国杜赛尔多夫,机长桑德海姆早已驾轻就熟。和往常一样,他登机、检查准备工作,和副驾驶卢比茨打招呼。飞到中途,桑德海姆起身去了洗手间。回来后,他按照程序输入密码,按下开门键,请求却一次次被拒绝。
这可是2万5千英尺[1]的高空,一旦出现问题后果不堪设想。“看在上帝的分上,把门打开!”机长一边踹门,一边用几乎哀求的语气喊着卢比茨,里面依旧没有半声回响。8 min后,飞机失控向下俯冲,迎面撞上阿尔卑斯山,全机人员无一幸存。这就是曾经轰动世界的“德国之翼”事件。
据调查,这次空难是副机长卢比茨有预谋的自杀行为,他患有严重的抑郁症。一人轻生,149人为其陪葬。现场全是被炸飞的骨头和残肢,搜救人员共采集了四五百块遗体残骸,没有一具是完整的。“客机驾驶舱内必须同时有两名机组人员”的规定,就是在这一无比惨烈的事故之后修订的。
血的代价换来了规则的完善。坐过飞机的人都有过这样的经历,空姐会反复提醒:系好安全带,打开遮光板,调直座椅靠背,收起小桌板。同时,航空业还有很多微小却很重要的规定,如不能带打火机、不能带液态物品等。这些看似不近人情的规定,其实大多是用血的教训换来的。是的,这是生命所系、性命所托。
1983年6月2日,由美国达拉斯至加拿大蒙特利尔的航班,因为乘客带打火机在洗手间吸烟,发生火情,虽然飞机最终成功迫降,但仍有23名乘客被活活烧死。1988年4月28日,阿罗哈航空243号班机在飞行途中发生爆炸性失压,虽然迫降成功,但仍有一人出现意外,就是那一名因为在通道进行服务而没有系安全带的机组人员。
然而,这并不能唤起人们对用血的代价换来的规则的敬畏。无关人等不能进入驾驶舱,这是一条铁的规定。可是,桂林航空某机长带女网红进入驾驶舱的照片,在网上引发热议。照片中,一名女孩没有戴工作牌照,没有穿专业制服,开心地比着“V”字,笑得很甜美。但背景让人很揪心,那是正由桂林飞往扬州的航班驾驶舱。
事后,桂林航空公司做出回应:当事机长终身禁飞,其他涉事机组成员无限期停飞并接受进一步调查,公司高层全部降职罚薪处理。罚得重吗?有点重。应该吗?太应该了。试想,如果这张照片不被发到网上,涉事机长就不会受到处罚,这就意味着很多人就会一直将生命交到他们手上。一旦出事,又将会有多少无辜的生命灰飞烟灭。
军队是最讲规则的地方。条令条令,条条是令。从队列到内务,从训练到作战,从装备到后勤……每一个领域都有清晰的制度,每一个细节都有明确的规定。军队是要打仗的,每一条规则都不是凭空想象出来的,而是从血火战场中得来的,又经过实战实践检验,最终才成为钢规铁矩。人们必须充分认识到规则背后血的代价,真正做到凡是条令明确的,都要不折不扣地执行;凡是条令禁止的,绝不打“擦边球”、碰“高压线”。