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1、西安航空职业技术学院 毕业设计论文西安航空职业技术学院毕 业 设 计（论 文）论文题目： 发动机燃烧室常见故障原因及处理方法所属系部： 航空维修工程系指导老师： 晋荣 职 称： 高工/副教授 学生姓名： 龚德麟 班级、学号: 105041-13专 业： 航空机电设备维修西安航空职业技术学院制2012年5月10日发动机燃烧室常见故障原因及处理方法【摘要】如今，越来越多的人们选择了坐飞机作为出行的交通工具。所以解决飞机安全性能是目前刻不容缓的课题。作为飞机的心脏，发动机是飞机的重要组成部件，而燃烧室又是发动机的重要组成部分。因此，我的论文是讨论发动机燃烧室在正常工作状态中所遇到的常见故障，并找出原
2、因进行分析以及排除故障的方法。燃烧室是冲压发动机核心部件之一。燃料与获得减速增压的来流空气进入燃烧室后混合和燃烧,要求能最有效地把燃料中的化学能释放出来,转化为高温燃气的热能,以提高气流的作功能力。一般来说,燃气温度越高,单位质量工质作功的能力就越大。为了提高发动机的推力和效率,必然要保证燃烧室的正常工作。如何保证燃烧室正常的工作，是现在国际社会各国所面临的问题。现在，飞机失事频频发生。其中，有环境因素，但更多的是来自于飞机本身的安全性能问题，归结为人为因素。都是在飞机起飞前，没有认真检测与维护，而导致惨剧发生。因为，影响飞机故障的因素有很多，所以，在此我以发动机燃烧室为课题，找出常见的故障原
3、因，从而进行分析，并找出解决的办法。以下是我的论文陈述。关键词： 燃烧室 目 录1 概述32 燃烧室结构与原理32.1 燃烧室的定义与概念32.2 燃烧室的结构32.3燃烧室基本性能要求43 燃烧室颈部故障的排除与修理53.1 颈部安装边圆孔及转接处裂纹53.2 颈部主体裂纹、压坑和打伤53.2.1 颈部主体裂纹5 3.2.2 颈部打伤和压坑故障63.3 颈部管接头安装座螺桩松动63.4 颈部球形垫圈配合面磨损6 4 燃烧室外套故障排除与修理74.1外套爆破和裂纹7 4.1.1 外套爆破7 4.1.2 外套裂纹74.2 外套封严圈常见故障8 4.1.1 外套封严圈裂纹8 4.1.2 外套封严圈
4、收缩与变形8 4.1.2 外套封严圈磨损84.3 外套联焰管孔磨损95 总结10结 束 语11谢 辞121 概述 本文主要介绍了发动机燃烧室的原理以及在工作过程中出现的一些主要故障，以及产生故障的原因和怎样来解除故障的方法。2 燃烧室结构与原理燃烧室是发动机的一个重要部件，燃烧室的稳定燃烧在很大程度上决定了发动机的可靠性；同时，燃烧室的工作状况对工作情况的发动机的性能和寿命影响也很大。2.1 燃烧室的定义与概念燃烧室是航空发动机三大部件之一，位于压气机和涡轮之间，用来将燃油中的化学能转变为热能，将压气机增压后的高压空气加热到涡轮前允许温度，以便进入排气装置内膨胀作功。对燃烧室的主要要求是：燃烧
5、效率高、燃烧稳定范围宽、总压损失小、出口温度分布均匀，在飞机的飞行包线内点火可靠，排气污染小，结构可靠，重量轻，寿命长等。目前，燃烧室的设计仍然采用经验/分析相结合的方法。燃烧室的研究主要集中于提高燃烧效率、降低耗油率、研究新的冷却方法和冷却结构、增加燃烧室温升、延长燃烧室使用寿命、改善结构可靠性、耐久性和维修性以及减少污染排放。2.2 燃烧室的结构燃烧室的结构形式虽然多种多样，但它们都是由扩压器、壳体、火焰筒、燃油喷嘴和点火器等组成。现代先进燃烧室采用了新的技术和结构，其中包括浮壁式火焰筒、分区供油结构、分区燃烧结构、多孔层板发汗冷却、发散冷却和多基火焰筒冷却等。浮壁结构：常规燃烧室由圆环轴
6、向搭接起来，形成类似百叶窗的带缝型面，在开缝处射入冷空气以冷却火焰筒。造成火焰筒寿命过短的主要原因是圆环所受的应力太高。如果将圆环分段或分块，将使应力减小而寿命增加，而分块式结构又为使用其他材料创造了好机会，可以使用高熔点材料，并且使用了先进的冷却技术，使冷却效果更好。这种火焰筒就是浮壁式火焰筒。分区供油结构：在高稳升燃烧室中，正常工作状态下主燃区的空气流量占大约50%，慢车功率状态时容易造成贫油熄火。分区供油是调节主燃区油气比比较简单的方法，它能在小功率状态下提供局部富油，确保发动机能正常工作。在这项技术中，起飞、高空点火和慢车状态工作条件下，将燃油用阀门有选择地和部分燃油喷嘴接通。在高于慢
7、车功率的所有发动机功率输出时，可以打开所有的燃油喷嘴。分区燃烧结构：双环腔燃烧室外环是预燃区，内环是主燃区。在起动、高空点火和慢车状态时，只有预燃区喷油工作，因为预燃区空气流速较低，适当富油以利于点火起动及慢车的燃烧效率。在大功率状态下，内外环腔都工作，使两个燃烧区在传统温升条件下提供贫油油气比，在高温升的条件下提供接近化学当量比的油气比。这种设计方法的优点是燃烧长度短。因为双环腔的特点，每个环腔在短的总长度之内就能获得满意的长度-头部高度关系。燃烧室前端是预燃区，后端是主燃区，分别带有喷嘴，工作方式与双环腔燃烧室类似。2.3燃烧室基本性能要求根据燃气涡轮发动机工作的特点，对燃烧室的基本性能要
8、求有：（一）点火可靠，燃烧稳定发动机在地面启动和空中启动时，都必须依赖点火装置进行点火，所以可靠的点火是发动机启动成功的基础。点火的可靠性主要取决于点火装置的工作、油气比和飞行条件（飞行速度、高度）。点火可靠性好的发动机应当是在较大的油气比范围和较宽的飞行范围和较宽的飞行范围内部都点火成功。在发动机正常工作中，是靠燃烧室内稳定的火焰前锋点燃新鲜混合气，从而释放放出燃料化学能，所以稳定的燃烧是发动机产生连续推力的基础。（二）燃烧完全燃料完全燃烧时，燃烧产物中再无可燃性物质，化学能能完全释放，燃烧效率最高；当燃料不完全燃烧时，一方面燃烧效率降低。另一方面排气流中的中间燃烧产物还会带来排气污染。所以
9、要求发动机尽可能燃烧完全。（三）总压损失小由于气流在燃烧室中的流动非常复杂，不可避免地存在摩擦、分离和涡流损失，从而使气流总压减小；同时因对气体加热，温度提高，也使气流总压减小，最终使气流膨胀、作功能力下降，发动机推力减小。所以应尽可能降低燃烧室中气流总压损失。（四）排气污染少排气污染主要是指排气流中的烟、氮氧化物、一氧化碳等化学成分，这些物质对环境有害，所以必须限制这些物质的排放。（五）出口温度场分布均匀由于高速旋转的涡轮叶片承受的离心力已很大，再加上高温燃气的冲击，工作条件十分恶劣。要求燃烧室出口气流温度场分布均匀，符合涡轮叶片强度要求，以保证涡轮的正常工作和寿命。3 燃烧室颈部故障的排除
10、与修理燃烧室论颈部的故障，归纳起来，主要有以下几种；安装边圆孔及转接处裂纹；主体裂纹、压坑、打伤；管接头安装座螺栓松动；球形圈配合面磨损等四种。3.1 颈部安装边圆孔及转接处裂纹颈部安装边裂纹，在大转安装边和小安装边都有，一般在转接处为多。小安装边转接处裂纹较多。一般长度在5-10mm，大部分产生在耳扣下面，严重的使整个耳扣断裂。小安装边裂纹，发展速度比较慢，但是会是整个耳扣断裂。因此，故障是属于过渡性故障。大安装边裂纹都产生在主体与主体安装边转接处，裂纹长度多在20-40mm；最长也为超过50mm。大安装边及圆孔向外裂纹，发展到一定程度后，便不再发展，一般圆孔裂纹至边缘为止，故障属于稳定性故
11、障。在颈部也发现有自安装边或圆孔向外裂至边缘的裂纹，但并不普通。对于上述故障产生的原因，原设计单位认为是安装时连接螺栓拧的过紧所致。后来发现不完全是装配问题，设计方面也有结构缺陷，也是原因之一。修理一般采用焊接排除，严重的故障件应报废。3.2颈部主体裂纹、压坑和打伤3.2.1燃烧室颈部主体裂纹 这种裂纹一般出现较少，多数情况与小安装边裂纹联系在一起，亦即从小安装边转接处开始裂纹，然后渐渐发展到主体裂纹。但是，裂纹也有从主体开始，然后发展成闭合裂纹，严重时，引起主体掉块。颈部主体裂纹属于危险性故障。裂纹一出现，速度发展很快，会使整个颈部裂开，引起压气机的压缩空气流失，排气温度升高，可能发生烧毁涡
12、轮和导向叶片；同样，也有可能引起掉块，打伤发动机。产生主体裂纹的原因是振动的可能性较大，有些主体裂纹与小安装边裂纹联系在一起的。主体单条裂纹，目前采用焊接的方法排除，严重时，焊接也有困难，则必须更换新件。3.2.2颈部打伤和压坑故障这种故障比较常见，这是由于颈部仍处于进气气流冲击的范围内，被气流中带进的沙粒打伤的可能性较大。沙粒被压气机吸入时，由于动量较大，大都在后导气圈进入，颈部正处于后导气圈进口位置。因此，外表面容易受冲击。颈部主体打伤和压坑一般属于稳定性故障，个别情况，也有可能由于打伤发展成裂纹，但是很少遇见。 对于打伤和压坑故障，严重者可采用填焊排除；轻微者继续使用。在加强检查的条件下
13、，一般情况可以继续使用。3.3颈部管接头安装座螺桩松动燃烧室颈部管接头，构造上是装漏油管的，漏油管与漏油活门连接，本来承受的负荷是不大的，一般不应有故障。事实上该处的螺桩却松动脱落的甚多。从统计数字看，螺桩的松动故障率，是随使用寿命不断增加的。漏油管座固定螺桩松动的原因，仍然是振动引起的可能性最大。目前，排除这种故障，只有更换螺桩；构造上的改进从未进行。3.4颈部球形垫圈配合面磨损燃烧室颈部进气口与进气管是相连的，中间装入一个球形垫圈，作为密封用。该件与球形垫圈配合面，经过200h以后，普遍有磨损和硬皮。由于产生硬皮故障，每次修理时，都要车削排除，车去一定材料；因此，造成颈部高度下降。高度过低
14、时，则采用填焊增高，再车削成形。目前经过填焊车修的颈部，在寿命较高的发动机中，是越来越多。随发动机的寿命增高，该故障已逐渐成为普通故障。颈部与球形垫圈的配合面磨损的原因，从磨损后所产生的硬皮来分析，是属于脉冲气流引起振动所产生的磨损。这种现象与导风轮及机轮接触面之间，所产生的硬皮是一样的。但是，这是一个特殊现象，就是球形垫圈的材料是38CrA，而颈部零件是铸造ZL-104，相比之下，铸铝要软得多，结果是颈部磨损，硬皮出现，而垫圈却很少有这种情况。排除这种故障的方法还是从构造上采取措施较为彻底，对于球形圈与颈部的配合，不宜用金属的刚性接触，只有采用非金属的减震材料，才有可能从根本消除这些故障。对
15、于已使用的颈部件，出现这种故障，仍可采用填焊车修方法排除。但是过多的采用这种方法，对原材料强度有影响，同时也降低了颈部的寿命。4 燃烧室外套故障排除与修理燃烧室外套是燃烧室组合件的主要零件之一，用10号钢制成。它与火焰筒是相互配合的，用于保证燃烧过程中，气流的渗合和冷却，以保证整个燃烧室的正常工作。外套的常见故障是外套爆破和裂纹；外套封严圈裂纹、收缩变形和磨损；连焰管孔磨损等。4.1外套爆破和裂纹4.1.1外套爆破 外套爆破是一种危险性故障。据统计，这种故障较低，但是它一旦出现，很容易引起失火，从而可能造成严重飞行事故。 外套爆破的原因很多，原苏联的资料认为由于循环载荷而引起材料疲劳破裂，循环载荷是由于外套璧的弯曲振动产生的。另外，外套材料强度不够或金属缺陷，在个别情况下，也会使外套产生疲劳裂
