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如何把航空发动机燃烧室维修得跟新的似的?

2017-2-28 08:21| 发布者: admin| 查看: 65| 评论: 0

摘要: 导读:航空发动机的燃烧室工作在高压高温下,工作一段时间后,会变得发棕甚至烧焦,但经过一系列的维修过程后,它不仅可以看起来像个新的,性能上也能像新的。以V2500、CFM56-3均为涡扇发动机为例,其燃烧室是一个短 ...

导读:

航空发动机的燃烧室工作在高压高温下,工作一段时间后,会变得发棕甚至烧焦,但经过一系列的维修过程后,它不仅可以看起来像个新的,性能上也能像新的。

以V2500、CFM56-3均为涡扇发动机为例,其燃烧室是一个短的环形结构,20个涡旋式的燃油喷嘴喷射的雾状燃油与从高压压气机来的空气混和,经点火电嘴点燃后,产生一个低热应力的恒定燃烧模式。

V2500燃烧室由内、外环通过紧配合相连。外环的圆顶部等距分布着20个燃油喷嘴导向环,并配合20个带涂层的瓦片,内外环各分5层,每层有10个带涂层的瓦片,瓦片紧密排列,使整个内腔被涂层覆盖。外环顶端靠近7~8号燃油喷嘴附近,即4~5点钟的位置,接连分布着2个点火电嘴导向环。外环顶部侧面有5个带衬套的孔,作为固定燃烧室前端的位置。内、外环壁上较大的孔引进的气体除小部分用于燃烧外,大部分用于降低高压涡轮的入口温度,从侧壁的小孔进入的气体通过瓦片后面的梳状间隙对壁和瓦片做薄膜冷却。内环上通过法兰边与机体连接,燃烧室出口紧挨着高压涡轮第一级导向叶片。


CFM56-3 燃烧室由内环、外环、内罩、外罩、圆顶盖组成。根据外环与外罩是焊接连接还是螺栓连接,以及有无缓冲器分为5种构型。圆顶盖分布着20个燃油喷嘴导向环,有两级。内、外罩用来稳流。内、外环是个整体设计,衬里各有几层镶板,镶板靠根部等距小孔引进的气体实现薄膜冷却。外环4点钟与8点钟位置各有一个点火电嘴导向环,燃烧室内部为涂层所覆盖, 前端没有固定, 后端(燃烧室出口)的连接方式与V2500一样。


第一步:拆卸

V2500燃烧室的内、外环套在一起,很容易拆开。瓦片可单独更换,它们是通过螺栓连到内、外环的。燃油喷嘴导向环有内外两部分,要先打磨掉两个接合焊点,才能拧开它们,这也是要完全分解外环的第一步。


CFM56-3燃烧室只有在缺陷超过了服务的范围或某个零部件需更换、维修时才需要拆卸,这先要打磨掉固定外围螺栓的焊点,其中一种构型有40个螺栓,另一种80个。拆掉这些螺栓,燃烧室就被分解成5部分或4部分(外环与圆顶盖焊接在一起的情况)。其他部分包括镶板,都是焊接结构、不能简单拆解。


第二步:清洗

清洗V2500一般用热水即可。如果很脏的话,可先在碱溶液(82~93℃)中浸泡30~90min,再用热水清洗。根据维修的等级,决定是否做FPI。


CFM56-3被推荐用蒸汽清洗(100℃),这种清洗机分固定式和可携式2种。


第三步:检验

V2500燃烧室可拆成内、外环,清洗后送检验。内、外环的损坏通常是裂纹或烧蚀,可通过焊接维修。内、外环相配合的地方及外环与机体配合的地方尺寸要符合要求,且要保持一定的粗糙度,否则进行喷涂修理。瓦片与内、外环连接是否完好要通过测量它们之间的间隙来确定,燃油喷嘴导向环与平面的倾角在9°52′30″~13°52′30″之间。燃油喷嘴导向环径向活动的范围须大于3.048mm,否则要更换。


CFM56-3 燃烧室裂纹、烧蚀、涂层缺失的检查方法与V2500相似。只是如果涂层损坏的话,不能像V2500那样更换瓦片,只能重新喷涂。一种型号的燃烧室内、外罩都有钎焊连接,如有损坏要进行真空钎焊修理。第一级燃油喷嘴导向环必须能自由转动,但转动范围不能超过360°,否则要进行维修。第2级燃油喷嘴导向环是不动的。内、外环的各个封严边如果损坏,可通过喷涂或焊接修理。燃烧室拆成几部分之后,各部分要分别装在各自的检验夹具上检查尺寸及位置。燃烧室的这几个部分很容易发生变形,可以用专门的工具(如液压装置)来矫正。


第四步:维修及涂层

V2500燃烧室内、外环的补钉焊接修理: 当裂纹或烧蚀在内、外环壁超过了能直接焊接的范围时,就要进行补钉修理。补钉修理的材料可以用与环壁相同材料和厚度的板材,也可以从其他可利用的燃烧室相同位置割下来。要先打磨掉维修件裂纹或烧蚀的部分,切割下来的板材必须做成与破损部分相同的形状(与破损处各边的间隙保持在0.381mm 以内),再用点焊方法将它固定住,焊接并打磨后要钻孔,可以用现有的孔做模板来标记要钻孔的位置,再采用激光钻孔、钻床或EDM 等方式来钻孔,也可用手工方法做出与原来一样的孔。最后是热处理释放应力(最高温度达990℃),并做FPI检查。


CFM56-3的燃烧室维修涉及到很多焊接修理,这是因为元件的更换要通过焊接来完成。作为薄壁件,在焊接时须用工装来防止变形。这里介绍被应用在内、外环及圆顶盖衬里的TBC(Thermal barrier coating,防热涂层)的修理。衬里的涂层包括两层:底涂层CP6023(镍铬铝钇)和表涂层CP6024(锆钇)。去除涂层的方法有2种:第一种是用高压水(138~410kN/m2)同时去除两涂层,每次修理允许5% 底涂层残留和0.03mm的基体材料被去除。然后退火以增强零件的可焊性和恢复其延展性。第二种用氧化铝干吹砂去除顶涂层。清洗后,做退火处理。接着配制除底涂层的溶液:在16℃下混合等量的盐酸溶液和硝酸溶液,然后放入零件浸泡3~4h(21℃),再用冷、热水冲洗并干燥。如需要,再用氧化铝干吹沙去除残余的涂层。


涂层喷涂:首先要保护不喷涂的位置,用氧化铝干吹砂清理喷涂表面,等离子喷涂底涂层(0.1~0.15mm), 喷底涂层后2h内喷表涂层(0.20~0.30mm),或0.33~0.43mm做厚涂层喷涂。


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