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航空唆使机火焰筒论文

  航空发动机火焰筒论文_理学_高等教育_教育专区。航空机电设备维修专业毕业实训论文

  西安航空职业技术学院 毕业设计论文 1 燃烧室 发动机的燃烧室包括主燃烧室和加力燃烧室。 主燃烧室位于压气机和涡轮之 间,是航空燃气涡轮发动机的基本部件,是发动机的心脏。加力燃烧室位于涡轮 和尾喷管之间,用于进一步增大发动机的推力。 1.1 燃烧室的功用 发动机工作时, 燃料从喷嘴喷出碎裂成许多细小的油珠而雾化,并与高速进 入燃烧室的增压空气边向后流动边混合,形成混合气。发动机启动时由电嘴产生 电火花点燃混合气以后, 由已然气体的火焰作为点火源点燃新鲜混合气,使混合 气在燃烧室内保持连续不断的燃烧,燃烧后的气体流向涡轮。 1.1.1 燃烧室的构造 1、扩压器 功用:降低从压气机流出的气流速度,增压以便于组织燃烧。 2、燃烧室壳体 燃烧室壳体用来构成二股气流通道。 组成:外壳和壳体 功用:降低气流速度,为点燃混合气并在燃烧室内稳定燃烧创造条件 外壳上有工作喷嘴、 起动喷油点火器、滑油箱的安装座并有很多导管安装孔 1 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 3、火焰筒 火焰筒是燃烧室的主要构件,是组织燃烧的场所。 组成:空气进气口、火焰筒头部、五段筒体、燃气导管。 空气进气口的功用是引空气到火焰筒头部,并起二次扩压作用。同时,其内 外两侧的溢流口将空气引入环形通道内,使环形通道内气流速度趋于均匀。火焰 筒的头部采用了 10 个带风斗的进气孔,因而进气量大集中,穿透深度大,形成 强烈的回流区,有利于稳定燃烧,提高燃烧速度和效率,缩短了火焰筒的长度。 位于头部球锥体中心的涡流器,由内环、10 片平面涡流叶片组成内环内孔是安 装燃油喷嘴的定位孔。燃烧段采用 4 道波纹冷却结构,对筒体进行气膜冷却,并 在筒体上开了带有翻边的大尺寸掺混孔;同时还采用了挡气板使进气均匀,穿透 深度大,既可以缩短掺混过程,又可以保证均匀的温度场。 每个火焰筒的两侧各焊有一个联焰管,其中一个是不带安装边的左联焰管, 另一个带安装边的右联焰管。 当发动机起动时,将由点火电咀点燃的火焰筒内的 混合燃气,火焰通过联焰管传播到其余各火焰筒中,并起均压作用。 火焰筒采取了前端固定,后端支持的方案。火焰筒的头部呈球形,借定位环 支靠在进气口上, 用固定销使火焰筒前端轴向定位。火焰筒后端用螺钉与燃气导 管连接;燃气导管后端的扇形安装边用螺栓连接有内、外扇形板,借此扇形板与 涡轮导向器机匣前安装边配合, 使火焰筒组件后部径向和周向定位,但允许轴向 自由膨胀。 4、输油圈 输油圈用于向燃油喷嘴的作用是将燃油雾化(或气化) ,加速混合气形成, 保证稳定燃烧和提高燃烧率。 5、点火装置 功用:在起动时或高空熄火后形成点火源。 1.1.2 燃烧室的工作特点 航空燃气涡轮发动机的燃烧室位于压气机和涡轮之间,因而其工作受前、后 部件的影响与制约,具体的工作条件有如下特点: (1)燃烧室进口气流速度很大,燃料要在高速气流中进行燃烧。 为了适应现代空战的需要,高速飞机要求发动机推力大,飞行阻力小,这就 必须增大空气流量和减小燃烧室的横截面积, 从而导致燃烧室进口气流速度达到 很大的数值。 (2)燃烧室容积很小,但要在短时间内发出大量的热能,而且随着现代发 动机技术的发展,燃烧室长度还在缩短,体积进一步减小。 2 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 (3)燃烧室出口气流温度受到涡轮叶片材料的限制。 由于涡轮是在高温燃气推动下高速旋转的,因此,涡轮叶片不仅承受着极大 的离心力, 而且还处在高温条件下工作。金属材料的强度极限是随着温度的升高 而降低的, 为了保证涡轮安全可靠的工作,就必须把燃烧室出口燃气温度限制在 一定的范围内。 上述这些条件给在燃烧室内组织稳定高效的燃烧带来了很大的困难。 1.1.3 燃烧室的设计要求 1、在地面和空中的各种气象条件和飞行条件下,起动点火迅速可靠。 2、在飞行包线内,在发动机一切正常工作状态下,燃烧室应保证混合气稳 定地燃烧,具有高的完全燃烧系数和低的压力损失系数。 3、保证混合气在尽可能短的范围内完全地燃烧,燃起的火舌要短,特别是 不能有余焰流出燃烧室。 4、出口的燃气温度场沿圆周要均匀,沿叶高应保证按涡轮要求的规律分布 (一般要求涡轮叶片的叶尖和叶根处,温度较低) 5、燃烧室的零组件及其连接处应具有足够的强度和刚性,良好的冷却和可 靠的热补偿,减小热应力。 6、燃烧室的外廓尺寸要小,轴向尺寸要短、重量要轻,具有高的容热强度。 燃烧室的结构要简单,有良好的使用性能,维护检查方便,使用期限长。 7、燃烧产物对大气污染小、还应尽量减少排气污染物的产生。主要排放物 有:CO、UHC、NO、黑烟等。 3 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 2 燃烧室、火焰筒常见故障及修理方法 2.1 燃烧室颈部故障的排除与修理 2.1.1 燃烧室颈部故障的排除与修理 燃烧室颈部, 位于整个燃烧室的前端, 与进气道连接, 引导空气进入燃烧室。 空气进入颈部的进口,便分为二股;一股进入火焰筒的进气口;另一股从火焰筒 外壁进入,起冷却和补偿空气的作用。由于进气口空气温度不高,所以颈部是用 铸铝 ZL—104 制造的。 (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,但是会使整个耳扣断 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,发展到一定程度以后,便不再发展, 一般圆孔裂纹至边缘为止,故属稳定性故障。 上述故障无论大、小安装边和圆孔裂纹,均未发生过事故。 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引起 的。后来发现部完全是装配问题,设计方面有结构缺陷,也是原因之一。 对于上述故障,一般采用焊接的方法排除,严重的故障件应该报废。 (2)颈部主体裂纹、压坑和打伤 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,亦及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, 也有裂纹从主体开始,然后发展成闭合裂纹,严重时,引起主体掉快。 主体单条裂纹,目前采用焊接方法排除,严重时,焊接也有困难,则必须更 换新件。 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,被气流中带进的砂粒打伤的可能性较大。砂粒被压气机吸入时,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。 对于压坑和打伤故障,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,一般情况可以继续使用。 (3)颈部管接头安装座螺桩松动 4 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 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、脱出的甚多。 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。 要彻底解决上述故障,还是在构造上彻底解决较为恰当。首先,应从防震着 手,漏油管可改为软管式的;或改为有减震装置的钢管。其次,加强漏油活门座 的支板,有可能减小安装座螺桩在震动过程中所承担的应力。 目前排除这种故障,只有更换螺桩;构造上的改进从未进行。 (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;一次,造成颈部高度下降。高 度过低时,则才用填焊增高,再车削成形。目前经过填焊车削的颈部,在寿命较 高的发动机中,是越来越多。 颈部与球形垫圈的配合面磨损的原因,从磨损后产生的硬皮来分析,是属于 脉冲气流下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, 这里有一个特殊现象, 就是球形垫圈的材料是 38GrA, 而颈部零件是铸铝 ZL-104,相比之下,铸铝要软的多,结果是颈部磨损,硬皮 出现,而垫圈却很少有这种现象。 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振材料,才有可能从根本上 消除这些故障。 对于已使用的颈部件, 出现这种故障, 仍可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使用寿命。 2.1.2 外套的修理 (1)外套爆破 外套爆破是一种危险性故障。据统计,这种故障率较低,但是它一出现,很 容易引起空中失火,从而可能造成严重飞行事故。 要排除和预防这种故障, 应该从构造上转移外套联焰管下方附近壁上的共振 频率。简单的改进,就是增加刚度、重量、阻尼或者采用不对称的构造形式,转 移共振,使共振在较大的转速下不会产生,在其余的转速下,虽然有共振,其应 力较小,从而使外套不产生疲劳断裂。 (2)外套裂纹 5 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 外套主体裂纹一般比较少,多数产生在圆柱段滚焊缝附近。除封严圈外,其 余部位很少出现。联焰管下方圆锥段虽然产生爆破,但很少有微裂纹。出现这种 现象,主要是裂纹发展速度较快,一出现就不能长久存在,很快就发展为爆破。 外套圆柱段裂纹一般是比较稳定的,多数裂纹至滚焊缝就停止,但也有可能 发展为超过滚焊缝而裂至圆锥段的,所以这种故障,是属于过度性故障。 对于外套圆柱段裂纹,目前没有办法防止它,也不能采用焊接方法排除,因 为焊接后,会引起材料强度极限和疲劳度下降,也很难防止不再重新出现裂纹。 目前遇到外套裂纹故障,只好更换外套。发动机在场外使用过程中,应加强 检查,及早发现裂纹,避免其发展成为爆破事故。 2.2 火焰筒故障及修理 2.2.1 帽罩进气口、帽罩补偿孔裂纹 (1)火焰筒帽罩进气口裂纹 这是从帽罩进气口边缘上产生的裂纹, 一经出现发展速度快, 而且多数拐弯, 25h 之内可能发展成为闭合裂纹而导致掉快。这种裂纹产生的原因是气体共振。 通常这种故障采用焊接、补片等方法排除后,很快会出现新的裂纹。在结构 设计采用进气口卷边的方法,能有效防止产生这种故障。 (2)帽罩补偿孔裂纹 该裂纹多数出现在固定销左侧,第一个补偿孔便最多,几乎 70%的帽罩裂纹 都产生在该处。 为了排除帽罩补偿孔边裂纹故障,一般采用焊接、补片等修理方法,但这只 能解决火焰筒短时间使用问题, 要彻底消除这种故障,还需要改进火焰筒的结构 设计。 2.2.2 火焰筒主要故障 1、火焰筒一段的主要故障 火焰筒一段的主要故障有:滚焊缝裂纹、开焊;圆孔边裂纹;联焰管孔旁裂 纹;局部变形、翘曲、烧伤;加强套烧伤、裂纹、掉快等。 对于滚焊缝裂纹、 开焊一般采用氩弧焊方法处理;圆孔边裂纹一般采用钻止 裂孔或焊接方法排除,裂纹较长时,采用补片的办法排除;联焰管旁裂纹采用焊 接排除,碎裂纹采用挖补的方法排除效果较好;局部变形、翘曲、烧伤采用挖补 或焊段较为合适;加强套烧伤、裂纹、掉快采用氩弧焊接,故障严重时采用挖补 修理,或采用切除换段的方法,这些方法可以暂时排除故障,使火焰筒再使用一 6 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 个翻修寿命,但是不能彻底排除故障,再次使用时,仍可能在原部位重新出现故 障。 2、火焰筒中段故障 中断故障有:中断与结合环搭接滚焊缝裂纹、开焊、烧伤、变形、翘曲、龟 裂,中段主体裂纹,中段结合环裂纹。 排除方法:和一段故障排除方法相同 3、尾部结合环裂纹 排除方法: 采用挖补氩弧焊接比较有效;用氩弧接焊接或钻止裂孔排除效果 不好。因为,修理过的部位经常出现裂纹。 7 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 心得体会 。 8 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 谢辞 9 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 参考文献 10 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 目录 1 燃烧室 ................................................................................................................................................... 1 1.1 燃烧室的功用 ............................................................................................................................... 1 1.1.1 燃烧室的构造 ....................................................................................................................... 1 1.1.2 燃烧室的工作特点 ............................................................................................................... 2 1.1.3 燃烧室的设计要求 ............................................................................................................... 3 2 燃烧室、火焰筒常见故障及修理方法 ............................................................................................... 4 2.1 燃烧室颈部故障的排除与修理 ................................................................................................... 4 2.1.1 燃烧室颈部故障的排除与修理 ........................................................................................... 4 2.1.2 外套的修理 ........................................................................................................................... 5 2.2 火焰筒故障及修理 ....................................................................................................................... 6 2.2.1 帽罩进气口、帽罩补偿孔裂纹 ........................................................................................... 6 2.2.2 火焰筒主要故障 ................................................................................................................... 6 心得体会 .............................................................................................................................................. 8 谢辞 ...................................................................................................................................................... 9 参考文献 ............................................................................................................................................ 10 11