某型发动机高空不减油故障分析

王剑 卢波

摘 要：本文分析了某型发动机燃油调节器感温棒的工作原理。通过燃油调节器高空不减油故障，叙述了某型发动机高空燃油耗量调节原理，阐明了燃油调节器感温棒泄漏对燃油消耗量的影响。本文对发动机典型故障的排除具有参考意义。

关键词：燃油调节器；感温棒；故障

中图分类号：V263.6 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）20-0054-02

1 引言

某型发动机是我国常用的涡轮螺旋桨发动机。该型发动机通过燃油调节器修正机构感受飞行高度、飞行速度及进气温度的参数变化，自动调节供油量。

该型发动机在使用过程中常常出现燃油调节器感温棒故障。感温棒故障的表现多发生在高空，造成燃油调节器无法正确调节供油量，而地面进行故障排除时因无法模拟高空条件，对感温棒故障的排除带来一定的困难。本文对燃油调节器感温棒进行了详细的研究，为类似故障排除提供借鉴。

2 故障现象

某用户某型发动机发生一起高空不减油故障，现场更换燃油调节器感温棒后故障排除。

3 原理分析

根据发动机特点，选用了转速、当量功率和涡轮前燃气温度作为被调参数。因为它们比较全面地反映了发动机特性、零件的载荷和热负荷。

发动机特性所规定的调节任务是由燃油调节器的修正部分来实现的，见图1。修正部分的各种调节机构分别通过感受大气的静压、总温和压气机进口总压来自动控制油门开关的轴向移动量，改变油门开关限流口的截面，使供油量相应的增减，以适应发动机的工作需要。在涡轮前燃气温度限制区（高空时），燃油调节器等温机构感受总温和压气机进口总压，进而调节供油量，保持涡轮前燃气温度大致不变。在涡轮前燃气温度限制区，主要由修正部分的感温棒调节发动机供油量。

3.1 等温机构工作原理

当发动机在温度限制区工作时，为了保持涡轮前温度大致不变，由修正部分等温机构同时感受发动机进气道中总压和进气滞止温度来改变供油量。

等温机构包括真空膜盒组87、摇臂95、感温棒88、杠杆91和凸轮96。

真空膜盒组87由两个膜盒组成，放在总压室内。膜盒室引入发动机进气道中总压，当减小时，膜盒即膨胀，摇臂95将分流活门83推向右移，减小供油量。相反，当增加时，则增加供油量。

当发动机进口空气温度升高时，感温棒顶杆伸出量增大，杠杆91顺时针转动，通过杠杆91使凸轮96亦顺时针转动。在凸轮96上有一个偏心调节螺钉26，它是摇臂95的中支点，由于凸轮96顺时针转动，螺钉26向上移动，迫使摇臂95上端向右移动，推动分流活门83向右而减少供油量。凸轮96的型面使螺钉26的移动根据曲线A=f（）修正供油量，见图2。

3.2 感温棒工作原理

感温棒属于燃油调节器的修正部分，感受发动机进口总温变化。当温度变化时，产品内腔感温介质体积发生变化，使其中波纹管组合件输出相应位移，与燃油调节器有关附件配合自動调节燃油供油量，满足发动机各个状态的性能需求。

经现场检查，感温棒的顶杆伸出长度为27mm，与技术要求34.4mm相比明显变短。现场服务人员判定感温棒发生了泄漏故障。

4 故障件检查分析

感温棒属于波纹管外腔充灌感温介质的温包类产品。由波纹管与两端接头零件焊接组合，形成弹性敏感部分及位移输出部分。在波纹管外部封焊温包管形成一定容积的密封腔体（简称灌液腔）。按要求将顶杆零件拉伸7mm（即波纹管预压缩约7mm）后，通过毛细管向该腔体内充灌感温介质，最终封堵毛细管形成感温棒成品。

产品配套波纹管使用铍青铜QBe1.9带料，壁厚约为0.15mm。在波纹管配套缝焊前均抽样进行内、外表面电镜扫描，检查波纹管是否存在机械损伤。

4.1 内表面检查

对泄漏部位试样的内表面进行观察，发现故障件波纹管内表面，在波峰、波谷处发现明显腐蚀产物，内表面观测图示见图4。

4.2 裂纹形貌分析

采用体视显微镜和三维视频显微镜宏观观察故障产品内表面裂纹形貌，发现开裂处均位于波谷内表面，裂纹呈折线状，裂纹表面有较多腐蚀坑，裂纹如图4；采用Zeiss EVO18扫描电子显微镜观察故障件的裂纹表面形貌，如图5。

观察裂纹断口形貌，如图6，从波谷内表面向外表面扩展，断口平齐，与主应力垂直，没有明显塑性变形痕迹，起源处表面存在腐蚀产物沉积附着，整个断面呈冰糖块形貌，即产品发生沿晶开裂，并发现多处晶间有二次裂纹，实际工作时波谷内表面承受拉应力，这些因素综合评定故障件符合应力腐蚀开裂特征。

采用金相显微镜观察开裂部位的金相组织，发现裂纹处存在沿晶界扩展的树枝状分叉裂纹，如图7，进一步验证符合应力腐蚀开裂形貌。

通过电镜能谱分析裂纹表面及断口处的腐蚀产物成分，结果显示存在一定浓度含量的氯离子。

4.3 腐蚀原因分析

分析认为波纹管搪锡后焊药未清洗干净，导致腐蚀。经试验验证，现场搪锡使用酸性焊药FH101-2后，若未能彻底清洗干净，则会使波纹管内表面含有氯离子。

4.4 故障件泄露原因分析

通过前述观察分析，认为故障件开裂符合应力腐蚀开裂特征。且经电镜能谱分析裂纹表面及断口处的腐蚀产物成分，结果显示存在一定数量的氯离子，为在感温棒生产过程中使用酸性焊药焊接波纹管后未彻底清洗干净，酸性介质残留于波纹管内表面，在后期存贮、运输等湿热环境的作用下造成波纹管腐蚀，在装机使用过程中，腐蚀区域在工作应力作用下发生应力腐蚀开裂，导致感温棒泄漏。

5 故障结论

根据原理及试验分析，确认故障原因为：发动机配装的感温棒发生泄漏，当温度变化时，其顶杆无法输出相应位移，失去了与燃油调节器有关附件配合自动调节燃油供油量的作用。

6 结语

某型发动机高空不减油问题为常见故障，通过对燃油调节器中失效的感温棒进行系统检查、分析，积累了科学的分析方法，同时也为以后外场服务工作提供了借鉴。

参考文献

[1]某型发动机技术说明书[M].中国航发南方工业有限公司，2017.

[2]某型发动机维修手册[M].中国航发南方工业有限公司，2017.