喷嘴前燃油压力测量管喇叭口裂纹故障分析

喷嘴前燃油压力测量管喇叭口裂纹故障分析

刘敬生  段航空

襄阳航泰动力机器厂441002

摘要：针对某型发动机喷嘴前燃油压力测量管喇叭口裂纹故障，进行了失效分析、修理过程分析，找到了故障原因，进行了改进及效果验证。

关键词：喷嘴前燃油压力测量管，喇叭口，裂纹，直线段

0引言

为监控工作喷嘴工作时的燃油压力，保证发动机工作可靠性，某型发动机工作喷嘴处设置有燃油压力传感器，喷嘴前燃油压力测量管将进入工作喷嘴的高压燃油引出至传感器。该型发动机在外场发生了多起喷嘴前燃油压力测量管裂纹故障，由于该油路与工作喷嘴油路相通，喷嘴前燃油压力测量管裂纹甚至断裂，燃油从故障部位泄露，导致进入工作喷嘴的燃油压力不稳定，影响发动机性能，同时泄露的燃油遗留在发动机的外部可能导致起火，后果非常严重。因此，研究分析喷嘴前燃油压力测量管喇叭口裂纹故障十分必要。

1故障情况

某型发动机在外场使用过程中，发生了多起喷嘴前燃油压力测量管与燃油压力传感器接头处漏油故障，分解检查发现喷嘴前燃油压力测量管喇叭口根部裂纹。

2故障原因分析

2.1失效分析情况

对喷嘴前燃油压力测量管故障件进行失效分析，裂纹起始于导管外侧，向内侧及导管周向扩散，失效形式为疲劳裂纹，导管喇叭口根部有磨痕，磨痕无金属光泽且周向分布不均，导管外壁上有与平管嘴根部接触后留下的磨损痕迹，且磨损痕迹与裂纹端中心对称位置磨痕较深。

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图1  喇叭口裂纹及磨痕情况

平管嘴处于喇叭口与外套螺母之间，用于传递外套螺母的压紧力，使导管喇叭口与管接头锥面充分贴合，保证连接部位密封性，正常情况下，平管嘴与导管主要在喇叭口锥面处接触，平管嘴锥面以外内孔与导管外圆保持一定间隙，因此不会在导管外圆部位产生损伤磨痕。

□进一步分析疲劳裂纹起源于喇叭口根部，源区边缘及表面有挤压和磨损特征，导管上与平管嘴异常接触及挤压磨损，会导致表面应力集中，降低导管的疲劳寿命，长期工作在振动的作用下形成穿透性疲劳裂纹。

对疲劳源区进行能谱分析，与断口其他位置对比，源区无其他异常成分。从裂纹附近的磨痕看，无粗大的划痕和外来物镶嵌等特征，可以排除多余物进入装配处导致导管与平管嘴异常接触的可能。在平管嘴根部位置发现不均匀的磨痕，且最深位置与裂纹源区中心对称。分析认为，导管与平管嘴相互干涉的主要原因与其修理、装配过程有关。

2.2过程梳理情况

修理时，喷嘴前燃油压力测量管涉及的过程有分解、故检修理、总装配、试车装配，分别对以上过程进行梳理。

（1）分解过程

分别拧开喷嘴前燃油压力测量管两端外套螺母，取下测量管。

（2）故检修理过程

用放大镜目视检查测量管主体及喇叭口部位应无裂纹，用煤油加压密封试验检查喇叭口及主体部位应无渗漏，对比检查喇叭口过渡区（装平管嘴处）压痕、压伤情况应符合要求，手动检查平管嘴应转动灵活。

（3）总装配过程

在发动机下部安装好燃油调节器，在分流机匣安装边固定支架上安装代替传感器的接管嘴后，将喷嘴前燃油压力测量管两端分别与燃油调节器接管嘴、代替传感器的接管嘴对接，确定喇叭口的位置符合工艺要求后，用外套螺母连接后拧紧。

（4）试车装配过程

发动机试车前，先拧开喷嘴前燃油压力测量管外套螺母，使测量管与代替传感器的接管嘴分离，然后将喷嘴前燃油压力测量管与试车台架上的燃油压力传感器连接拧紧，试车完成后再将喷嘴前燃油压力测量管与台架上的燃油压力传感器分离，与代替传感器的接管嘴连接拧紧。工厂试车、检验试车均需进行该项工作。试车时存在不将代替传感器的接管嘴从支架上分下，直接将喷嘴前燃油压力测量管直接扳到支架外部，与台架上的燃油压力传感器连接的情况。

2.3原因分析

综上分析故障可能原因有：

（1）修理时喷嘴前燃油压力测量管平管嘴处导管弯曲变形，平管嘴与导管存在干涉；

（2）试车时将喷嘴前燃油压力测量管扳到支架外部，与传感器连接时，喷嘴前燃油压力测量管悬臂的支撑传感器及相关管路，在试车振动等因素的影响下，导管变形导致干涉；

（3）修理时喷嘴前燃油压力测量管喇叭口部位已存在微裂纹。

3改进措施

针对故障产生的原因，制定如下改进措施：

（1）增加直线段测量要求

为避免喷嘴前燃油压力测量管装平管嘴处导管弯曲变形导致干涉，修理中增加安装平管嘴处导管直线段测量要求。选用塞规测量法，通过控制塞规进入导管的长度来判断直线段是否符合要求。

（2）改进装配要求

明确试车装配时，先分下分流机匣支架上代替传感器的接管嘴，不允许直接将喷嘴前燃油压力测量管扳到支架外部与传感器连接。

（3）增加探伤要求

喷嘴前燃油压力测量管修理时，增加喇叭口部位荧光探伤检查，提升检查灵敏度。

4验证情况

跟踪已应用改进措施的10台发动机外场使用情况，均已使用超过发动机寿命的1/3，最长一台发动机已使用到寿，未再发生喷嘴前燃油压力测量管喇叭口裂纹故障，使用情况良好。

参考文献

1、张利平  液压气动系统设计手册  北京：机械工业出版社  1997年

2、王荣  失效机理分析与对策  机械工业出版社  2020年8月

3、航空学报 2018 年第 007 期

4、姜翠香 徐旺  断裂力学及其工程应用  武汉：华中科技大学出版社  2023年1月