1、燃烧室组成及其工作原理
燃烧室包括主燃烧室和加力燃烧室.主燃烧室由机匣、环形火焰筒、输油圈、燃油喷嘴和点火电嘴等组合件组成,它将燃油与高压高速空气进行混合,并组织燃烧,把燃油和空气所具有的化学能转换为燃气热能,增加气体的内能.主燃烧室机匣是承力部件,由内、外机匣组成,机匣前端为环形扩散段,其目的是降低气流速度,稳定燃烧·环形火焰筒由内、外环和涡流燃烧器组成,用于燃气与空气混合,并组织混合气燃烧·输油圈分为主输油圈和副输油圈,用手向喷嘴输送燃油.点火电嘴用于发动机地面和空中启动时点燃燃烧室油气混合气.主燃烧室的部分部件功能层次框图如图所示。
加力燃烧室由扩压器、前锋装置、机匣和整流锥等组合件级成,让没有得到充分燃烧的燃气与喷入的燃油混合再次燃烧,可以短时增加发动机推力.其中扩压器的功用是降低气流速度,以利于组织燃烧。前锋装置能使气流产生紊流气体,稳定火焰,提高完全燃烧度。整流锥用来减少燃气流出涡轮时的能量损失.
主燃烧室和加力燃烧室的故障与燃烧、加热过程密切相关.它们的故障不仅损坏箕自身,而且危及其它部件,致使飞机使用性能羁安全性§&降低。由予主燃烧室和如力燃烧室的工作条件、燃烧过程不同,其故障性质、特点不同,排除故障的措施也不同.加力燃烧室部分部件功能层次框图如图所示。
2、主燃烧室部件故障分析
主燃烧室是发动机承受热负荷最大的部件,还受振动负荷和腐蚀等,工作条件也很恶劣,常见的故障现象是火焰筒产生变形、裂纹、掉块,喷嘴有积炭、腐蚀等,典型的故障实例如图所示.故障原因有高温热应力、机械振动、积炭、腐蚀和燃烧过程组织不善等。
(1)受高温热应力引起的故障
由于燃烧室承受的热负荷大,温度高,同时局部受热不均,会引起很大的热应力,经过一段时间工作而产生变形、裂纹、掉块等.这类故障多发生在火焰筒头部、筒身、燃气导管等部位.排除这类故障的措施是加强冷却,减少热应力,或者改换耐热性能更好的材料,或者采用表面隔热涂层保护.
(2)受机械振动引起的故障
受机械振动引起的故障.多发生在联焰管上,如联焰管锁扣裂纹,火焰筒进气孔镶套松动等.另外一个很重要的故障是喷头部螺帽松动。由于喷嘴是火焰筒的前支承,当螺帽装配时拧紧度不足,在承受很大的机械振动后松动,它的后果是主副油路的喷口串油,从而恶化了副油路单独工作状态的供油及雾化燃烧过程,也有松动后直接向外面漏油的故障.这些都会导致火焰拖长,烧伤或烧毁导向叶片和尾喷管等.扰流器也承受很大的振动负荷,易受损坏.
(3)积炭和腐蚀引起的故障
在局部高温及富油的条件下容易生成积炭.在主燃烧区里,高温燃气容易引起腐蚀.积炭及腐蚀对喷嘴影响最大,它们破坏了喷嘴表面,特别是破坏了燃油出口的结构形状,使燃油雾化受阻。火焰拖长,从而烧坏叶片、喷管等.
(4)燃烧过程组织不善引起的故障
燃油与空气不匹配或者分布不均匀,会引起燃烧室出口温度场及全台发动机的燃气温度场不均匀。使发动机的总体性能受影响.最常见的是由温度场不均引起局部火焰筒壁温度过高,从而导致局部扇形区的叶片产生裂纹或烧伤.另外,主燃烧区的燃油和回流区不匹配会导致燃烧室启动性能恶化的故障.主燃烧室部件主要故障模式及影响分析见表2.2
(a)火焰筒裂纹、变形和烧蚀 (b)火焰筒外筒壁裂纹
图2.6工业内窥镜检测火焰筒典型故障实例
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