浅析PW127J发动机孔探技术规范

2022-02-28 10:39刘伟
内燃机与配件 2022年5期
关键词:技术规范

刘伟

摘要:本文从孔探检测的人员资质、检测设备、施工程序等方面介绍了孔探检测技术的基本知识,并根据PW127J发动机的结构特点列举出其例行检查部位的常见缺陷类型和判别方法,为孔探检测人员提供了标准化的操作程序,对准确发现缺陷、提高工作效率、保证飞行安全具有重要的意义。

Abstract: This article introduces the basic knowledge of borescope inspect technology include personnel qualifications, inspection equipments and construction procedures,etc, and lists the common defect types and identification methods of regular inspection parts according to the structural characteristics of PW127J engine. It provides a standardized operating procedure for borescope inspect, which is of great significance to find defects accurately, improve work efficiency and ensure flight safety.

关键词:PW127J发动机;孔探检测;技术规范

Key words: PW127J engine;borescope inspect;technical specification

中图分类号:V26                                           文献标识码:A                                  文章编号:1674-957X(2022)05-0133-03

1  孔探检测施工程序

1.1 孔探检测的准备

孔探检测是一项复杂、专业、精细的工作,需要对人员、设备、环境都做好充分的准备。

1.1.1 孔探检测人员

孔探检测人员是孔探检测工作中最重要的因素,检测人员的能力和状态直接影响到检测的结果,所以进行孔探检测的人员应具有足够的专业知识、熟练的技能水平、丰富的经验积累和强烈的责任心,同时检测人员应确认自己的身体和心理状况能够满足检测工作的要求,严禁进行超越自身能力的工作。

为了保证能够顺利完成孔探检测,确保检测人员、检测对象和检测设备的安全,在工作前应认真阅读手册工卡,熟悉检测流程和判别检测区域各种缺陷的方法,熟悉孔探设备的使用安全限制标准。同时应该特别关注并严格遵守手册中的“警告”、“注意”、“提示”的内容。

1.1.2 孔探检测设备

常用的孔探检测设备有刚性镜、纤维镜和视频镜,应按照检测工艺的要求进行选择。刚性镜使用方便、耐用性强,对被检测对象的环境要求低,更适合检查有燃油、滑油的部位。刚性镜采用的是光学镜,成像效果更真实,图像显示没有滞后效应,非常适合检测发动机转子叶片等转动部件。但由于其坚硬的不锈钢外筒,使其只适用于不需要弯曲,接近孔为直通孔的检测场合。纤维镜的使用寿命短、清晰度比较差,并且容易损坏,成像效果和导向性能远不如视频镜。但是纤维镜的直径可以制造的非常细,适合用于对精度要求不高,检查孔狭小的区域。视频镜使用灵活、成像清晰,借助不同的镜头可以实现测量、抓取、修理等多种功能,因此视频镜更适用于各种内部结构复杂的部件或需要进行测量、分析的探测项目。但视频镜价格昂贵、易损坏,对使用环境有较高的要求,因此在使用上有一定的局限性。

工作时应根据探测项目的要求综合考虑内窥镜的类型、探头直径、长度、焦距、成像质量等技术指标。根据内窥镜使用的环境还应考虑防水、防油、防腐蚀、耐磨等性能。对于复杂的工作可能会需要多种型号或镜头的内窥镜配合使用。在条件允许的情况下应尽可能选择直径大的内窥镜。进行内窥镜抓取或打磨项目时,需要先完成内窥镜与抓取或打磨工具的调试。检查确认检测设备的状态、储存空间、电量以及其他所需耗材能够满足检测工作的要求。

1.1.3 孔探检测施工环境

大风、降水、高温、噪音等环境因素都可能对检测施工造成不良影响,所以应合理安排工作计划,尽量把孔探检测放在白天并且时间充裕的定检时段进行。若遭遇恶劣环境,可采取有效的安全防护措施以减小环境的影响。尽量安排兩个人一起合作完成孔探检查以降低工作难度同时做到互检。

1.2 现场检测程序

检测开始前首先确认被检查对象的温度、构型等状态满足检查要求。应使用专用测温设备测量温度,不能仅通过飞机仪表的读数判断温度。一般需要低于60摄氏度,如果温度过高可以通过自然冷却或使用风扇等散热设备进行降温。对发动机整流罩、反推、襟翼、缝翼等可能影响检测安全的部件进行安全限动,并悬挂相关警告标牌,设立警示标志。

检查设备的电源符合要求,如果使用交流电时应先连接设备的接地线,再连接电源插头,以防止静电损伤设备。检测结束时应先拔出交流电源插头,再断开接地线。设置孔探设备的检测日期、标题等系统信息,以方便后期处理检测图片。根据检测要求选择合适的镜头并安装可靠。

应采取缓慢轻柔的动作将内窥镜插入检测对象,使用柔和的推拉并结合调节内窥镜导向的方法使内窥镜接近检测区域。在整个过程中检测人员应确保可以实时通过内窥镜显示的图像观察到被检测对象的内部环境,在无监控图像的情况下不可盲目的将内窥镜插入检测对象。如果检测过程中发现内窥镜的成像质量或检测范围无法达到手册的要求,应及时更换镜头或设备。按照手册要求的方法和步骤进行检测,尽可能多的对检测部位进行拍照或者录像,测量发现的缺陷,以便于缺陷的判断和评估。检测过程中需时刻关注内窥镜是否出现超温的迹象,若出现超温现象,应立刻停止检测,将内窥镜安全退出。当需要穿绕转子叶片时,应固定转子以防止其转动损坏内窥镜。结束检测时应先松开内窥镜的导向锁定,然后再慢慢退出内窥镜。按说明书的要求冷却设备,关闭电源,清洁镜头装回储存箱。将被检测对象恢复到初始状态并完成相关功能测试。

完成检测后应按照手册的要求对检测发现的缺陷进行记录和评估,并填写相关技术文件。如果有要求还应填写检测报告,检测报告一般可包括检测项目的名称、检测日期、检测人员,检测对象的名称、件序号、使用状态,缺陷的位置、类型、尺寸以及复查周期和使用限制。

1.3 孔探检测注意事项

应采用分区的形式检查面积较大的区域,分区的宽度不能超过探头的有效观察范围,相邻的分区应有大约10%的重叠。遇到疑似缺陷时可以通过改变镜头的类型、角度、光照强度和光源的色温进行确认。

检测过程中应特别小心,可以使用导管、支架等工具帮助达到最佳检测位置,并保持探头与观察点的位置相对稳定。在推进和退出探头的过程中都应轻柔缓慢,如果遇到明显的阻力,不能用力推拉,避免损坏镜头。

2  PW127J发动机孔探检测

2.1 PW127J发动机常见损伤

PW127J发动机是普惠公司推出的一款涡轴发动机,动力部件主要由单级低压叶轮、单级高压叶轮、环形燃烧室、单级高压涡轮、单级低压涡轮、两级动力涡轮构成。常见的损伤主要有:

弯折:叶片受到单方向的作用力而产生的外形或者轮廓的变化,通常是叶尖区域一块材料的整体变形。

叶尖卷曲:由于叶尖摩擦机匣壁或者软质物体卡在叶尖与衬环之间而造成叶尖圆滑的弯曲。叶尖卷曲和弯折一般都出现在压气机叶片,区别在于弯折的变形面规则明显,例如叶尖前缘一个叶角的整体变形,而卷曲的形变呈现不规则型。

烧蚀:通常是由于材料受到高于其所能承受的温度而造成的快速氧化过程,在开始时一般表现为材料颜色的改变,逐渐恶化为材料的鼓包甚至脱落。

裂纹:由于材料在交变应力或/及热作用下发生的分离现象,裂纹在视觉上一般变现为锯齿状细长的黑线,有尖锐的端部,形状不因光照的变化而改变。提高光照强度,裂纹仍为黑色并能观察到深度和阴影的特征。裂纹是一种比较危险的损伤,特别是交织裂纹,不断扩展会导致部件断裂。

腐蚀:发动机的腐蚀形式主要是应力腐蚀和热腐蚀,在海洋大气环境中还容易产生晶间腐蚀,受腐蚀的部件表面由于材料脱落会形成的浅坑,严重时会露出基材。

凹坑:由圆钝的外来物体的冲压而造成材料表面平滑的凹陷,一般为U型。改变内窥镜的光照强度,凹坑的整个表面会明暗不均。由于凹坑底部圆滑应力分散,所以损伤一般不会有进一步的发展。

缺口:由尖锐的外来物体的冲压造成的底部或边角尖锐的表面凹陷,一般为V型。使用内窥镜观察缺口时,其底部明亮,边缘呈现黑色并且会随光照强度的降低而变黑。由于缺口底部尖锐应力集中,损伤可能会进一步发展。当发现凹坑或缺口时,必须检查其背面是否存在裂纹或者撕裂。

撕裂:由外力造成的材料断裂离位,但未脱落。

刮痕:材料表面由尖锐物体造成的印迹。划痕一般成直线状,使用内窥镜观察时充满光泽,并且会随光照强度的降低而变暗。

搭叠:通常是风扇受到外来物的打击造成叶片中部的减震凸台错位后相互重叠,或者由于动力涡轮叶片失去防扭转能力而径向位移过多造成动力涡轮叶片的叶冠重叠。

材料/涂层缺失:部件材料或涂层脱落缺失。

沉積物:空气中的灰尘、盐分等污染物或者其他部件的材料在部件表面的积累覆盖。压气机段多出现空气污染物的沉积,燃烧室、涡轮多出现碳类物质的沉积。

2.2 PW127J发动机例行孔探区域

PW127J发动机的例行检查部位主要有低压叶轮、燃烧室组件、高压涡轮导向器、高压涡轮叶片。

2.2.1 低压叶轮

PW27J发动机的低压叶轮可以通过前进气机匣、后进气机匣和扩压管三种不同的方式进行检查(图1)。在翼发动机受限于狭长的进气道的影响,不利于进行孔探操作。而扩压管排列紧密,螺栓拆装困难,安装不当还有漏气的风险。所以通过脱盐清洗孔从后进气机匣检查低压叶轮最为便捷。需要注意的是孔探仪的内窥镜插入发动机脱盐清洗孔后应尽量逆航向逆时针向上行进,这样可使镜头到达检测区域后更容易进入叶片之间的间隙检查整个叶片。可使用软质端头的长杆通过进气道转动低压叶轮,转动前应退回镜头,防止造成损伤。

低压叶轮的主要损伤是叶片裂纹、腐蚀,以及由外力造成的弯折、叶尖卷曲、凹坑、缺口等。由于低压叶轮直接与空气中的水分等污物接触,在叶片上可能会出现水渍或污物流线,其外形很像刮痕或者裂纹。区分的方法是流线在光照下不会像划痕那样有凹陷及明显的明暗变化,提高光照强度时流线虽然会被照亮但不会出现裂纹特有的深度和阴影特征。

2.2.2 燃烧室组件

PW27J发动机的燃烧室是环形燃烧室,主要由内衬筒、外衬筒和小出口导管组成。可以通过任意一个点火电嘴的安装孔完成对这三个区域的检查。在插入内窥镜前,必须确认燃烧室的温度低于60℃。由于燃烧室的空间比较大,应进行的分区域检查,避免漏检。在穿绕的过程中尽量不要进入衬筒壁上的稀释孔内,以避免镜头卡阻。

燃烧室组件的工作温度非常高,所以它的损伤多与热效应有关,主要是裂纹、碳沉积和烧蚀导致的材料/涂层缺失。在手册要求范围内的以上损伤是可以接受的(圖2),但是应根据损伤的类型、恶化速度和程度制定相应的复检计划,以保证在损伤扩大至原件必须报废之前得到有效的修理。

燃烧室的内、外衬筒可能会出现碳沉积和烧蚀,这与烧蚀区域附近的燃油喷嘴有很大的关系。若燃油喷嘴因为喷管内的碳类物质沉积而出现喷射形状的性能下降,会导致燃油不正常的燃烧,使燃烧室局部温度达到峰值,从而使此区域内的衬筒壁上出现烧蚀。因此如果发现衬筒上出现明显的碳沉积和烧蚀,应及时附近的喷嘴进行性能检查。

2.2.3 高压涡轮组件

PW27J发动机高压涡轮组件由一级高压涡轮导向环和一级高压涡轮叶片组成。可以通过在点火电嘴或燃油喷嘴安装孔上安装普惠提供的导向管快速到达被检区域。由于燃油喷嘴拆装程序相对复杂,不仅所需航材较多,还需要进行燃油歧管气密测试,因此可首选点火电嘴安装孔作为检查通道。由于导向管被设计成螺旋形,所以在安装时应柔和的将导向管旋入燃烧室,切忌在遇到卡阻时使用蛮力。为了方便全面检查静子叶片,可使用侧向镜头或分别在发动机两侧插入内窥镜从两个方向更直观的检查静子叶片。

高压涡轮组件的常见损伤和燃烧室组件相似,多与热效应有关。主要是裂纹、腐蚀、烧蚀、材料/涂层缺失(图3、图4)。

在检查高压涡轮叶片时要注意区分生产制造时产生的凹坑和腐蚀造成鼓泡,生产制造时产生的凹坑直径大约1/8in,通常会出现在叶盆中央弦距叶根平台1/8in区域。这些凹坑是在制造叶片过程中,人工打磨多余材料时留下的,不影响叶片的性能和结构完成性,在凹坑区域沉积的沉积物也会比较明显。

3  总结

由于内窥镜的便利性和准确性,孔探检测在PW27J发动机的航线维护中占有很重要的地位,而孔探检测的结果很大程度上是由操作人员的技术素质决定的,所以这就要求操作人员在日常工作中必须全面深入的学习发动机的内部结构、设备的使用和保养、检测工艺和程序、损伤的鉴别评估等孔探检测理论知识,并且不断进行实际操作练习,积累丰富的检测经验,同时一定要有端正的工作态度,严格按照手册程序的要求进行施工,只要这样才能完美发挥孔探检测的作用,切实保障飞行安全。

参考文献:

[1]民航无损检测人员资格鉴定与认证委员会.航空器目视检测[M].中国民航出版社,2014,3.

[2]MA600飞机维护手册[M].中航西飞民用飞机有限公司.2021,3.

[3]普惠发动机维护手册[M].2021,4.

[4]蒋陵平.燃气涡轮发动机[M].清华大学出版社.

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