胡悅,陳國鵬,常莉
中國直升機設計研究所
本文介紹發(fā)動機冷卻液軟管松脫導致發(fā)動機冷卻液泄漏的故障,分析冷卻液軟管松脫的原因,以及產(chǎn)品質(zhì)量、安裝環(huán)節(jié)、驗收環(huán)節(jié)、檢修環(huán)節(jié)等方面存在的問題,提出具有針對性的解決措施,避免此類安全隱患發(fā)生。
發(fā)動機冷卻系統(tǒng)作為發(fā)動機的重要分系統(tǒng),其功能是利用冷卻液水冷發(fā)動機缸頭,以及沖壓空氣,風冷發(fā)動機缸體,保證發(fā)動機正常工作。同時,為發(fā)動機潤滑油系統(tǒng)提供冷卻源,其綜合性能不僅決定了發(fā)動機的使用壽命和工作穩(wěn)定性,更影響著發(fā)動機的正常運轉(zhuǎn)和維護。
發(fā)動機冷卻液軟管是發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的核心組件,用于輸送發(fā)動機冷卻液。為了保證冷卻液順暢流地入散熱器及閥體,冷卻液軟管采用了空間異型結(jié)構(gòu)。常規(guī)發(fā)動機冷卻系統(tǒng)配套的4根冷卻液軟管,分別連接液體-滑油散熱器、液冷裝置、冷卻液控制閥、發(fā)動機水泵及發(fā)動機膨脹壺,形成發(fā)動機冷卻液閉環(huán)回路,冷卻系統(tǒng)分布詳見圖1。冷卻液軟管不僅應滿足功能和安裝要求,也應具有合理緊湊的布局。
圖1 發(fā)動機冷卻系統(tǒng)各組成分布圖。
發(fā)動機冷卻液軟管通過HG-SS系列摩瑞喉箍與系統(tǒng)其他設備連接,圖2為一種典型連接示意圖。
圖2 冷卻液軟管與設備接頭連接的示意圖。
由于發(fā)動機冷卻液軟管的管徑較大,管內(nèi)充滿冷卻液后,管體自身重量及液體重量完全由軟管兩端與接頭的連接段支撐,發(fā)動機開車后,振動環(huán)境下的軟管垂直往復運動加劇,軟管兩端頭的安裝和連接尤為重要。
在一次發(fā)動機冷卻系統(tǒng)地面試驗中,監(jiān)控界面顯示發(fā)動機缸溫超過120℃、發(fā)動機潤滑油溫度超過130℃,超溫報警燈閃亮,操作員立即采取緊急措施,防止故障進一步引發(fā)嚴重后果。工作人員現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn),發(fā)動機1號冷卻液軟管與三通接頭的連接處發(fā)生松脫,冷卻液大量泄漏,導致發(fā)動機缸頭及潤滑油超溫,發(fā)動機須返廠檢修。
檢查發(fā)現(xiàn),發(fā)動機1號冷卻液軟管與三通接頭連接處安裝的卡箍未卡緊,這是導致本次松脫故障的主要原因。
進一步檢查發(fā)現(xiàn),其他3根冷卻液軟管與機上液冷裝置、發(fā)動機水泵、發(fā)動機膨脹壺等連接設備處也存在不同程度的松動現(xiàn)象。
在后續(xù)地面開車過程中,發(fā)動機2號冷卻液軟管與發(fā)動機水泵入口的接頭連續(xù)發(fā)生多次松脫,詳見圖3、圖4。
圖3 冷卻液軟管與三通接頭發(fā)生松脫。
圖4 冷卻液軟管與發(fā)動機水泵的接頭發(fā)生松脫。
在發(fā)動機冷卻系統(tǒng)詳細設計階段,未規(guī)范冷卻液軟管的安裝方法。下面是實際工作中發(fā)現(xiàn)的7類問題。
(1)有的冷卻液軟管端面未插入所連接設備的接頭底部。
(2)有的被截短后出現(xiàn)軟管端面參差不齊。
(3)軟管現(xiàn)場比測安裝后,操作人員憑借經(jīng)驗與感覺來裁剪軟管,導致同一型號軟管安裝后尺寸長短不一。
(4)有的卡箍箍帶兩邊切入軟管橡膠中,說明卡箍被擰得過緊。
(5)操作人員在安裝冷卻液軟管卡箍時,將不少冷卻液軟管卡箍卡到所安裝接頭的滾波上。
(6)有的冷卻液軟管卡箍擰緊力矩過小,安裝后冷卻液軟管與接頭的連接不牢固,單手可將冷卻液軟管從安裝接頭處拔脫。
(7)當發(fā)動機開機后,冷卻液軟管受到較大沖擊時,容易產(chǎn)生振動,最終導致冷卻液軟管從設備接頭處脫落。
松脫的冷卻液軟管使用了一種箍帶寬度為12.8mm的摩瑞喉箍(見圖5),而發(fā)動機水泵入口處接頭直線段長度為19.8mm(包含凸起的長度),卡箍安裝時容易卡到接頭的凸起上,造成卡緊力不均勻,且摩瑞喉箍箍帶的厚度較薄(厚度為0.62mm),箍帶的空心卡槽及兩側(cè)邊較鋒利,卡緊后對軟管外表面膠料造成切拉損傷,這也是導致軟管松脫的主要原因之一。
圖5 摩瑞喉箍。
(1)冷卻液軟管質(zhì)量
對試驗安裝的不同批次冷卻液軟管進行檢查發(fā)現(xiàn),不同批次冷卻液軟管存在如下差異性。
①制造工藝差異
一種采用熱收縮膜硫化制造工藝,軟管外表面光滑,管體柔韌性較好;另一種采用水包布硫化制造工藝,軟管外表面有水包布印痕,管體柔韌性較差,安裝人員反饋安裝難度較大,軟管端頭與設備接頭對不上時,易產(chǎn)生較大的安裝應力。
②冷卻液軟管壁厚差異
軟管內(nèi)徑24.7 ~25.3mm,軟管外徑35.5 ~36.8mm,壁厚范圍5.1 ~6.05mm,軟管拉脫對比試驗結(jié)果顯示,在相同卡箍卡緊力矩下,壁厚值越大,軟管的抗拉脫性能越差。
③冷卻液軟管長度差異
由于冷卻液軟管為空間異型結(jié)構(gòu),在軟管成型后出廠檢驗時,軟管廠家并未給出合理可行的軟管外形尺寸測量方法,工人只能憑經(jīng)驗對軟管兩端進行裁剪,導致同一編號軟管出現(xiàn)長短不一的現(xiàn)象。
④裝配不當
發(fā)動機1號冷卻液軟管與三通接頭處松脫,是因為1號冷卻液軟管出廠時,軟管廠家未裝配好。軟管廠家應保證軟管在運輸或后續(xù)安裝過程中與三通接頭處的連接始終處于緊固狀態(tài),否則,針對機上安裝,須說明應對該處安裝質(zhì)量進行重復檢查。
(2)設備接頭質(zhì)量
HB4-110-1983《滾波標準》規(guī)定,設備接頭應按滾波標準設計,當設備接頭內(nèi)徑為12 ~28mm時,滾波外徑D1與設備接頭外徑D應滿足公式:D1=D+2mm。發(fā)動機水泵入口處接頭及1號冷卻液軟管的三通接頭實際尺寸詳見表1。由表1可知,發(fā)動機水泵入口處接頭及1號冷卻液軟管的三通接頭滾波高度均不滿足標準要求,同時連接設備的接頭長度不能過短,否則影響軟管的連接性能。經(jīng)驗告訴我們,設備接頭長度應不短于接頭外徑。發(fā)動機水泵入口處接頭長度為19.8mm,遠小于其接頭外徑27.7mm。
表1 安裝設備的接頭尺寸。
發(fā)動機冷卻液軟管的安裝原理是,摩瑞喉箍的螺桿螺紋利用機械式推進力,與箍帶上的卡槽精準而有力的咬合,隨著螺桿的進一步緊固,軟管受力壓縮,與連接設備的接頭外表面形成壓緊密封式結(jié)合。在實際工作中,安裝環(huán)節(jié)存在如下問題。
一是操作人員安裝冷卻液軟管時,未使用濕抹布將軟管端頭內(nèi)壁殘留的油脂性脫模劑清理干凈,未使用干抹布將冷卻液軟管兩連接端頭的內(nèi)壁及設備接頭的外壁擦拭干凈,降低了軟管內(nèi)壁與設備接頭的附著力。
二是操作人員安裝冷卻液軟管時,未將軟管插入機上連接設備接頭的底部,減小了軟管端頭與接頭的接觸面積。如果連接設備接頭的長度不夠,這種安裝方式將增大軟管松脫的風險。
三是由于冷卻液軟管交付尺寸不一致,在安裝前,軟管須進行機上現(xiàn)場比試。由于沒有專用切割工具,現(xiàn)場人員借助臨時工具,憑借經(jīng)驗裁剪,有的被截短后出現(xiàn)軟管端面參差不齊,有的同一型號軟管裁剪后長短不一,導致軟管與設備接頭位置無法準確對接,安裝時進行強行裝配,使軟管扭曲,存在一定裝配應力。
四是對于形狀較為對稱的冷卻液軟管,如近似于“Z”字型的冷卻液軟管。在安裝前,軟管兩端未分別與連接設備的接頭進行試裝確認,造成錯位安裝,出現(xiàn)異常安裝應力。
五是冷卻液軟管安裝卡箍時擰緊力矩達不到要求。擰緊力矩超過卡箍的額定力矩時,卡箍箍帶兩側(cè)及卡槽切入軟管橡膠中,對軟管膠料造成損壞,同時影響卡箍自身的強度。擰緊力矩未達到卡箍建議的力矩值時,冷卻液軟管在接頭連接處可轉(zhuǎn)動,容易被拔脫。
六是冷卻液軟管安裝卡箍在軟管上的安裝位置不規(guī)范。操作人員安裝卡箍時,可能卡到連接設備接頭的滾波上,導致卡箍安裝偏斜,卡緊力不均勻。另外,操作人員也可能將卡箍卡到軟管邊緣上,減小了卡箍箍帶與軟管接觸的面積,影響軟管的全方位密封性。經(jīng)驗告訴我們,冷卻液軟管的卡箍位置至軟管邊緣的距離等于軟管壁的厚度,這個距離最合適。
(1)軟管入廠驗收
根據(jù)發(fā)動機冷卻液軟管成品質(zhì)量檢驗文件要求,須對冷卻液軟管的內(nèi)外徑、重量、長度、外表面及軟管三通接頭連接處的緊固情況進行入廠驗收。如果冷卻液軟管內(nèi)外徑、重量、長度及外表面質(zhì)量達不到要求,不能入廠使用。但是,1號冷卻液軟管三通接頭連接處存在松動的情況,在實際工程驗收過程中,驗收人員并未發(fā)現(xiàn)和提出。
(2)軟管安裝驗收
軟管安裝后,應根據(jù)圖樣要求對安裝卡箍的擰緊力矩、緊固標記線、安裝位置及軟管的端面裁剪質(zhì)量、緊固效果進行驗收。發(fā)動機2號冷卻液軟管與發(fā)動機水泵處接頭的連接卡箍安裝位置及緊固效果未達到驗收要求,但在實際工程驗收過程中,問題沒有被發(fā)現(xiàn)和提出。
冷卻液軟管發(fā)生松脫故障后,在檢查過程中應檢查該軟管安裝卡箍的卡齒是否磨損,軟管端口內(nèi)外壁是否出現(xiàn)裂紋與缺損,設備安裝接頭是否有損壞等問題,并做詳實記錄。一般情況下,軟管從設備安裝接頭上松脫后,由于設備接頭上滾波的凸起段會將卡箍撐開,導致卡箍的卡槽出現(xiàn)磨損。軟管內(nèi)壁可能存在拉脫損傷,檢修時應更換新的軟管及卡箍,若設備接頭存在損傷,也應用新件更換損壞件。但是,在實際工程檢修過程中,有些單位沒有規(guī)范的故障后處理方法及步驟,導致檢修流程混亂,難以開展后續(xù)故障分析工作。
在日常檢查維護中,由于冷卻液軟管為橡膠材質(zhì),易受環(huán)境溫度影響而變形,應考慮軟管的熱脹冷縮引起卡緊力的變化,視情檢查冷卻液軟管安裝卡箍的緊固情況。
第一,加強冷卻液軟管及設備安裝接頭的質(zhì)量管理,及時改進不滿足質(zhì)量要求的冷卻液軟管,使用符合標準規(guī)范的設備安裝接頭及合適的安裝卡箍。
第二,充分檢查軟管現(xiàn)場安裝布設,結(jié)合發(fā)動機運行情況,適當在冷卻液軟管中段增加軟管固定支撐點,一般軟管每400mm處須增加一個支撐點,提高軟管緊固可靠性和安全性。
第三,加強常用軟管標準和操作檢修規(guī)范的學習,進一步掌握系統(tǒng)和機組設備工作原理。
第四,在涉及安裝、驗收等環(huán)節(jié)時,應嚴把質(zhì)量關(guān),有疑問或者遇到不清楚的內(nèi)容,一定要將問題徹底弄明白,把工作做細做實。
第五,編寫發(fā)動機冷卻液泄漏后故障取證與處理流程,并認真學習,預防故障再次發(fā)生。
第六,加強備件庫存管理,應儲備足夠數(shù)量的合格冷卻液軟管、安裝卡箍、冷卻液等物料,以免影響試驗任務。
本文從安全角度出發(fā),對產(chǎn)品質(zhì)量、安裝、驗收、檢修等方面暴露的安全隱患進行分析,提出相應解決方案。冷卻液軟管松脫故障在無人機甚至汽車上時有發(fā)生,稍有不慎,輕則損壞發(fā)動機,重則造成重大事故,應引起高度重視?!?/p>