發(fā)動機冷卻液軟管松脫故障暴露的安全問題

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。

故障與原因分析

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。

安裝方法不規(guī)范

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。

軟管安裝卡箍選用不當

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。

暴露的問題

產(chǎn)品質(zhì)量問題

（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。

安裝問題

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。

驗收環(huán)節(jié)中的問題

（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。

檢修環(huán)節(jié)中的問題

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。

整改措施

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。

總結(jié)

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>