基于故障樹(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)滑油泄露故障分析

曾聞鼎 王海勇

摘 要：針對(duì)某型航空渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)科研階段臺(tái)架試車(chē)過(guò)程中出現(xiàn)的尾噴管漏油的故障，應(yīng)用故障樹(shù)法結(jié)合滑油系統(tǒng)原理對(duì)漏油原因進(jìn)行了分析，建立了發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管漏油的故障樹(shù)。采用定性分析結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)分解檢查結(jié)果得到了故障的最小割集，確定了故障原因。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，排除了故障，結(jié)果表明故障樹(shù)法是簡(jiǎn)單有效的。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī);故障樹(shù)分析;滑油泄漏

中圖分類(lèi)號(hào)：U472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）13-0049-02

0 引言

某渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)地面臺(tái)架試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行冷吹后，出現(xiàn)尾噴管滑油大量泄漏（呈線狀流出）的故障，嚴(yán)重影響了發(fā)動(dòng)機(jī)地面臺(tái)架試驗(yàn)。

故障樹(shù)分析法簡(jiǎn)稱(chēng)FTA，或稱(chēng)失效樹(shù)分析法，是以故障樹(shù)為工具分析故障發(fā)生的各種途徑，對(duì)系統(tǒng)安全性或可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)的圖形演繹方法[1]。FTA被認(rèn)為是一種對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行安全性和可靠性分析的一種好方法[2]。

本文以某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)地面臺(tái)架試驗(yàn)過(guò)程尾噴管滑油泄漏為例，應(yīng)用故障樹(shù)分析法進(jìn)行分析排故。

1 故障樹(shù)分析

1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)漏油故障簡(jiǎn)介

某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)地面臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)，冷吹后檢查發(fā)現(xiàn)尾噴管有大量滑油呈線狀流出;更換滑油泵后進(jìn)行冷吹，尾噴管漏油故障仍然存在。隨后發(fā)動(dòng)機(jī)下臺(tái)分解進(jìn)行漏油排故工作。

1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)滑油系統(tǒng)原理

發(fā)動(dòng)機(jī)滑油系統(tǒng)主要由滑油箱、滑油泵、滑油濾、各滑油腔（附件傳動(dòng)、A滑油腔、B滑油腔、C滑油腔）、回油泵、回油濾、噴嘴及外部管路組成，見(jiàn)圖1。

滑油箱中的滑油通過(guò)滑油泵進(jìn)入供油管路，隨后增壓后的滑油經(jīng)過(guò)滑油濾過(guò)濾后，分別供給附件傳動(dòng)機(jī)匣腔、A軸承腔、B軸承腔及C軸承腔的噴嘴，對(duì)各個(gè)軸承和齒輪進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻，并帶走軸承腔中的磨粒，使它們不再進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。之后滑油經(jīng)過(guò)回油濾過(guò)濾后，通過(guò)回油泵進(jìn)入附件機(jī)匣總回油管路，經(jīng)過(guò)磁性屑末檢測(cè)信號(hào)器的檢測(cè)和燃滑油散熱器、空氣散熱器散熱后，回到滑油箱。

1.3 建立故障樹(shù)

故障樹(shù)分析法的關(guān)鍵是正確建造故障樹(shù)，故障樹(shù)的完善程度將直接影響定性分析和定量計(jì)算的準(zhǔn)確性。故障樹(shù)分析中的結(jié)果事件稱(chēng)為頂事件，是故障樹(shù)中首先要分析的系統(tǒng)故障事件;把導(dǎo)致頂事件發(fā)生的根本原因稱(chēng)為底事件;頂事件和底事件之間的中間結(jié)果事件稱(chēng)為中間事件[2]。

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)滑油系統(tǒng)原理可知，參考文獻(xiàn)[3][4][5]的排故經(jīng)驗(yàn)，建立故障樹(shù)。導(dǎo)致頂事件發(fā)生的直接原因可能是“A腔滑油泄漏”、“B腔滑油泄漏”、“C腔滑油泄漏”。引起滑油腔滑油泄漏的原因可能是：各滑油腔回油不暢，各滑油腔密封失效。引起各滑油腔回油不暢的原因：燃滑油散熱器堵塞，磁性屑末檢查信號(hào)器堵塞，旁通活門(mén)堵塞，回油濾堵塞，滑油壓力傳感器漏氣，滑油泵回油能力不足，各滑油腔回油管路節(jié)流和密封失效或裂開(kāi)破損，都會(huì)引起滑油腔回油不暢，導(dǎo)致滑油泄漏。這些因素分別標(biāo)識(shí)為底事件X3～X9、X12～X14、X16、X17。為了保證良好的密封效果，各滑油腔采用了不同的密封措施，其中包括石墨密封、篦齒密封、O型膠圈密封。任何一處密封間隙不合格、石墨和膠圈損壞或者封嚴(yán)引氣壓力偏低、軸承腔腔壓偏高，都會(huì)導(dǎo)致封嚴(yán)失效引起滑油泄漏的發(fā)生。這些失效事件分別標(biāo)識(shí)為底事件X1、X2、X10、X11、X15、X18、X20～X23。

將上述分析得到的頂事件、中間事件和底事件按照故障樹(shù)的符號(hào)邏輯的連接起來(lái)，就得到如圖2所示的發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管滑油泄漏的故障樹(shù)。采用下行法得到故障的最小割集為：{X1}～{23}，表明存在23種導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的尾噴管滑油泄漏的因素。

2 故障排查及定位

按照?qǐng)D2所確立的故障樹(shù)，某型發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生尾噴管滑油泄漏故障后，在臺(tái)架進(jìn)行了一系列的排查工作，隨后進(jìn)行了分解檢查，以及針對(duì)底事件的專(zhuān)項(xiàng)試驗(yàn)等，通過(guò)排除各個(gè)可能的因素，最終確定了故障發(fā)生的真實(shí)原因。

故障發(fā)生后，在臺(tái)架仔細(xì)檢查了發(fā)動(dòng)機(jī)的各回油管路及接口處，均未發(fā)現(xiàn)裂開(kāi)破損，滑油滲漏情況。隨后在臺(tái)架更換了一個(gè)功能正常的滑油泵，故障依然存在，可排除X8。

發(fā)動(dòng)機(jī)下臺(tái)分解后，目視檢查了5個(gè)回油濾，滑油濾，燃滑油散熱器，磁性屑末檢查信號(hào)器，旁通活門(mén)，均未發(fā)現(xiàn)堵塞，可排除事件X4、X5、X6、X7。對(duì)各滑油腔外部回油管路進(jìn)行了沖洗，未發(fā)現(xiàn)任何異物;并對(duì)外部回油管路進(jìn)行了密封性試驗(yàn)和流量試驗(yàn)，結(jié)果均正常，排除X13、X17。隨后將起動(dòng)機(jī)分解至零組件狀態(tài)并進(jìn)行了相應(yīng)檢查和試驗(yàn)。

A滑油腔前端通過(guò)石墨盒和O型膠圈密封，后端通過(guò)篦齒封嚴(yán)。目視檢查輸出軸膠圈正常，石墨密封盒沒(méi)有異常磨損，進(jìn)氣流道內(nèi)無(wú)滑油痕跡，可以判斷A腔前端石墨盒和膠圈密封沒(méi)有失效，排除了底事件X2。目視檢查壓氣機(jī)流道內(nèi)沒(méi)有滑油，可以確定A腔后封嚴(yán)篦齒密封正常，排除底事件X1。對(duì)A腔回油路進(jìn)行了流量和密封性試驗(yàn)，結(jié)果均正常，排除X3、X9。檢查動(dòng)力渦輪傳動(dòng)軸前端通氣孔和輸出軸上的通氣口，未發(fā)現(xiàn)任何堵塞現(xiàn)象;對(duì)引氣封嚴(yán)氣路進(jìn)行流量檢查，結(jié)果正常，排除X18、X19。

分解后檢查B腔發(fā)現(xiàn)燃燒室火焰筒內(nèi)部有大量滑油，燃?xì)鉁u輪葉片表面，以及流道的內(nèi)壁和外壁也有油跡，說(shuō)明B滑油腔發(fā)生滑油泄漏。按照故障樹(shù)對(duì)B腔進(jìn)行仔細(xì)檢查。在組件狀態(tài)對(duì)B腔回油管路進(jìn)行了流量試驗(yàn)和密封性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果正常，排除了X13、X14。針對(duì)中間事件B腔封嚴(yán)失效，對(duì)B腔前篦齒封嚴(yán)和后篦齒封嚴(yán)進(jìn)行了精密計(jì)量，得到的前后篦齒間隙均在設(shè)計(jì)范圍內(nèi);對(duì)篦齒封嚴(yán)引氣氣路進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)任何堵塞和節(jié)流現(xiàn)象，說(shuō)明篦齒封嚴(yán)正常，排除X10、X11、X20。檢查轉(zhuǎn)動(dòng)密封件、轉(zhuǎn)子連接軸和渦輪連接軸上通氣小孔，均正常，排除X21。拆下滑油壓力傳感器檢查發(fā)現(xiàn)，與滑油壓力傳感器連接的B腔基準(zhǔn)壓力管沒(méi)有滑油痕跡，說(shuō)明滑油壓力傳感器存在漏氣，底事件X12存在故障。