某型發(fā)動(dòng)機(jī)滑油箱油量異常下降故障分析

張開旭 張春海 王仕鵬

摘 要：本文通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)、分解檢查、滑油系統(tǒng)原理等分析了一例發(fā)動(dòng)機(jī)滑油消耗量異常的故障，并簡(jiǎn)要介紹某型發(fā)動(dòng)機(jī)滑油系統(tǒng)的工作原理、空氣封嚴(yán)的原理、及部分滑油附件的功用。本文中所列故障樹，對(duì)分析某型發(fā)動(dòng)機(jī)滑油消耗量異常等故障具有參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī);試車;滑油箱;異常下降;封嚴(yán);壓力

中圖分類號(hào)：V263.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）20-0049-02

0 引言

某型發(fā)動(dòng)機(jī)滑油系統(tǒng)是向零件的摩擦面供油潤(rùn)滑，以減輕摩擦和散熱，同時(shí)還要向螺旋槳、調(diào)速器、燃油調(diào)節(jié)器、測(cè)扭機(jī)構(gòu)及負(fù)拉力自動(dòng)順槳傳感器供油，作為這些附件的工作介質(zhì)?；拖到y(tǒng)還應(yīng)保證所供滑油的油壓和油量。

1 故障現(xiàn)象

某型發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作1h后，滑油箱油平面2min內(nèi)從45L降至43L（標(biāo)準(zhǔn)不超過1L/h），滑油壓力5.1kg/cm2，25min后停車檢查該發(fā)滑油量指示為31L。檢查尾噴口油霧分離器通氣口周圍有少量滑油燒蝕痕跡;檢查主滑油濾，未見異常;檢查油霧分離器、輔助滑油泵及其傳動(dòng)軸，未見異常;從中后軸承回油濾處放油開關(guān)放出300ml滑油，判斷中后軸承回油泵工作正常;用電動(dòng)抽油泵抽油，該發(fā)抽回26L;試車檢查，起動(dòng)前滑油量指示57L，起動(dòng)好后滑油量指示42L，工作約15min滑油量指示31L，隨即停車;停車后檢查發(fā)動(dòng)機(jī)外觀等，未見異常。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)返廠檢查

（1）驗(yàn)證試車。發(fā)動(dòng)機(jī)返廠進(jìn)行故障驗(yàn)證試車，試車過程中均未出現(xiàn)滑油量下降現(xiàn)象，但試車發(fā)現(xiàn)中軸承腔壓力、后軸承腔壓力、軸承內(nèi)腔壓力偏高，設(shè)計(jì)規(guī)定中軸承腔壓力不大于0.206MPa，后軸承腔壓力不大于中軸承腔壓力的實(shí)測(cè)值，軸承內(nèi)腔的壓力不大于0.118MPa。隨機(jī)選取3臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的試車數(shù)據(jù)與故障機(jī)的試車數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)故障機(jī)腔壓值明顯偏高，且中軸承腔壓力超過規(guī)定值（表1）。

（2）分解檢查發(fā)現(xiàn)外封氣圈石墨涂層嚴(yán)重磨損，局部可見基體。對(duì)中、后軸承封嚴(yán)圈及篦齒尺寸測(cè)量進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)外封氣圈、中封氣圈及后軸承封嚴(yán)圈尺寸超差。

（3）其余零部件分解檢查未見異常。

3 故障分析

3.1 故障樹

以發(fā)動(dòng)機(jī)滑油箱油油量異常下降為頂事件，結(jié)合滑油系統(tǒng)組成及工作原理分析，繪制故障樹。對(duì)故障樹的18個(gè)底事件進(jìn)行分析（圖1）。

（1）滑油附件結(jié)合面及管路外部滲漏。發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)證試車時(shí)，檢查滑油附件結(jié)合面及管路外部情況正常，未發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，可以排除。（2）燃燒室機(jī)匣內(nèi)部滲漏。發(fā)動(dòng)機(jī)分解后，對(duì)燃燒室機(jī)匣按照工藝規(guī)程要求進(jìn)行密封性試驗(yàn)，檢查合格，可以排除。（3）主、輔助滑油泵調(diào)壓活門失效。主滑油泵驗(yàn)證試車與分解檢查未見異常，可以排除。測(cè)量輔助滑油泵單向活門與調(diào)壓活門彈簧彈力未見異常;在試驗(yàn)器和發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行了輔助滑油泵調(diào)壓活門卡滯試驗(yàn)，故障未復(fù)現(xiàn)，可以排除。（4）滑油噴嘴異常。分解檢查滑油噴嘴安裝正常，沒有發(fā)現(xiàn)松動(dòng)或堵頭松脫導(dǎo)致流量變大的情況，可以排除。（5）空氣分離器分離能力不足。發(fā)動(dòng)機(jī)返廠驗(yàn)證試車未見異常，空氣分離器分解檢查未見異常，可以排除。（6）空氣分離器傳動(dòng)軸失效。分解檢查空氣分離器傳動(dòng)軸完好、沒有異常磨損，可以排除。（7）空氣分離器后的通氣管路不暢通。分解檢查空氣分離器后的通氣管路暢通，可以排除。（8）上垂直錐齒輪斷裂。分解檢查上垂直錐齒輪工作正常，可以排除。（9）上傳動(dòng)軸承固定座松動(dòng)。分解過程，檢查上傳動(dòng)軸承固定座緊固情況正常，可以排除。（10）油霧分離器傳動(dòng)軸裝反。油霧分離器傳動(dòng)軸裝配方向正確，與油霧分離器軸配合良好，可以排除。（11）油霧分離器失效。發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)證試車未見異常，油霧分離器分解檢查未見異常，可以排除。（12）主滑油泵回油能力降低。發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)證試車未見異常，主滑油泵上試驗(yàn)器檢查正常，可以排除。（13）中后軸承抽油泵回油能力降低。車臺(tái)試驗(yàn)時(shí)尾噴管沒有冒白煙，分解后檢查中、后軸承封嚴(yán)環(huán)沒有滑油燒焦而形成的痕跡，說明中后軸承抽油泵回油能力滿足要求，可以排除。（14）機(jī)匣回油路出現(xiàn)異常。對(duì)減速器機(jī)匣、附件機(jī)匣進(jìn)行密封性試驗(yàn)，檢查合格，說明機(jī)匣內(nèi)部油路無泄漏情況，可以排除。（15）封嚴(yán)壓力高。對(duì)驗(yàn)證試車數(shù)據(jù)、發(fā)動(dòng)機(jī)出廠前試車數(shù)據(jù)及其他發(fā)動(dòng)機(jī)試車數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)C079號(hào)機(jī)封嚴(yán)壓力值偏高，出廠裝機(jī)使用后至故障出現(xiàn)時(shí)，中軸承腔、后軸承腔、軸腔壓力值均較出廠時(shí)增加較大，封嚴(yán)壓力異常因素不能排除。（16）空氣封嚴(yán)不良。分解檢查空氣封嚴(yán)部位，未見滑油痕跡，說明滑油沒有從封嚴(yán)部位流出，可以排除。（17）滑油竄入燃調(diào)。將故障機(jī)燃調(diào)串裝其它機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證試車，試車過程中滑油消耗量合格，試車后從燃調(diào)口放油進(jìn)行理化分析，未見異常，可以排除。（18）滑油導(dǎo)管滲漏。對(duì)滑油導(dǎo)管進(jìn)行了分解檢查，未見異常，可以排除。

通過對(duì)18個(gè)底事件進(jìn)行分析，封嚴(yán)壓力高底事件不能排除，其余底事件可以排除。

3.2 滑油系統(tǒng)工作原理

滑油系統(tǒng)由主滑油泵、輔助滑油泵、中后軸承抽油泵、傳動(dòng)盒抽油泵、測(cè)扭泵、空氣分離器、油霧分離器、滑油濾、中后軸承回油濾、直流電動(dòng)滑油泵、滑油箱、通氣油箱、滑油散熱器、順槳泵、滑油溫度傳感器及各連接導(dǎo)管等組成?；拖到y(tǒng)中滑油的循環(huán)是閉式循環(huán)，即：發(fā)動(dòng)機(jī)——滑油散熱器——發(fā)動(dòng)機(jī)。所消耗了的油量，由輔助滑油泵從滑油箱抽油補(bǔ)充供給。發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，滑油系統(tǒng)循環(huán)油路的工作過程是：使用過的滑油流入散熱器散熱，從散熱器出來的滑油與輔助滑油泵的補(bǔ)充滑油匯合一起流入主滑油泵增壓級(jí)，輔助滑油泵內(nèi)的調(diào)壓活門保持主滑油泵進(jìn)口油壓為58.8kPa～78.4kPa。當(dāng)滑油因被消耗而不能保持此油壓時(shí)，輔助滑油泵就從油箱抽油補(bǔ)充，以恢復(fù)此壓力。

空氣分離器的作用是將混入滑油中的空氣分離出來后，空氣流經(jīng)滑油箱再排入大氣中，其目的是盡可能減少滑油中的空氣含量以保證滑油系統(tǒng)正常循環(huán)，空氣分離器的分離效率降低將直接導(dǎo)致滑油中的含氣量增加，含氣量增加的滑油進(jìn)入滑油循環(huán)一方面將導(dǎo)致主滑油泵進(jìn)口油壓壓力降低，輔助滑油泵將從飛機(jī)滑油箱抽油補(bǔ)充進(jìn)而導(dǎo)致滑油箱油平面下降;另一方面滑油中的含氣量增加以將進(jìn)一步導(dǎo)致空氣分離器的分離效率的降低，滑油系統(tǒng)的工作越來越惡化進(jìn)入惡性循環(huán)?；蛯?duì)中（后）軸承進(jìn)行潤(rùn)滑時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的油霧，油霧分離器的作用是將形成的油霧與空氣進(jìn)行分離，滑油流入機(jī)匣進(jìn)入循環(huán)，空氣則經(jīng)管路排至發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴口以保持與外界大氣的聯(lián)通，以改善潤(rùn)滑和平衡腔壓。

3.3 滑油系統(tǒng)封嚴(yán)與通氣原理

中、后軸承封嚴(yán)與通氣結(jié)構(gòu)：中軸承腔由外、中、內(nèi)封氣圈及篦齒組成，高壓氣流經(jīng)由外封氣圈處配合的篦齒滲入中軸承腔;后軸承腔由后軸承封氣圈及篦齒組成，高壓氣流經(jīng)由后軸承封氣圈處配合的篦齒滲入后軸承腔;軸腔由燃燒室機(jī)匣的內(nèi)腔與渦輪軸組合而成;三腔都通過導(dǎo)管與外界大氣相聯(lián)通。

為保證滑油系統(tǒng)在不同工況下能正常工作，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)設(shè)置了復(fù)雜的封嚴(yán)與通氣結(jié)構(gòu)，封嚴(yán)結(jié)構(gòu)是為了防止滑油漏入氣流通道以控制滑油消耗量，通氣結(jié)構(gòu)是為了使滑油系統(tǒng)與外部聯(lián)通以保持合適的腔壓：即中軸承腔壓≤205.8kPa，后軸承腔壓≤中軸承腔壓及軸腔壓力，軸承內(nèi)腔壓力≤117.6kPa。上述三個(gè)腔壓值偏高，將導(dǎo)致空氣分離器的分離效率降低，直接影響滑油系統(tǒng)的正常工作。為了保持合適的腔壓，利用了篦齒封嚴(yán)這一特殊結(jié)構(gòu)：涂層與篦齒之間合適的配合間隙能保證正常的系統(tǒng)內(nèi)壓力。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)間的延長(zhǎng)，如果因涂層正常磨損導(dǎo)致腔壓稍有變化時(shí)，可通過更換節(jié)流墊組別來調(diào)整腔壓;如果涂層出現(xiàn)異常磨損導(dǎo)致腔壓較大變化時(shí)，將超出節(jié)流墊的調(diào)整極限。

4 故障結(jié)論

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、檢查結(jié)果及滑油系統(tǒng)原理分析，可以得出發(fā)動(dòng)機(jī)封嚴(yán)圈石墨涂層嚴(yán)重磨損，封嚴(yán)間隙增大，壓氣機(jī)后高壓空氣進(jìn)入封嚴(yán)腔增多，導(dǎo)致封嚴(yán)壓力升高，內(nèi)腔壓力升高，改變滑油與空氣混合比，使?jié)櫥S承的滑油產(chǎn)生大量泡沫，中后軸承抽油泵抽回的含有大量泡沫的滑油，造成空氣分離器分離出來參與循環(huán)的滑油量減少，導(dǎo)致主滑油泵進(jìn)口壓力降低，輔助滑油泵抽取滑油補(bǔ)充至進(jìn)油口，導(dǎo)致油箱油平面異常下降。另外，腔壓升高使進(jìn)入油霧分離器的油霧增多，也會(huì)造成部分油霧未徹底分離，少量滑油從油霧分離器通氣管中引射排出。

發(fā)動(dòng)機(jī)封嚴(yán)圈石墨涂層嚴(yán)重磨損，是導(dǎo)致此次滑油箱油量異常下降故障的原因。

5 結(jié)語

通過故障的分析，可以提高對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各系統(tǒng)的工作原理的認(rèn)識(shí)，對(duì)排除某型發(fā)動(dòng)機(jī)故障提供幫助。通過故障樹對(duì)故障進(jìn)行原因分析，可以準(zhǔn)確定位故障，可以有效提高排故效率和水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 某型發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)說明書[M].株洲：中國(guó)航發(fā)南方工業(yè)有限公司，2017.

[2] 某型發(fā)動(dòng)機(jī)維修手冊(cè)[M].株洲：中國(guó)航發(fā)南方工業(yè)有限公司，2017.