V2500發(fā)動機(jī)主齒輪箱碳封嚴(yán)漏油分析和預(yù)防性方案

■ 陳磊/北京飛機(jī)維修工程有限公司杭州分公司

0 引言

為了保證發(fā)動機(jī)和飛機(jī)工作正常，現(xiàn)代航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)上設(shè)計(jì)了各種附屬系統(tǒng)，如啟動系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)中的部分附件，如滑油泵、燃油泵、液壓泵、發(fā)電機(jī)等，由于具有一定的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和功率要求，需要由發(fā)動機(jī)來驅(qū)動。通常這類附件安裝在發(fā)動機(jī)主齒輪箱（部分發(fā)動機(jī)廠家稱附件齒輪箱）上，由發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子通過主齒輪箱內(nèi)的齒輪來驅(qū)動。齒輪箱中的軸承和齒輪需要滑油進(jìn)行潤滑，為了防止滑油從附件和齒輪箱界面外漏，通常在齒輪箱的附件安裝座上安裝碳封嚴(yán)裝置。如果碳封嚴(yán)密封失效，在滑油壓力作用下會出現(xiàn)滑油泄漏[1]，極易導(dǎo)致航班延誤，因而對發(fā)動機(jī)滑油泄漏的限制非常嚴(yán)格。如果空中出現(xiàn)滑油快速泄漏，甚至?xí)?dǎo)致發(fā)動機(jī)空中停車，威脅飛行安全。

2016～2017年，國內(nèi)某航空公司裝配V2500發(fā)動機(jī)的空客A320機(jī)隊(duì)因主齒輪箱碳封嚴(yán)漏油導(dǎo)致多起航班長時間延誤事件，對機(jī)隊(duì)的安全運(yùn)行產(chǎn)生了極大影響，本文對此進(jìn)行分析研究。

1 系統(tǒng)原理

V2500發(fā)動機(jī)主齒輪箱采用的是彈簧加載型封嚴(yán)組件（SPRING-LOADED SEAL）[2]，包括轉(zhuǎn)動環(huán)（也稱動封嚴(yán)）和碳封嚴(yán)（也稱靜封嚴(yán)）。彈簧加載的碳封嚴(yán)通過彈簧的預(yù)緊力將碳面緊緊壓在轉(zhuǎn)動環(huán)的金屬面上，并與O型橡膠封圈相配合實(shí)現(xiàn)封嚴(yán)作用（見圖1）[3]。

2 失效分析

隨著使用時間的積累，碳封嚴(yán)碳面上出現(xiàn)磨損或破損現(xiàn)象（見圖2），O型封圈也出現(xiàn)老化。發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，滑油會從轉(zhuǎn)動環(huán)老化的O型封圈處或損壞的碳面和轉(zhuǎn)動環(huán)結(jié)合面滲出，流向發(fā)動機(jī)排放總管。

從航線運(yùn)行情況來看，主齒輪箱碳封嚴(yán)O型封圈失效相對較少，碳面損傷是導(dǎo)致漏油的主要原因。碳封嚴(yán)碳面的失效與轉(zhuǎn)動環(huán)的轉(zhuǎn)速以及碳封嚴(yán)的使用時間呈強(qiáng)相關(guān)性，轉(zhuǎn)動環(huán)轉(zhuǎn)速越高或碳封嚴(yán)使用時間越長，碳封嚴(yán)失效的可能性則越高。V2500發(fā)動機(jī)主齒輪箱附件中對應(yīng)轉(zhuǎn)動環(huán)的最高轉(zhuǎn)速分別為：啟動機(jī)13300rpm、油氣分離器9000rpm、整體驅(qū)動發(fā)電機(jī)8500rpm。因此，這三處碳封嚴(yán)在航線運(yùn)行中的漏油問題最為凸顯。其余附件對應(yīng)的轉(zhuǎn)動環(huán)由于轉(zhuǎn)速較低，碳封嚴(yán)壽命普遍較長，均能持續(xù)使用到發(fā)動機(jī)到壽進(jìn)廠修理時再更換，在航線運(yùn)行時基本不會出現(xiàn)漏油問題。

為了減少V2500發(fā)動機(jī)主齒輪箱碳封嚴(yán)漏油問題對機(jī)隊(duì)的影響，對上述三處主要的碳封嚴(yán)設(shè)置軟時限進(jìn)行預(yù)防性更換。下面對這三處碳封嚴(yán)2015～2017年的更換數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

油氣分離器碳封嚴(yán)拆換統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表1所示，根據(jù)表1制作油氣分離器碳封嚴(yán)失效使用時間直方圖，如圖3所示，由此分析得出油氣分離器碳封嚴(yán)的可靠性壽命為15000FH。

整體驅(qū)動發(fā)電機(jī)碳封嚴(yán)拆換統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表2所示，根據(jù)表2制作整體驅(qū)動發(fā)電機(jī)碳封嚴(yán)失效使用時間直方圖，如圖4所示，由此分析得出整體驅(qū)動發(fā)電機(jī)碳封嚴(yán)的可靠性壽命為16000FH。

啟動機(jī)碳封嚴(yán)拆換統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表3所示，根據(jù)表3制作啟動機(jī)碳封嚴(yán)失效使用時間直方圖，如圖5所示，由此分析得出啟動機(jī)碳封嚴(yán)的可靠性壽命為15000FH。

圖1 V2500發(fā)動機(jī)碳封嚴(yán)工作原理圖

圖2 碳封嚴(yán)失效圖

表1 油氣分離器碳封嚴(yán)拆換數(shù)據(jù)表

圖3 油氣分離器碳封嚴(yán)拆換直方圖

圖4 整體驅(qū)動發(fā)電機(jī)碳封嚴(yán)拆換直方圖

圖5 啟動機(jī)碳封嚴(yán)拆換直方圖

3 預(yù)防性維修方案

根據(jù)上述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分別對V2500發(fā)動機(jī)主齒輪箱油氣分離器碳封嚴(yán)、整體驅(qū)動發(fā)電機(jī)碳封嚴(yán)、啟動機(jī)碳封嚴(yán)設(shè)定15000FH、16000FH、15000FH的預(yù)防性更換軟時限。

該航空公司從2018年開始對配備了V2500發(fā)動機(jī)的A320機(jī)隊(duì)使用上述軟時限對相應(yīng)碳封嚴(yán)進(jìn)行預(yù)防性更換，之后主齒輪箱碳封嚴(yán)漏油問題大為減少，航線運(yùn)行中未再發(fā)生碳封嚴(yán)漏油而導(dǎo)致的航班延誤。

表2 整體驅(qū)動發(fā)電機(jī)碳封嚴(yán)拆換數(shù)據(jù)表

表3 啟動機(jī)碳封嚴(yán)拆換數(shù)據(jù)表

4 總結(jié)

本文對V2500發(fā)動機(jī)碳封嚴(yán)漏油原因、常見漏油碳封嚴(yán)及其可靠性情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，分析了碳封嚴(yán)的可靠性壽命，并以此設(shè)定預(yù)防性維修方案，既控制了航材成本又改善了主齒輪箱碳封嚴(yán)漏油問題，取得了良好的實(shí)際效果。當(dāng)前主流民航發(fā)動機(jī)主齒輪箱的封嚴(yán)類型大體相同，希望通過上文的闡述能夠給予有同樣需求的業(yè)內(nèi)同行一定的參考。