PW1100發(fā)動機3號軸承碳封嚴磨損分析及監(jiān)控方法

王海臣 黃瑩

摘要：PW1100發(fā)動機世界機隊已發(fā)生數(shù)起因3號軸承碳封嚴磨損、滑油泄漏進入氣流通道后污染客艙空氣事件，其中最嚴重的一起造成客艙大量油煙，導致機組在安全落地后執(zhí)行緊急撤離程序。本文就3號軸承碳封嚴磨損及磨損后未被滑油碎屑監(jiān)控系統(tǒng)（ODM）捕捉到的原因進行分析，并提出可行的在翼監(jiān)控方法，以供業(yè)內(nèi)參考。

關鍵詞：PW1100發(fā)動機；3號軸承碳封嚴；磨損；監(jiān)控方法

Keywords：PW1100 engine；No.3 bearing carbon seal；wear；monitoring method

0 引言

選裝PW1100發(fā)動機的A320neo系列飛機自2016年在全球投入運營以來，截至2020年8月全球有37家航空公司共計運營660余架A320neo系列飛機。

GFT發(fā)動機擁有獨特的齒輪驅(qū)動風扇設計，低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速以3∶1的比例傳輸?shù)斤L扇轉(zhuǎn)子。該設計可大幅提高低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，從而提高壓縮、做功效率，但較高的轉(zhuǎn)速也帶來了新的磨損問題。

1 背景介紹

PW1100發(fā)動機3號軸承碳封嚴最初采用分離式（lift-off）碳封嚴，在發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，利用壓縮空氣克服彈簧力吹起碳封嚴，使其懸浮在碳封嚴平板表面，無接觸即不會產(chǎn)生磨損。但這種設計的薄弱點是無法持續(xù)保持壓縮空氣的壓力，碳封嚴也就無法穩(wěn)定地懸浮，導致其不斷與碳封嚴平板磨擦而最終失效，該設計宣告失敗。

2017年12月，普惠公司發(fā)布服務通告PW1000G-C-72-00-0087-00A- 930A-D，將3號軸碳封嚴改為固定的干式碳封嚴，這種設計不再依賴壓縮空氣壓力，較為穩(wěn)定。目前，世界機隊近乎所有PW1100發(fā)動機均為干式碳封嚴，大部分運行穩(wěn)定，但有一部分發(fā)動機的干式碳封嚴存在早期（3000飛行小時內(nèi)）快速磨損問題，且有一定數(shù)量的干式碳封嚴磨損發(fā)動機未被ODM（滑油碎屑監(jiān)控）系統(tǒng)捕捉到，有可能發(fā)生滑油泄漏進入氣流通道后污染客艙空氣甚至導致客艙油煙的嚴重不安全事件。

2 原因分析

干式碳封嚴主要由封嚴平板、碳段、碳封嚴載體三部分構成，如圖1、圖2所示，碳封嚴平板與碳段出現(xiàn)相對旋轉(zhuǎn)時就產(chǎn)生磨損。碳封嚴平板的成分為金屬，硬度較大，碳段的成分為碳，硬度較小，二者接觸時碳段優(yōu)先被磨掉。

當碳段被完全磨損掉后，碳封嚴平板與碳封嚴載體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)接觸磨損且均為金屬成分，金屬碎屑流入滑油系統(tǒng)可迅速被ODM系統(tǒng)和磁堵捕捉到，當大于一定數(shù)量時則產(chǎn)生滑油碎屑探測警告，通過檢查磁堵、化驗金屬屑成分，可最終確認碳封嚴磨損。

但從世界機隊的運行情況來看，有一部分發(fā)動機干式碳封嚴磨損后未被ODM系統(tǒng)捕捉到，這種現(xiàn)象是由于個體差異造成的。碳封嚴平板外徑小于碳封嚴載體，如圖3所示，在碳段被完全磨損掉后，碳封嚴平板未與碳封嚴載體接觸，而是直接嵌入到碳封嚴載體內(nèi)，最終導致滑油泄漏出軸承腔，造成嚴重的客艙油煙事件。

3 監(jiān)控方法

普惠公司在2019年9月發(fā)布服務通告PW1000G-C-72-00-0152-00A-930A-D，給出在翼孔探方法，可在拆除主齒輪箱滑油通氣總管（LB30）接口后使用孔探設備檢查碳封嚴狀態(tài)。

那么何時進行孔探檢查3號軸承碳封嚴才是合適的？我公司嘗試通過主動監(jiān)控ODP（滑油濾壓差）參數(shù)變化趨勢來啟動孔探檢查工作。選擇該監(jiān)控方法基于兩點：

1）通過研究，認為碳封嚴碳段磨損產(chǎn)生的碳屑是非鐵磁性物質(zhì)，不會吸附在磁堵上，也不會被ODM系統(tǒng)捕捉，但會在滑油濾內(nèi)不斷累積，致使ODP升高。

2）公司在PW1100引進后，通過不斷的數(shù)據(jù)積累，發(fā)現(xiàn)在某些案例里ODP參數(shù)的趨勢也發(fā)生了明顯改變。因此，可基于南航自主研發(fā)的遠診系統(tǒng)RTT對參數(shù)設置報警條件并第一時間接收報文，服務器接收到報文后可立刻激活并發(fā)送報警郵件到機務人員手機上。于是，在2018年年底完成了對整個機隊的設置，并從2019年年初開始持續(xù)收集數(shù)據(jù)?；仡檾?shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，通過改變ODP報警方式和條件可將報警時間提前。因此，2019年年初完成了報警條件的修正，等待實際驗證。

自2019年下半年至今，這種監(jiān)控方法在三臺發(fā)動機上得到了驗證，三臺發(fā)動機都接收到遠診系統(tǒng)觸發(fā)的報警郵件。仔細回顧數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，ODP參數(shù)有明顯短時上升趨勢（見圖4、圖5），隨后安排孔探檢查3號軸承碳封嚴，發(fā)現(xiàn)碳段全部磨光（見圖6）。

4 總結(jié)

從PW1100世界機隊運營數(shù)據(jù)上看，3號軸承碳封嚴經(jīng)過改進后，雖然磨損出現(xiàn)的頻率不高，但最嚴重的磨損情況已經(jīng)導致飛機備降、滑油泄漏嚴重污染客艙空氣、飛機落地后旅客應急撤離的嚴重不安全事件。但目前普惠公司還沒有給出明確的監(jiān)控標準，從節(jié)約維護成本、機隊安全性兩方面考慮，為了精準預判二者的最佳平衡點，航空公司可采用如下方法進行主動監(jiān)控：

1）設置巡航ODP參數(shù)短時上升趨勢達到0.6psi/300FH的觸發(fā)條件，觸發(fā)后回顧數(shù)據(jù)，判斷短時上升趨勢是否屬實，確認后安排孔探檢查。

2）更換滑油濾后需及時調(diào)整基準值，以確保能夠準確抓取到ODP短時上升趨勢變化。

3）對于巡航報文產(chǎn)生量少的飛機，可采用爬升報文數(shù)據(jù)進行設置。

4）對于裝機時間較短的發(fā)動機，需采用此方法重點監(jiān)控。

參考文獻

[1] Pratt & Whitney. Engine Illustrated Parts Data [Z].

[2] Pratt & Whitney. Engine Maintenance Manual [Z].

[3] Pratt & Whitney. Advanced Diagnostic & Engine Management [Z].

作者簡介

王海臣，發(fā)動機中級工程師，負責A320系列飛機PW1100、V2500發(fā)動機工程管理工作。

黃瑩，發(fā)動機性能監(jiān)控主任高級工程師，負責A320系列飛機PW1100、V2500、LEAP-1A、CFM-56發(fā)動機性能監(jiān)控工作。