某型發(fā)動機尾噴管漏油故障分析

鄢駿 王海勇 鄭益民

摘 要：本文介紹了某型發(fā)動機尾噴管漏油故障現(xiàn)象，根據(jù)滑油系統(tǒng)工作流程，建立漏油故障樹，對尾噴管漏油故障原因進行逐層剖析，并結合相關檢查和試驗手段對尾噴管漏油故障展開詳細的分析，最終查明漏油原因。針對故障原因，采取了相應的糾正措施，經(jīng)過試驗驗證排除了故障。

關鍵詞：發(fā)動機;漏油;故障分析

中圖分類號：V235.12 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）10-0120-04

0 引言

滑油系統(tǒng)是航空發(fā)動機的重要工作系統(tǒng)，為發(fā)現(xiàn)發(fā)動機轉動部件提供必需的潤滑和冷卻，是發(fā)動機正常運轉的重要保證[1]，發(fā)動機的滑油泄漏在發(fā)動機外場故障中占有相當大比例，往往造成直升機停飛，影響出勤率。某型發(fā)動機（以下簡稱發(fā)動機）在某次試飛任務結束后，出現(xiàn)尾噴管漏油故障。本文介紹了該發(fā)動機尾噴管滑油泄漏的故障現(xiàn)象，根據(jù)滑油系統(tǒng)工作流程，建立了滑油泄漏故障樹，并結合相關檢查和試驗驗證手段對漏油問題展開了詳細的分析，最終確認了滑油泄漏的原因。在采取了糾正措施后，故障得以排除。

1 故障現(xiàn)象

某型發(fā)動機在某次飛行任務結束后，推入機庫靜置3h后，發(fā)現(xiàn)尾噴管處有大量滑油泄漏（如圖1）。查閱了發(fā)動機參數(shù)，發(fā)動機運轉過程中，滑油壓力、滑油溫度等參數(shù)均正常，也未見滑油泄漏跡象。問題發(fā)生后，通過孔探儀檢查，未發(fā)現(xiàn)發(fā)動機流道存在滑油痕跡（如圖2）。

2現(xiàn)場排查情況

問題發(fā)生后進行了現(xiàn)場排查，主要是進行了發(fā)參數(shù)據(jù)分析、外觀檢查以及內(nèi)部流道檢查，情況如下：

2.1發(fā)參數(shù)據(jù)分析

查閱了發(fā)動機漏油當日及前一段時間的發(fā)參數(shù)據(jù)，并選取了近似狀態(tài)點的滑油系統(tǒng)參數(shù)進行了對比（見表1），可見各項參數(shù)均正常，且隨著試飛工作進行，未有明顯變化。

2.2外觀檢查

對發(fā)動機外觀可視部分進行了詳細檢查：

（1）外部管路、附件結合面及各個漏油口接頭，未見異常;

（2）所有滑油外部管路的接頭進行緊固檢查，未見松動;

（3）尾噴管主流道未見漏油痕跡;

（4）尾噴管下方有明顯滑油泄漏，軸承座下方有明顯滑油掛滴，但未見滑油高溫燒結的情況;

（5）對發(fā)動機全部回油濾網(wǎng)以及磁性屑末檢測信號器進行了檢查，未見異物，發(fā)現(xiàn)C腔后回油濾密封膠圈目視存在明顯變形;

（6）拆掉C腔后封嚴蓋板，目視檢查密封膠圈未損壞，但存在明顯變形，且C腔內(nèi)積油明顯偏多（外場條件所限無法收集）。

2.3內(nèi)部流道檢查

通過孔探儀對發(fā)動機內(nèi)部主燃氣流道進行了詳細檢查，從發(fā)動機進氣道、壓氣機、燃燒室以及渦輪流道均未發(fā)現(xiàn)滑油泄漏痕跡（如圖2所示）。

3 故障分析

3.1 問題定位

根據(jù)現(xiàn)場排查情況可以看出發(fā)動機滑油參數(shù)正常，各回油濾網(wǎng)及磁堵干凈無異物，尾噴管泄漏的滑油應來自于C腔泄漏。

3.2 故障樹分析

現(xiàn)以發(fā)動機尾噴管滑油泄漏為頂事件，開展了故障樹分析[2-7]（如圖3），共梳理出主流道滑油泄漏、C腔石墨密封損壞、C腔回油濾網(wǎng)堵塞等共9個底事件，并針對所有的底事件進行逐一分析排查。

3.3排故工作及分析

3.3.1主流道滑油泄漏

通過內(nèi)部孔探儀檢查情況來看，從發(fā)動機進口、壓氣機流道、燃燒室以及渦輪流道，均未發(fā)現(xiàn)滑油泄漏痕跡，且從尾噴管目視檢查情況來看，動力渦輪葉片上也未見滑油泄漏痕跡，據(jù)此可以排除滑油來自主燃氣流道的可能性，即排除了故障樹中X1出現(xiàn)的可能。

3.3.2石墨封嚴損壞

C腔前端密封是靠石墨封嚴環(huán)進行密封，屬于動密封，如石墨環(huán)損壞，則發(fā)動機運轉過程中，必然有滑油泄漏到動力渦輪的流道內(nèi)，從故障當日試車情況來看，發(fā)動機在運轉、停車過程中，均未發(fā)現(xiàn)有漏油冒煙的現(xiàn)象，故可排除C腔石墨密封裝置損壞的可能性，即排除了故障樹中X2出現(xiàn)的可能。

X1-主流道滑油泄漏;X2-C腔石墨密封損壞;X3-C腔后蓋板密封膠圈損傷;X4-C腔軸承座裂紋;X5-C腔管路密封不良;X6-C腔回油濾密封不良;X7-C腔回油濾堵塞;X8-滑油泵回油能力差;X9-B腔漏油口滑油泄漏

3.3.3 C腔后蓋板封嚴膠圈損壞

分下C腔后蓋板及其密封膠圈，目視情況來看，該處的密封膠圈未發(fā)現(xiàn)有切邊、缺塊的情況，但存在變形，返廠后對該密封膠圈重新進行了尺寸和材料復查。

對換下的C腔后蓋板處的密封膠圈（如圖4）進行了尺寸計量，由于C腔軸承座和C腔后封嚴蓋板無法測量，故壓縮率計算時采用設計值，詳見表2，通過測量的膠圈截面直徑顯示，膠圈存在變形，從壓縮率計算情況來看，密封膠圈最小壓縮量為16.5%，低于設計要求，其余均在要求范圍內(nèi)。

對該件實物進行了紅外光譜分析，通過與氟橡膠的紅外圖譜比對，二者的吸收峰位置基本一致，均為氟橡膠的特征吸收峰，據(jù)此可判斷密封膠圈材料為氟橡膠，符合設計要求。

通過實物復查可以看出，密封膠圈材料均符合要求，但膠圈存在變形，且最小壓縮量不滿足要求，故暫無法排除C腔后蓋板密封膠圈變形造成密封不良的可能性，即無法排除故障樹中X3出現(xiàn)的可能。

3.3.4 C腔軸承座裂紋

現(xiàn)場進行目視檢查，未發(fā)現(xiàn)軸承座存在裂紋，此外結合考慮內(nèi)部余油未持續(xù)泄漏，且地面運轉試驗時，未發(fā)現(xiàn)滑油泄漏，故可排除動力渦輪軸承座裂紋的可能性，即排除了故障樹中X4出現(xiàn)的可能。

3.3.5 C腔滑油管路密封不良

C腔共有3根外部管路從排氣機匣支板內(nèi)引出，參與C腔的供回油，分別為前回油管、后回油管以及供油管，故障發(fā)生后對外部管接頭及蓋板位置進行了目視檢查，均未發(fā)現(xiàn)滑油泄漏痕跡，另外對管路連接處進行了檢查，未發(fā)現(xiàn)松動及滑油掛滴。由此可以排除C腔供回油管接頭密封不良的可能性，即排除了故障樹中X5出現(xiàn)的可能。

3.3.6 C腔回油濾密封不良

C腔回油共設置有2個回油濾，分布為前回油濾和后回油濾，從對分解下來的C腔各回油濾膠圈目視檢查來看，C前、C后回油濾膠圈目視檢查正常，無缺口，但C腔后回油濾膠圈則存在明顯變形，據(jù)此重點對C腔后回油濾膠圈開展了排查，對換下的實物進行尺寸測量，詳見表3，結果顯示，C腔后回油濾膠圈變形明顯，壓縮率不滿足最低壓縮率要求，如表3所示。

通過對裝機的密封膠圈材料進行出廠材料復查，發(fā)現(xiàn)該裝機膠圈材料實際為丁腈橡膠5080，而實際要求已將材料由丁腈橡膠5080改為氟橡膠F275，廠家未貫徹更改，且丁腈橡膠的耐溫性能較氟橡膠差[8-9]，而該處使用溫度近140℃，臨近丁腈橡膠5080的使用極限溫度，在高溫長時間擠壓且長時間使用后，密封膠圈存在永久變形。故暫無法排除C腔后回油濾密封膠圈損壞造成密封不良的可能性，即無法排除故障樹中X6出現(xiàn)的可能。

3.3.7 C腔各回油濾堵塞

故障發(fā)生后，對發(fā)動機的C腔所有回油濾濾網(wǎng)及磁性屑沫檢測器的濾網(wǎng)進行了檢查，各濾網(wǎng)干凈，未發(fā)現(xiàn)異物，由此可以排除回油濾網(wǎng)堵塞的可能性，即排除了故障樹中X7出現(xiàn)的可能。

3.3.8 滑油泵回油能力差

故障發(fā)生后，拆下滑油泵，轉動靈活，無異常磨損，復查了滑油泵出廠數(shù)據(jù)，性能均滿足要求，且將該臺滑油泵裝其他發(fā)動機進行了試車驗證，未出現(xiàn)回油不暢的情況，由此可以排除滑油泵回油能力差的可能性，即排除了故障樹中X8出現(xiàn)的可能。

3.3.9 B腔漏油口滑油泄漏

發(fā)動機在尾噴管設置有B腔滑油泄漏口，如B腔漏油口存在滑油泄漏，則會跟隨尾氣流旋轉并分布在整個排氣筒上，但經(jīng)目視檢查未出現(xiàn)該現(xiàn)象，且漏油口無滑油泄漏的跡象，由此可以排除B腔漏油口滑油泄漏的可能性，即排除了故障樹中X9出現(xiàn)的可能。

3.4原因定位

通過故障樹分析，并對可能存在的問題原因進行逐一排查，可以看出不能排除的底事件有X3、X6，發(fā)動機尾噴管漏油的原因與C腔后回油濾膠圈和C腔后蓋板密封膠圈變形大、膠圈壓縮率變小、造成密封不良有關。

4 問題機理

根據(jù)故障樹分析情況，結合發(fā)動機滑油系統(tǒng)工作原理[10]，分析認為造成尾噴管漏油的機理如下： C腔后回油濾密封膠圈長時間使用后，變形過大，壓縮率減小，造成該處密封不良引起C腔回油路進氣，導致滑油泵C腔回油效率降低，但由于C腔為多級回油，回油裕度較大，試車過程中，軸承腔內(nèi)部輕微積油，發(fā)動機停車后，滑油管路內(nèi)的滑油回流至軸承腔，腔內(nèi)積油量增多，而同時C腔后蓋板密封膠圈由于長時間使用后變形大，局部壓縮率減小，導致密封效果變差，滑油從蓋板處滲出，并沿著軸承座壁面流至最低處，形成尾噴管漏油的痕跡，如圖5。

5 糾正措施及驗證情況

5.1 糾正措施

參照使用維護手冊排故程序[11]要求更換C腔后回油濾密封膠圈及C腔后封嚴蓋板的密封膠圈。

5.2 驗證情況

采取糾正措施后，發(fā)動機隨直升機完成地面驗證試車、檢飛等全部后續(xù)規(guī)定的內(nèi)容，累計運行約12h，試驗過程中以及試驗結束后，未再出現(xiàn)尾噴管漏油情況，驗證試驗情況見表4，試驗結束后尾噴管情況如圖6。

6 結論

本文采用故障樹分析方法，并結合相關檢查與試驗驗證的方法，對某型發(fā)動機尾噴管滑油泄漏故障原因進行逐一排查，查明了故障原因，并通過試驗驗證排除了故障，為該型號后續(xù)發(fā)動機的排故提供了參考，也為型號研制積累了經(jīng)驗。

參考文獻

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