某型直升機電動離心泵滲油故障分析

何春潮 孫嬌 簡光建

摘要：對某系列直升機電動離心泵滲油故障進行分析，通過技術驗證和必要的過程清查，給出綜合分析結論，為該型直升機后續(xù)電動離心泵的修理工作提供參考。

關鍵詞：直升機；電動離心泵；滲油

Keywords：helicopter；electric centrifugal pump；oil leakage

1 故障現(xiàn)象

某型直升機電動離心泵外場發(fā)生余油管漏油故障，后續(xù)串用機件裝機后再次發(fā)現(xiàn)漏油現(xiàn)象。檢查另一架同型直升機也存在相同問題。

2 電動離心泵密封原理

該型電動離心泵皮碗的密封示意圖如圖1所示。皮碗外圓柱面為靜密封面，安裝后無相對運動，皮碗內唇口為動密封面，通電時電樞軸高速轉動（3200～5950r/min），皮碗內唇口與電機電樞軸存在相對運動。若出現(xiàn)燃油漏油，燃油會從動密封處或靜密封處沿著圖1中藍色線方向流動，最終從余油嘴漏出。

電動離心泵皮碗是一個組合，皮碗的結構與組成如圖2所示，包含骨架油封和彈簧，其中，骨架油封由骨架和包裹在骨架表面的橡膠密封元件組成。

查閱國標（GB/T 9877-2008）、俄國標（ОСТ1 10454-72、ОСТ1 10455-72）和航標（HB4-94），皮碗的密封機理如圖3所示。有三種情況，一是皮碗唇部與軸之間的接觸表面同時產生干摩擦，二是邊界潤滑，三是流體潤滑，三者不斷交替產生。干摩擦會產生磨損；流體潤滑產生泄漏；在邊界潤滑下，皮碗唇部與軸的界面之間形成一層穩(wěn)定的流體壓動油膜，油膜厚度約0.0025mm，這層油膜除用于潤滑外，還起密封作用。油膜太厚，流體就會泄漏；油膜太薄，無法形成流體潤滑膜，唇部就會磨損。因此，為了獲得比較良好的密封性能和比較長的工作壽命，通常在結構設計、橡膠配方設計和安裝使用上都會要求為形成薄而穩(wěn)定的邊界潤滑油膜提供條件。

3 故障件檢查

列出電動離心泵滲油的故障樹，按檢查方案開展常溫試驗、低溫試驗、分解檢查、與俄制件的對比串裝試驗等檢查、試驗工作。結合工作原理和理論分析，針對皮碗設計尺寸與標準差異相關的9項數(shù)據(jù)，對比設計圖紙和實物，梳理后得到其中影響動密封的需要關注6項數(shù)據(jù)（見表1），并在后續(xù)工作中進行完善。

4 故障原因分析

為查找故障原因，共進行了6次試驗。

1）第1次試驗

為了驗證低溫保持時間，先后進行了兩次-30℃低溫保持4h通電試驗，均出現(xiàn)漏油，漏油情況與現(xiàn)行工藝規(guī)程保持0.5h低溫試驗結果基本一致。考慮該故障直升機外場停放一晝夜才出現(xiàn)漏油故障，且換裝的燃油泵在裝機后第二天才出現(xiàn)漏油，故后續(xù)暫將低溫試驗改為“-30℃低溫保持4h通電試驗”。

2）第2次試驗

分解故障件，重點檢查膠圈、膠圈槽、皮碗安裝孔、電樞軸和皮碗等方面，未發(fā)現(xiàn)異常，排除了“錯、漏裝等人為差錯”“工藝方法不正確”“靜密封漏油”等可能的故障原因。經過測量，皮碗唇口直徑為Φ6.8mm，電樞軸直徑為7.97mm，封油量為1.17mm。

3）第3次試驗

為驗證“電樞軸劃傷、電樞軸跳動量、電樞軸尺寸”，重新對電樞軸拋光后，在同樣的試驗條件下仍出現(xiàn)油泵余油嘴漏油現(xiàn)象，因此可以排除“電樞軸劃傷”原因。經現(xiàn)場檢查，電樞軸跳動量為0.015mm，電樞軸直徑為7.96mm，符合工藝規(guī)程要求不大于0.02mm、不小于7.9mm的規(guī)定。

4）第4次試驗

為驗證“皮碗制造缺陷”，從庫房領用其他批次的皮碗裝于故障件上，在同樣的試驗條件下仍出現(xiàn)油泵余油嘴漏油現(xiàn)象。因此可以排除該故障件“皮碗制造缺陷”原因。

5）第5次試驗

為驗證“皮碗唇口與電樞軸匹配性”，將其他直升機上電動離心泵中已工作300h的俄制皮碗裝于該故障件上，測量俄制皮碗唇口直徑為Φ7.3mm，電樞軸直徑為7.96mm，封油量0.66mm。在同樣的試驗條件下未出現(xiàn)漏油。將第4次試驗中出現(xiàn)漏油故障的皮碗裝于剛進廠的直升機電動離心泵上，測量皮碗唇口直徑為Φ7.0mm，電樞軸直徑為7.91mm，封油量0.91mm，在同樣的試驗條件下未出現(xiàn)油泵余油嘴漏油情況。

6）第6次試驗

對14架直升機的電動離心泵電樞軸與皮碗唇口尺寸進行統(tǒng)計，電樞軸尺寸為7.92～7.96mm，皮碗唇口直徑為Φ6.98～Φ7.0mm，封油量為0.92～0.96mm。在同樣的試驗條件下未出現(xiàn)油泵余油嘴漏油。

為復現(xiàn)故障，按照工藝規(guī)程進行了常溫試驗，各項性能均合格。進行“低溫-30℃保持30min后通電試驗”，工作約10min后開始漏油，漏油速度約為1滴/3s，持續(xù)10min停止，總漏油量約10mL。故障現(xiàn)象與機上故障情況一致。根據(jù)試驗結果和調查情況，認為漏油的直接原因是皮碗與電樞軸匹配性不好，導致低溫密封性不完全滿足使用要求所致。通過對17架同型直升機皮碗唇口與電樞軸配合尺寸的測量統(tǒng)計分析，確定“皮碗唇口與電樞軸匹配性”差造成封油量過大，低溫條件下密封性能降低，導致燃油泵漏油。

5 改進結果

通過上述原理分析和故障排除，參照俄國標，依據(jù)測繪及試驗數(shù)據(jù)，重新設計了皮碗、彈簧圖樣，優(yōu)化了其與軸的匹配性能，提高了油泵的低溫密封性能。目前，已使用新皮碗的電動離心泵的機上使用情況良好。后續(xù)將繼續(xù)開展各項改進工作，確保產品工作狀態(tài)滿足使用周期，提升裝備保障能力。

作者簡介

何春潮，工程師，從事直升機機械設計研究。

孫嬌，工程師，從事直升機特設研究。