某型裝備燃油系統(tǒng)多余物來(lái)源分析

■ 李立恒 鐘向征 羅鐵彬 張劍/ 國(guó)營(yíng)長(zhǎng)虹機(jī)械廠 空軍駐桂林地區(qū)軍事代表室

0 引言

某型裝備加注燃油后，從燃油系統(tǒng)的放油活門(mén)進(jìn)行放油，發(fā)現(xiàn)排放的油液中含有金屬屑和油脂雜質(zhì)。由于燃油介質(zhì)將供給發(fā)動(dòng)機(jī)供油調(diào)節(jié)系統(tǒng)及噴油嘴等精密裝置，油液中摻雜的多余物可能導(dǎo)致這些裝置供油調(diào)節(jié)失效或噴嘴堵塞等問(wèn)題，嚴(yán)重危害裝備的使用安全和可靠性，因此亟需查明多余物來(lái)源。

1 燃油系統(tǒng)的組成及功用

燃油系統(tǒng)的功能是為裝備提供一定壓力和流量的燃油。其中，燃油系統(tǒng)的油路部分由燃油濾、加注放泄活門(mén)、放油活門(mén)、起動(dòng)活門(mén)及輸油管路等組成。如圖1 所示，通過(guò)加注放泄活門(mén)進(jìn)行燃油加注，加注完畢后，從放油活門(mén)放出一定量燃油，排出油箱氣墊和管路中的空氣，保證供油連續(xù)穩(wěn)定。

圖1 燃油系統(tǒng)工作流程示意圖

2 原因分析

根據(jù)燃油系統(tǒng)工作原理進(jìn)行分析，非工作狀態(tài)下，起動(dòng)活門(mén)的膜片將燃油系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)供油調(diào)節(jié)系統(tǒng)阻隔斷開(kāi)，因燃油濾過(guò)濾功能失效，多余物可能來(lái)源于油濾前端的油箱及管路，或者燃油濾后端與起動(dòng)活門(mén)前端部位，或者放油活門(mén)內(nèi)部。從加注放泄活門(mén)部位放油未發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)，且分解檢查燃油濾濾芯完好，可以排除燃油濾前端污染燃油系統(tǒng)的可能性，故重點(diǎn)排查燃油濾后端與起動(dòng)活門(mén)前端之間管路和放油活門(mén)部位。

對(duì)可能產(chǎn)生多余物的部位在生產(chǎn)制造和維修過(guò)程中使用的潤(rùn)滑脂、零件基體材質(zhì)和雜質(zhì)取樣成分進(jìn)行分析，結(jié)合分解檢查情況，確定金屬屑、油脂的來(lái)源。

2.1 金屬屑來(lái)源分析

通過(guò)對(duì)放油油液中金屬屑雜質(zhì)進(jìn)行掃描電子顯微鏡（SEM）與能譜分析（EDS），確定金屬屑屬于鋁－鎂系合金，分析結(jié)果如圖2 所示。

圖2 金屬屑成分分析結(jié)果

根據(jù)燃油濾后端安裝結(jié)構(gòu)可知，放油活門(mén)殼體、導(dǎo)管和燃油濾殼體材質(zhì)均為鋁合金材質(zhì)，查閱《中國(guó)航空金屬材料手冊(cè)》，得到這些鋁合金零件材料性能和主要化學(xué)成分。

1）放油活門(mén)殼體（材質(zhì)牌號(hào)LF3）

LF3 合金是鋁－鎂系中含鎂量中等的合金，不可熱處理強(qiáng)化、強(qiáng)度較低、塑性較高，其材料成分如表1 所示。

表1 LF3化學(xué)成分

2）導(dǎo)管（材質(zhì)牌號(hào)5A02）

5A02 鋁合金（舊稱(chēng)LF2）是鋁－鎂系防銹鋁，具有疲勞強(qiáng)度高、塑性高等特性，其化學(xué)成分如表2 所示。

表2 5A02化學(xué)成分

3）燃油濾殼體（材質(zhì)牌號(hào)LY12）

LY12 是一種高強(qiáng)度硬鋁，是鋁－銅－鎂系中的典型硬鋁合金，綜合性能較好，其化學(xué)成分如表3 所示。

表3 LY12化學(xué)成分

結(jié)合上述鋁合金零件材料和金屬屑成分分析結(jié)果可知，金屬屑主要成分為Al、Mg 元素，無(wú)Cu 元素；燃油濾殼體材料主要成分中包含Cu 元素，含量高于Mg 元素，且分解檢查外觀完好，因此可以排除金屬屑來(lái)源于燃油濾的可能。

由于放油活門(mén)殼體和導(dǎo)管均為典型鋁－鎂合金，金屬屑均屬于它們的基體材料，但通過(guò)分解檢查導(dǎo)管和放油活門(mén)，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管外觀完好、干凈，而放油活門(mén)的殼體螺紋與針塞表面均有不同程度的金屬磨屑（見(jiàn)圖3），因此判定金屬屑為放油活門(mén)殼體與針塞的磨損產(chǎn)物。

圖3 放油活門(mén)殼體與針塞分解檢查情況

圖4 所示為放油活門(mén)的裝配結(jié)構(gòu)。由于針塞的基體材質(zhì)采用1Cr18Ni9Ti 不銹鋼，具備高硬度、高耐磨性，而殼體材質(zhì)采用LF3 防銹鋁，具有低強(qiáng)度、低硬度、導(dǎo)熱性高、線脹系數(shù)大等特性，當(dāng)放油活門(mén)殼體螺紋存在表面粗糙度低、形狀誤差較大以及針塞旋動(dòng)速度過(guò)快、擰緊力矩過(guò)大等情況時(shí)，造成針塞與殼體連接螺紋的摩擦阻力增大，殼體螺紋表面摩擦生熱使金屬膨脹，導(dǎo)致螺紋連接緊度急劇增大，螺紋表面容易發(fā)生金屬黏結(jié)剝落，剝落的金屬屑進(jìn)入螺紋副，螺紋副間的摩擦阻力進(jìn)一步增加，擰緊力矩增大，螺紋牙受力不均勻，產(chǎn)生塑性變形或斷裂。因此，可以確定金屬屑為放油活門(mén)連接螺紋接觸摩擦形成的金屬剝落物。

圖4 放油活門(mén)結(jié)構(gòu)圖

2.2 油脂來(lái)源分析

通過(guò)對(duì)放油油液中的油脂雜質(zhì)成分分析，得到油脂雜質(zhì)的紅外光譜分析結(jié)果（見(jiàn)圖5）。查閱《中國(guó)航空材料手冊(cè)》得到ZT-12 潤(rùn)滑脂紅外光譜（見(jiàn)圖6 所示，ZT-12 潤(rùn)滑脂與特7 號(hào)潤(rùn)滑脂紅外光譜相似）和7903 號(hào)耐油密封潤(rùn)滑脂紅外光譜（見(jiàn)圖7）。其中，ZT-12潤(rùn)滑脂用于放油活門(mén)內(nèi)部連接螺紋的潤(rùn)滑，7903 號(hào)耐油密封潤(rùn)滑脂用于導(dǎo)管與燃油附件連接螺紋部位的潤(rùn)滑和密封，將油脂雜質(zhì)的紅外光譜分析結(jié)果與ZT-12 潤(rùn)滑脂、7903 號(hào)耐油密封潤(rùn)滑脂的紅外光譜進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)ZT-12 潤(rùn)滑脂的紅外光譜與其相似。

圖5 油脂異物與有機(jī)硅的FT-IR譜圖對(duì)比

圖6 ZT-12潤(rùn)滑脂紅外光譜

圖7 7903號(hào)耐油密封潤(rùn)滑脂紅外光譜

通過(guò)成分分析確定油脂雜質(zhì)為有機(jī)硅。查閱《中國(guó)航空材料手冊(cè)》得知，ZT-12 潤(rùn)滑脂由礦物油、硅油、鋰皂和地蠟組成，主要成分含硅元素，7903 號(hào)耐油密封潤(rùn)滑脂基本組成為合成油、無(wú)機(jī)稠化物、抗氧化劑、抗腐蝕劑等。7903 號(hào)耐油密封潤(rùn)滑脂具備較好的黏性，難溶于汽油等介質(zhì)，浸入燃油的油脂無(wú)明顯改變等特性。若該潤(rùn)滑脂進(jìn)入燃油系統(tǒng)，潤(rùn)滑脂雜質(zhì)應(yīng)保留黏特性。目前，從放油油液中得到的油脂樣品無(wú)明顯黏性，且分解檢查未發(fā)現(xiàn)管路與燃油附件接觸孔口邊緣部位有明顯油脂分布情況，故潤(rùn)滑脂多余物不屬于7903號(hào)耐油密封潤(rùn)滑脂。

現(xiàn)場(chǎng)分解檢查放油活門(mén)，在殼體內(nèi)螺紋部位、墊圈（見(jiàn)圖8）及針塞尖端均發(fā)現(xiàn)了一定量的ZT-12 潤(rùn)滑脂。根據(jù)放油活門(mén)的工作原理可知，當(dāng)旋合針塞時(shí)，螺紋結(jié)合處的潤(rùn)滑脂會(huì)被擠壓至針塞與殼體非接觸部位，放油時(shí)油液會(huì)沖刷掉擠出的ZT-12 潤(rùn)滑脂，并帶出至放油活門(mén)外部。故該潤(rùn)滑脂多余物應(yīng)為螺紋連接部位涂抹的ZT-12 潤(rùn)滑脂。

圖8 放油活門(mén)分解后潤(rùn)滑脂檢查情況

3 多余物影響分析

3.1 金屬屑影響分析

根據(jù)裝備供油路線（見(jiàn)圖9）和供油調(diào)節(jié)系統(tǒng)附件結(jié)構(gòu)可知，燃油中摻混金屬屑多余物時(shí)，金屬屑可能隨著燃油進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)供油系統(tǒng)附件內(nèi)部。當(dāng)金屬屑進(jìn)入燃油泵的齒輪嚙合處、伺服閥的控制閥配合間隙之間時(shí)，可導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)部件發(fā)生異常磨損或卡滯現(xiàn)象，出現(xiàn)供油異常；當(dāng)大量金屬屑堵塞供油系統(tǒng)附件進(jìn)口油濾（供油效率下降）、噴油嘴噴口，也可導(dǎo)致供油異常，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。

圖9 裝備供油路線圖

在實(shí)際進(jìn)行燃油加注時(shí)，當(dāng)放油活門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)，燃油不與放油活門(mén)內(nèi)腔（錐閥后端）連通接觸。只有開(kāi)啟放油活門(mén)時(shí)，系統(tǒng)燃油才會(huì)與產(chǎn)生金屬屑的部位接觸，但放油過(guò)程中油液屬于單向流動(dòng)，燃油流動(dòng)只會(huì)將金屬屑沖刷到外界，不會(huì)回流到放油活門(mén)錐閥前端，故金屬屑不會(huì)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)供油系統(tǒng)。假設(shè)懸浮在油液中的金屬屑在關(guān)閉放油活門(mén)過(guò)程中進(jìn)入燃油系統(tǒng)，由于金屬屑在放油過(guò)程中已基本被沖刷至外界，殘留金屬屑可能進(jìn)入量很少。起動(dòng)活門(mén)工作后，膜片被剪切沖破，起動(dòng)活門(mén)的進(jìn)出口端間將形成供油通孔，金屬屑不會(huì)影響起動(dòng)活門(mén)的正常供油，進(jìn)入系統(tǒng)的少量金屬屑會(huì)被阻隔在燃油泵的進(jìn)口油濾（精密油濾）表面，無(wú)法進(jìn)入燃油泵、伺服閥的運(yùn)動(dòng)副間隙并堵塞噴油嘴，因此該金屬屑不影響裝備的使用性能。

3.2 潤(rùn)滑脂影響分析

根據(jù)放油活門(mén)結(jié)構(gòu)可知，只有放油活門(mén)開(kāi)啟時(shí)，系統(tǒng)燃油才會(huì)與殼體內(nèi)腔油脂接觸，但放油過(guò)程中油液屬于單向流動(dòng)，燃油的流動(dòng)會(huì)將油脂沖刷到外界，不會(huì)回流到放油活門(mén)錐閥前端，故油脂一般不會(huì)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)供油系統(tǒng)。假設(shè)懸浮在油液中的少量油脂在關(guān)閉放油活門(mén)過(guò)程中進(jìn)入燃油系統(tǒng)，由于ZT-12 油脂能溶解于燃油，溶解后的潤(rùn)滑脂分子尺寸較小能夠通過(guò)噴油嘴噴口，未溶解的潤(rùn)滑脂會(huì)被阻隔在供油調(diào)節(jié)附件進(jìn)口油濾上，而潤(rùn)滑脂自身具有潤(rùn)滑性，不會(huì)引起運(yùn)動(dòng)部件卡滯。此外，潤(rùn)滑脂屬于有機(jī)物，在高溫條件下可以燃燒，摻混少量潤(rùn)滑脂的燃油不影響正常燃燒，同時(shí)鑒于燃油附件裝配時(shí)通常會(huì)涂抹潤(rùn)滑脂，使用過(guò)程中少量潤(rùn)滑脂進(jìn)入燃油中屬于正?，F(xiàn)象，因此潤(rùn)滑脂不影響裝備的使用性能。

4 控制措施

1）加強(qiáng)放油活門(mén)殼體螺紋檢查修理，保證殼體螺紋應(yīng)無(wú)影響使用性能的滑扣、斷扣、倒牙、磨損掉塊等牙型缺陷。

2）裝配時(shí)，在螺紋部位涂抹適量潤(rùn)滑脂（薄層），防止過(guò)量潤(rùn)滑脂在啟閉針塞時(shí)擠出進(jìn)入燃油中。

3）啟閉針塞時(shí)，盡量避免快速、猛力旋動(dòng)針塞，防止螺紋接觸面摩擦阻力增大和金屬受熱膨脹而導(dǎo)致的金屬黏結(jié)剝落等現(xiàn)象。

5 結(jié)語(yǔ)

多余物問(wèn)題對(duì)于航空裝備使用性能的影響往往是災(zāi)難性的。因此，在開(kāi)展航空裝備維修時(shí)，不僅要預(yù)防裝備維修過(guò)程中產(chǎn)生多余物，還要熟悉裝備的結(jié)構(gòu)特性，了解裝備在設(shè)計(jì)制造過(guò)程中存在的不合理之處和易產(chǎn)生多余物的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，從而做到合理設(shè)計(jì)維修工藝，降低裝備安全使用隱患。