航空發動機金屬屑末故障分析及思考

何彥良，王鐵錚

沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司

航空發動機金屬屑末故障分析及思考

何彥良，王鐵錚

沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司

航空發動機滑油系統中有金屬屑末意味著發動機傳動機件之間出現了磨損，本文就飛機突然因滑油中有金屬屑末告警，經排查故障的原因為機件損壞，金屬屑末堵住滑油回油路，并提供設計改進的思路。

航空發動機；滑油；故障分析

1 引言

航空發動機經常需要在高轉速等惡劣的條件下工作，滑油系統的功用是發動機工作時，連續不斷地將足夠數量的清潔滑油，輸送到發動機各傳動機件的軸承和傳動齒輪的嚙合處進行潤滑，以減少機件的磨損，帶走摩擦所產生的熱量和雜質，從而保證各支點軸承及傳動齒輪的嚙合處實時、有效的潤滑。有些發動機的滑油系統還設計有監控裝置，如在滑油回油路上設計有金屬屑末信號器實時監測轉動部件的磨損情況，工作時，當從流經金屬屑末信號器的滑油中拾取到較大金屬屑時后，信號器內部電路導通，隨即向飛機座艙發出告警信號，使操作者適時做出相應的處置。在滑油油路上設置有磁塞用于拾取滑油中攜帶的磁性金屬磨粒，為維護時提供內部轉動部件磨損的信息。另外，滑油壓力傳感器、滑油溫度傳感器、滑油液位傳感器對滑油系統工作時的壓力、溫度、油量進行實時監測等，確保發動機安全可靠性工作。

2 故障描述

某型號飛機在飛行時座艙突然報“減小轉速”告警信號，將油門收回慢車狀態“減小轉速”信號不消失，發動機被迫關車單發返航。

飛機返場后，從發動機外觀檢查附件機匣表面顏色發暗，發動機艙下部有大量滑油跡，拆卸下滑油濾、金屬末信號器，查看油濾及金屬末信號器表面存在較多的金屬屑，從滑油箱油標尺看不到油位，高低壓轉子慣性正常。初步懷疑該發動機空中告警的主要原因為滑油泄漏所致。

發動機返廠后進一步分解發動機，附件機匣幾乎所有的密封膠圈缺失，內部某一旋轉件損壞嚴重，大量的金屬碎屑堆積在附件機匣回油濾網處，發動機主支點軸承腔內部機件等未見異常。

3 滑油系統工作原理

一般地，航空發動機的潤滑系統主要由供油系統、回油系統、通氣系統、密封裝置增壓等系統組成，發動機工作時，滑油從滑油箱中流出后，進入滑油增壓泵，利用增壓齒輪對滑油進行增壓，并利用調壓活門對滑油壓力進行調壓，在調壓活門的調節作用下，使供油壓力保持在合理范圍，增壓后的滑油進入主燃滑油散熱器，利用溫度較低的燃油對滑油的進行冷卻。再經油濾過濾掉發滑油中的雜質后分配各供油導管，由滑油導管噴嘴對各主軸承進行潤滑或流至附件機匣，經腔內傳動部件的攪拌作用，對轉動機件的軸承和傳動齒輪的嚙合處進行潤滑。

同樣，軸承腔或附件機匣腔內（包括與飛機附件機匣）內攜帶有大量熱量、磨損微粒的滑油經導管由滑油回油泵抽回至滑油箱。在回油路中設置有粗濾網，濾除滑油腔流出較大的金屬屑，防止較大體積的金屬碎屑進行滑油油路形成堵塞，一般地每一收油池出口位置均設置有一個粗濾網，它應具有足夠的面積來收集碎屑，某型機在軸承腔及附件機匣腔體滑油出口位置設計有尖錐形粗濾網，還在滑油流入滑油箱前，設置有金屬屑末信號器拾取通過粗濾的滑油中金屬屑，經油氣分離器分離出中的油氣后進入滑油箱。

4 故障分析

根據檢查結果，對本次故障進行初步的分析，認為本次故障主要原因是，發動機附件機匣中某旋轉件首先發生損壞，殘塊在附件機匣內齒輪、軸承的撞擊、碾壓作用下，繼續破碎，產生大量金屬碎屑，部分小塊金屬碎屑通過附件機匣腔體滑油出口濾網，通過滑油管路，經金屬末信號器拾取，從而觸發座艙報“減少轉速”信號。部分無法通過回油濾網的較大碎屑，在回油濾網處堆積，堵塞附件機匣回油通道而限流，附件機匣內滑油在齒輪的攪拌作用下，油溫持繼升高，在較高溫度作用下，機匣殼體表面漆層甚至出現碳化發黑，橡膠密封件出現失效，滑油外泄，滑壓降低，可再次觸發座艙報“減少轉速”信號。

5 討論與思考

這起故障雖然由滑油系統內部某傳動部件損壞造成，由于處理得當，未造成嚴重的飛行事故，但由于滑油回油路堵塞造成滑油溫度升高、滑油大量外泄，發動機內部存在一定程度的損傷，需將發動機返廠修理，影響裝備正常使用，同時也產生昂貴的修理成本。

發動機工作的可靠性，很大程度取決于的滑油系統是否的安全可靠地工作，因此在進行滑油系統的設計時，要充分考慮部件工作的各種細節。在滑油腔的出口位置設計有粗濾用于濾除滑油腔流出較大的金屬屑，防止較大體積金屬屑堵塞滑油管路，但在粗油形狀、面積、位置的選擇時，要慎重考慮，如圖1所示，采用尖錐形結構粗油濾可能將所有的較大金屬屑過濾下來，但很短時間，金屬屑將堵塞住回油通路，局部形成限流，從而造成滑油腔的油溫持續升高，融化橡膠密封裝置，而造成更為嚴重的故障；而選擇面積大梯形結構的粗濾網（圖2所示），并倒置在滑油腔的出口位置上，機件斷裂時產生的大量金屬碎屑不致于短時間堵住整個回油路，從而為飛行員（或操作者）贏得操作時間，可以防止損傷的加劇，或采用雙通道形式，以增加系統的可靠性，無論采用何種方案都需要進行大量的實驗驗證后方可使用，值得與發動機設計制造人員的商榷。

圖1 金屬屑堵塞滑油腔錐形回油濾

圖2 金屬屑部分滑油箱梯形回油濾