某型渦軸發動機滑油溫度超限故障分析

張蕊 李旺

摘 要：本文介紹了某型發動機滑油溫度超限故障現象，根據滑油系統工作流程，建立滑油溫度超限故障樹。對滑油溫度超限原因進行逐層剖析，并結合分解檢查和試驗手段對滑油溫度超限展開詳細的分析，最終查明滑油溫度超限的原因為滑油箱內存在異物。針對故障原因，采取了相應的糾正措施，經過試驗驗證，排除了故障。

關鍵詞：發動機;滑油溫度超限;故障分析

中圖分類號：V263.6 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）13-0045-02

0 引言

某型發動機外場使用過程中，滑油溫度超溫穩態達到134℃。本文介紹了該發動機滑油溫度高的故障現象，根據滑油系統工作流程，建立滑油溫度高故障樹，結合分解檢查、串裝試驗對滑油溫度高展開了詳細的分析，最終查明滑油溫度高的原因，并制定糾正措施，保證外場發動機的使用。

1 問題描述

發動機在外場使用時，滑油溫度超溫，穩態溫度達到134℃，已超過發動機使用限制值，飛行員迅速返航，本次飛行共約22分鐘，檢查滑油油面，發現滑油量減少了約1L。

2 外場檢查情況

外場發動機對進行了檢查，檢查情況為：尾噴管、流道內無滑油，放氣活門無油跡，鼓風機處無漏油，磁性屑末檢測信號器無金屬屑，滑油濾機械指示器未彈出。檢查進氣機匣腔（A腔）、燃氣渦輪軸承腔（B腔）、動力渦輪軸承腔（C腔）回油濾網，A、C腔回油濾網無異常，B腔回油濾網上發現少量碳渣及一個長約4mm的小彈簧。

3 故障分析

3.1 故障樹分析

發動機的潤滑系統滑油具體流程為：由滑油箱→增壓泵→滑油濾→各潤滑部位→回油泵→燃滑油散熱器→空氣滑油散熱器→滑油箱[1]。

針對發動機滑油溫度高，建立故障樹，具體見圖1。主要從數據采集不準、散熱系統故障、滑油供油不足、回油不足、軸承腔回油溫度高等五個方面查找故障原因。

3.2 排故工作及分析

返廠后，為排除B腔回油濾網內彈簧對系統滑油溫度的影響，發動機分解至承力機匣，對B腔（燃氣渦輪軸承腔）、C腔（動力渦輪軸承腔）碳石墨進行分解檢查，發現后端導流板表面及動力渦輪一級盤前端面有較多滑油燒焦的積碳粘附物，但無明顯的滑油泄漏痕跡;承力機匣上碳密封環的密封面有一缺口;分解碳密封環組件，碳密封環組件的1處壓縮彈簧安裝孔內無壓縮彈簧;其它外觀檢查未見異常。

發動機原樣復裝，在車臺進行故障復現試驗，滑油壓力正常，滑油溫度最高至85℃，發動機外場滑油溫度超限故障未復現，但均比其它發動機出廠是的滑油溫度高約20℃。

為進一步排查滑油溫度高問題，對發動機進行檢查，檢查結果：（1）對增壓級吸油管、回油管路通暢情況檢查，無異常;（2）供、回油管路無裂紋;（3）對滑油泵性能進行檢查，性能滿足要求;（4）對燃滑油散熱器進行打壓檢查，無異常;（5）對空氣散熱器排氣風道進行檢查，無異常;（6）電子控制器、滑油溫度傳感器、電纜返廠進行檢查，均無異常;（7）對各滑油噴嘴進行流量、流向試驗，均無異常。

根據上檢查結果可判定滑油溫度高與增壓級管路、回油管路、燃滑油散熱器、空氣滑油散熱器、數據采集、滑油泵、流量偏小相關的底事件可排除。

為分析碳石墨裝置缺口、B腔濾網內存在彈簧對滑油溫度的影響，更換碳石墨密封裝置進行整機試驗，并對A腔、B腔、C腔回油溫度進行監測，滑油供油溫度仍偏高，但低于出廠限制值，因此碳石墨裝置位置存在較小缺口、B腔回油濾網內彈簧對滑油溫度的影響較小;各腔回油溫度正常，各軸承腔溫升與科研發動機相當，因此軸承腔內的摩擦副無明顯異常、無大量封嚴氣泄漏至軸承腔。

為排查附加傳動單元體內摩擦副的影響，串裝其它發動機的附件傳動單元體試驗，起飛狀態滑油溫度為86℃，仍偏高，但低于出廠限制值（95℃），因此附件傳動單元體內的摩擦副正常。

因外場故障未復現，滑油溫度在可接受范圍內，復裝發動機附件傳動單元體，更換燃滑油散熱器、空氣散熱器，發動機準備交付，出廠試驗時，滑油溫度達到（120～130）℃，外場故障復現。經分析，滑油溫度高可能與發動機軸承腔內部油路堵塞有關，用內窺鏡對進氣機匣A腔前、A后回油管路進行檢查，發現A前回油管交接處有一積瘤，擋住管徑1/3面積，為驗證積瘤的影響，將該進氣機匣串到其它發動機上試驗，滑油溫度正常（60～70）℃，說明進氣機匣A腔前回油管存在積瘤對滑油溫度高沒有直接關聯。

交付試車時，試驗人員發現燃滑油散熱器旁通管路的壁溫較高，復查試驗數據，發現試車時間越長，滑油溫度越高，且工作狀態與滑油溫度無對應關系，經分析，滑油溫度高可能與燃滑油散熱器旁通活門打開，滑油未經散熱器直接至滑油箱有關，隨著試車時間的增加，溫度會逐漸升高。

在車臺更換滑油箱進行試驗，起飛狀態滑油降低至73℃，滑油溫度高的問題排除。采用內窺鏡對滑油箱進行檢查，發現滑油箱腔內從后往前看左邊隔板上有金屬切屑，油紙完全堵住發動機總回油口，見圖2。

3.3 故障機理分析

根據上述分析，滑油箱內有多余物，造成回油不暢，回油壓力升高，當回油壓力升高到0.15MPa時燃滑油散熱器旁通活門打開，部分滑油未通過空氣散熱器和燃滑油散熱器直接流回滑油箱造成滑油溫度高。發動機出廠試驗以及外場使用過程中，油紙在滑油箱隔板上，未完全堵塞回油口，滑油系統工作正常，直至故障發生當天，在發動機某個狀態時，油紙幾乎完全堵塞總回油口，總回油路油壓快速上升，并達到燃滑油散熱器旁通活門的開啟壓力，使得大量高溫滑油不經過散熱器散熱直接通過旁通管路回至滑油箱;其次，總回油路油壓高造成各級回油泵回油能力下降，A腔內的滑油在軸承腔留存，未能及時抽回到滑油箱。A腔內滯留的滑油被高速軸承攪拌后造成大量攪拌熱，使得滑油溫度進一步升高。

3.4 滑油箱內多余物來源分析

經復查，滑油箱內存在多余物是因為零件加工過程中按臨時資料內腔未進行灌蠟保護，加工產生的鋁屑可隨切削液進入內腔，同時為防止零件加工時多余物進入到滑油箱內，操作人員使用油紙堵住回油口進行保護，油紙是加工過程中操作人員疏忽掉入滑油箱內部，后續沖洗、清洗時由于多余物卡在油箱拐角處未能沖出，檢驗工序未發現內腔中存在多余物，致使滯留有多余物的滑油箱進入裝配。

4 故障定位

該發動機滑油溫度高是由于滑油箱內有多余物，造成回油口堵塞，導致回油不暢，回油壓力升高后，燃滑油散熱器旁通活門打開，大部分滑油未通過空氣散熱器和燃滑油散熱器直接流回滑油箱所致。

5 糾正措施

為保證之后滑油箱內不帶著多余物進入裝配，制定糾正措施如下：（1）細化滑油箱工藝規程，明確檢驗工序使用內窺鏡檢查內腔多余物;明確從哪幾孔進入內腔檢查，著重關注部位等;（2）完善承力機匣部件的裝配工藝，確保碳密封環組件正確裝配到位。

6 結語

本文采用故障樹分析，并結合分解檢查與試驗分析的方法，對某型發動機滑油溫度高故障進行逐一排查，查明了發動機滑油溫度高的原因，通過試驗驗證排除了故障，同時制定了糾正措施，保證該型號發動機避免類似問題發生。

參考文獻

[1] 《航空發動機手冊》總編委會.航空發動機設計手冊（第12冊）：傳動及潤滑系統[M].北京.航空工業出版社，2002（1）：532-537.

[2] 胡招才.關于某型發動機滑油溫度和泵調節器殼體溫度高問題的分析[J].直升機技術，2011（3）：33-35.

[3] 郭允良，等.國內外渦輪軸發動機性能、結構特點及其技術發展[M].北京：藍天出版社，1990.