某型發動機滑油箱油量異常下降故障分析

張開旭 張春海 王仕鵬

摘 要：本文通過試驗數據、分解檢查、滑油系統原理等分析了一例發動機滑油消耗量異常的故障，并簡要介紹某型發動機滑油系統的工作原理、空氣封嚴的原理、及部分滑油附件的功用。本文中所列故障樹，對分析某型發動機滑油消耗量異常等故障具有參考價值和指導意義。

關鍵詞：發動機;試車;滑油箱;異常下降;封嚴;壓力

中圖分類號：V263.6 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）20-0049-02

0 引言

某型發動機滑油系統是向零件的摩擦面供油潤滑，以減輕摩擦和散熱，同時還要向螺旋槳、調速器、燃油調節器、測扭機構及負拉力自動順槳傳感器供油，作為這些附件的工作介質。滑油系統還應保證所供滑油的油壓和油量。

1 故障現象

某型發動機正常工作1h后，滑油箱油平面2min內從45L降至43L（標準不超過1L/h），滑油壓力5.1kg/cm2，25min后停車檢查該發滑油量指示為31L。檢查尾噴口油霧分離器通氣口周圍有少量滑油燒蝕痕跡;檢查主滑油濾，未見異常;檢查油霧分離器、輔助滑油泵及其傳動軸，未見異常;從中后軸承回油濾處放油開關放出300ml滑油，判斷中后軸承回油泵工作正常;用電動抽油泵抽油，該發抽回26L;試車檢查，起動前滑油量指示57L，起動好后滑油量指示42L，工作約15min滑油量指示31L，隨即停車;停車后檢查發動機外觀等，未見異常。

2 發動機返廠檢查

（1）驗證試車。發動機返廠進行故障驗證試車，試車過程中均未出現滑油量下降現象，但試車發現中軸承腔壓力、后軸承腔壓力、軸承內腔壓力偏高，設計規定中軸承腔壓力不大于0.206MPa，后軸承腔壓力不大于中軸承腔壓力的實測值，軸承內腔的壓力不大于0.118MPa。隨機選取3臺發動機的試車數據與故障機的試車數據進行了對比，發現故障機腔壓值明顯偏高，且中軸承腔壓力超過規定值（表1）。

（2）分解檢查發現外封氣圈石墨涂層嚴重磨損，局部可見基體。對中、后軸承封嚴圈及篦齒尺寸測量進行測量，發現外封氣圈、中封氣圈及后軸承封嚴圈尺寸超差。

（3）其余零部件分解檢查未見異常。

3 故障分析

3.1 故障樹

以發動機滑油箱油油量異常下降為頂事件，結合滑油系統組成及工作原理分析，繪制故障樹。對故障樹的18個底事件進行分析（圖1）。

（1）滑油附件結合面及管路外部滲漏。發動機驗證試車時，檢查滑油附件結合面及管路外部情況正常，未發現滲漏現象，可以排除。（2）燃燒室機匣內部滲漏。發動機分解后，對燃燒室機匣按照工藝規程要求進行密封性試驗，檢查合格，可以排除。（3）主、輔助滑油泵調壓活門失效。主滑油泵驗證試車與分解檢查未見異常，可以排除。測量輔助滑油泵單向活門與調壓活門彈簧彈力未見異常;在試驗器和發動機上進行了輔助滑油泵調壓活門卡滯試驗，故障未復現，可以排除。（4）滑油噴嘴異常。分解檢查滑油噴嘴安裝正常，沒有發現松動或堵頭松脫導致流量變大的情況，可以排除。（5）空氣分離器分離能力不足。發動機返廠驗證試車未見異常，空氣分離器分解檢查未見異常，可以排除。（6）空氣分離器傳動軸失效。分解檢查空氣分離器傳動軸完好、沒有異常磨損，可以排除。（7）空氣分離器后的通氣管路不暢通。分解檢查空氣分離器后的通氣管路暢通，可以排除。（8）上垂直錐齒輪斷裂。分解檢查上垂直錐齒輪工作正常，可以排除。（9）上傳動軸承固定座松動。分解過程，檢查上傳動軸承固定座緊固情況正常，可以排除。（10）油霧分離器傳動軸裝反。油霧分離器傳動軸裝配方向正確，與油霧分離器軸配合良好，可以排除。（11）油霧分離器失效。發動機驗證試車未見異常，油霧分離器分解檢查未見異常，可以排除。（12）主滑油泵回油能力降低。發動機驗證試車未見異常，主滑油泵上試驗器檢查正常，可以排除。（13）中后軸承抽油泵回油能力降低。車臺試驗時尾噴管沒有冒白煙，分解后檢查中、后軸承封嚴環沒有滑油燒焦而形成的痕跡，說明中后軸承抽油泵回油能力滿足要求，可以排除。（14）機匣回油路出現異常。對減速器機匣、附件機匣進行密封性試驗，檢查合格，說明機匣內部油路無泄漏情況，可以排除。（15）封嚴壓力高。對驗證試車數據、發動機出廠前試車數據及其他發動機試車數據進行對比，發現C079號機封嚴壓力值偏高，出廠裝機使用后至故障出現時，中軸承腔、后軸承腔、軸腔壓力值均較出廠時增加較大，封嚴壓力異常因素不能排除。（16）空氣封嚴不良。分解檢查空氣封嚴部位，未見滑油痕跡，說明滑油沒有從封嚴部位流出，可以排除。（17）滑油竄入燃調。將故障機燃調串裝其它機進行驗證試車，試車過程中滑油消耗量合格，試車后從燃調口放油進行理化分析，未見異常，可以排除。（18）滑油導管滲漏。對滑油導管進行了分解檢查，未見異常，可以排除。

通過對18個底事件進行分析，封嚴壓力高底事件不能排除，其余底事件可以排除。

3.2 滑油系統工作原理

滑油系統由主滑油泵、輔助滑油泵、中后軸承抽油泵、傳動盒抽油泵、測扭泵、空氣分離器、油霧分離器、滑油濾、中后軸承回油濾、直流電動滑油泵、滑油箱、通氣油箱、滑油散熱器、順槳泵、滑油溫度傳感器及各連接導管等組成。滑油系統中滑油的循環是閉式循環，即：發動機——滑油散熱器——發動機。所消耗了的油量，由輔助滑油泵從滑油箱抽油補充供給。發動機正常工作時，滑油系統循環油路的工作過程是：使用過的滑油流入散熱器散熱，從散熱器出來的滑油與輔助滑油泵的補充滑油匯合一起流入主滑油泵增壓級，輔助滑油泵內的調壓活門保持主滑油泵進口油壓為58.8kPa～78.4kPa。當滑油因被消耗而不能保持此油壓時，輔助滑油泵就從油箱抽油補充，以恢復此壓力。

空氣分離器的作用是將混入滑油中的空氣分離出來后，空氣流經滑油箱再排入大氣中，其目的是盡可能減少滑油中的空氣含量以保證滑油系統正常循環，空氣分離器的分離效率降低將直接導致滑油中的含氣量增加，含氣量增加的滑油進入滑油循環一方面將導致主滑油泵進口油壓壓力降低，輔助滑油泵將從飛機滑油箱抽油補充進而導致滑油箱油平面下降;另一方面滑油中的含氣量增加以將進一步導致空氣分離器的分離效率的降低，滑油系統的工作越來越惡化進入惡性循環。滑油對中（后）軸承進行潤滑時會產生大量的油霧，油霧分離器的作用是將形成的油霧與空氣進行分離，滑油流入機匣進入循環，空氣則經管路排至發動機尾噴口以保持與外界大氣的聯通，以改善潤滑和平衡腔壓。

3.3 滑油系統封嚴與通氣原理

中、后軸承封嚴與通氣結構：中軸承腔由外、中、內封氣圈及篦齒組成，高壓氣流經由外封氣圈處配合的篦齒滲入中軸承腔;后軸承腔由后軸承封氣圈及篦齒組成，高壓氣流經由后軸承封氣圈處配合的篦齒滲入后軸承腔;軸腔由燃燒室機匣的內腔與渦輪軸組合而成;三腔都通過導管與外界大氣相聯通。

為保證滑油系統在不同工況下能正常工作，發動機內設置了復雜的封嚴與通氣結構，封嚴結構是為了防止滑油漏入氣流通道以控制滑油消耗量，通氣結構是為了使滑油系統與外部聯通以保持合適的腔壓：即中軸承腔壓≤205.8kPa，后軸承腔壓≤中軸承腔壓及軸腔壓力，軸承內腔壓力≤117.6kPa。上述三個腔壓值偏高，將導致空氣分離器的分離效率降低，直接影響滑油系統的正常工作。為了保持合適的腔壓，利用了篦齒封嚴這一特殊結構：涂層與篦齒之間合適的配合間隙能保證正常的系統內壓力。隨著發動機工作時間的延長，如果因涂層正常磨損導致腔壓稍有變化時，可通過更換節流墊組別來調整腔壓;如果涂層出現異常磨損導致腔壓較大變化時，將超出節流墊的調整極限。

4 故障結論

根據試驗數據、檢查結果及滑油系統原理分析，可以得出發動機封嚴圈石墨涂層嚴重磨損，封嚴間隙增大，壓氣機后高壓空氣進入封嚴腔增多，導致封嚴壓力升高，內腔壓力升高，改變滑油與空氣混合比，使潤滑軸承的滑油產生大量泡沫，中后軸承抽油泵抽回的含有大量泡沫的滑油，造成空氣分離器分離出來參與循環的滑油量減少，導致主滑油泵進口壓力降低，輔助滑油泵抽取滑油補充至進油口，導致油箱油平面異常下降。另外，腔壓升高使進入油霧分離器的油霧增多，也會造成部分油霧未徹底分離，少量滑油從油霧分離器通氣管中引射排出。

發動機封嚴圈石墨涂層嚴重磨損，是導致此次滑油箱油量異常下降故障的原因。

5 結語

通過故障的分析，可以提高對發動機各系統的工作原理的認識，對排除某型發動機故障提供幫助。通過故障樹對故障進行原因分析，可以準確定位故障，可以有效提高排故效率和水平。

參考文獻

[1] 某型發動機技術說明書[M].株洲：中國航發南方工業有限公司，2017.

[2] 某型發動機維修手冊[M].株洲：中國航發南方工業有限公司，2017.