V2500發動機主齒輪箱碳封嚴漏油分析和預防性方案

■ 陳磊/北京飛機維修工程有限公司杭州分公司

0 引言

為了保證發動機和飛機工作正常，現代航空燃氣渦輪發動機上設計了各種附屬系統，如啟動系統、燃油系統、滑油系統等。這些系統中的部分附件，如滑油泵、燃油泵、液壓泵、發電機等，由于具有一定的轉速、轉向和功率要求，需要由發動機來驅動。通常這類附件安裝在發動機主齒輪箱（部分發動機廠家稱附件齒輪箱）上，由發動機轉子通過主齒輪箱內的齒輪來驅動。齒輪箱中的軸承和齒輪需要滑油進行潤滑，為了防止滑油從附件和齒輪箱界面外漏，通常在齒輪箱的附件安裝座上安裝碳封嚴裝置。如果碳封嚴密封失效，在滑油壓力作用下會出現滑油泄漏[1]，極易導致航班延誤，因而對發動機滑油泄漏的限制非常嚴格。如果空中出現滑油快速泄漏，甚至會導致發動機空中停車，威脅飛行安全。

2016～2017年，國內某航空公司裝配V2500發動機的空客A320機隊因主齒輪箱碳封嚴漏油導致多起航班長時間延誤事件，對機隊的安全運行產生了極大影響，本文對此進行分析研究。

1 系統原理

V2500發動機主齒輪箱采用的是彈簧加載型封嚴組件（SPRING-LOADED SEAL）[2]，包括轉動環（也稱動封嚴）和碳封嚴（也稱靜封嚴）。彈簧加載的碳封嚴通過彈簧的預緊力將碳面緊緊壓在轉動環的金屬面上，并與O型橡膠封圈相配合實現封嚴作用（見圖1）[3]。

2 失效分析

隨著使用時間的積累，碳封嚴碳面上出現磨損或破損現象（見圖2），O型封圈也出現老化。發動機運轉時，滑油會從轉動環老化的O型封圈處或損壞的碳面和轉動環結合面滲出，流向發動機排放總管。

從航線運行情況來看，主齒輪箱碳封嚴O型封圈失效相對較少，碳面損傷是導致漏油的主要原因。碳封嚴碳面的失效與轉動環的轉速以及碳封嚴的使用時間呈強相關性，轉動環轉速越高或碳封嚴使用時間越長，碳封嚴失效的可能性則越高。V2500發動機主齒輪箱附件中對應轉動環的最高轉速分別為：啟動機13300rpm、油氣分離器9000rpm、整體驅動發電機8500rpm。因此，這三處碳封嚴在航線運行中的漏油問題最為凸顯。其余附件對應的轉動環由于轉速較低，碳封嚴壽命普遍較長，均能持續使用到發動機到壽進廠修理時再更換，在航線運行時基本不會出現漏油問題。

為了減少V2500發動機主齒輪箱碳封嚴漏油問題對機隊的影響，對上述三處主要的碳封嚴設置軟時限進行預防性更換。下面對這三處碳封嚴2015～2017年的更換數據進行統計和分析。

油氣分離器碳封嚴拆換統計數據如表1所示，根據表1制作油氣分離器碳封嚴失效使用時間直方圖，如圖3所示，由此分析得出油氣分離器碳封嚴的可靠性壽命為15000FH。

整體驅動發電機碳封嚴拆換統計數據如表2所示，根據表2制作整體驅動發電機碳封嚴失效使用時間直方圖，如圖4所示，由此分析得出整體驅動發電機碳封嚴的可靠性壽命為16000FH。

啟動機碳封嚴拆換統計數據如表3所示，根據表3制作啟動機碳封嚴失效使用時間直方圖，如圖5所示，由此分析得出啟動機碳封嚴的可靠性壽命為15000FH。

圖1 V2500發動機碳封嚴工作原理圖

圖2 碳封嚴失效圖

表1 油氣分離器碳封嚴拆換數據表

圖3 油氣分離器碳封嚴拆換直方圖

圖4 整體驅動發電機碳封嚴拆換直方圖

圖5 啟動機碳封嚴拆換直方圖

3 預防性維修方案

根據上述統計數據，分別對V2500發動機主齒輪箱油氣分離器碳封嚴、整體驅動發電機碳封嚴、啟動機碳封嚴設定15000FH、16000FH、15000FH的預防性更換軟時限。

該航空公司從2018年開始對配備了V2500發動機的A320機隊使用上述軟時限對相應碳封嚴進行預防性更換，之后主齒輪箱碳封嚴漏油問題大為減少，航線運行中未再發生碳封嚴漏油而導致的航班延誤。

表2 整體驅動發電機碳封嚴拆換數據表

表3 啟動機碳封嚴拆換數據表

4 總結

本文對V2500發動機碳封嚴漏油原因、常見漏油碳封嚴及其可靠性情況進行了統計，分析了碳封嚴的可靠性壽命，并以此設定預防性維修方案，既控制了航材成本又改善了主齒輪箱碳封嚴漏油問題，取得了良好的實際效果。當前主流民航發動機主齒輪箱的封嚴類型大體相同，希望通過上文的闡述能夠給予有同樣需求的業內同行一定的參考。