某型渦軸發(fā)動機(jī)滑油泄漏故障分析

（中國航發(fā)湖南動力機(jī)械研究所，湖南株洲 412002）

航空發(fā)動機(jī)滑油系統(tǒng)會對發(fā)動機(jī)的工作性能和使用壽命產(chǎn)生重大影響。滑油泄漏故障大至可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的飛行事故，小至?xí)?dǎo)致滑油消耗量大而降低發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)使用性。

滑油泄漏故障可分為2大類：一是滑油管路和附件泄漏，滑油主要泄漏于發(fā)動機(jī)外部或進(jìn)入燃油系統(tǒng)；二是發(fā)動機(jī)氣路中潤滑部件非正常工作，滑油泄漏到發(fā)動機(jī)氣路內(nèi)部。滑油進(jìn)入發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)和燃燒室中，會導(dǎo)致壓氣機(jī)效率下降，并有可能導(dǎo)致燃油噴嘴積碳、燃燒室積碳或堵塞進(jìn)氣孔等；如果未完全燃燒的油滴進(jìn)入渦輪處，將會附著在渦輪靜子葉片與轉(zhuǎn)子葉片表面繼續(xù)燃燒，可以造成熱端部件局部超溫、燒蝕等，最終影響了熱端部件有效使用壽命，將會給發(fā)動機(jī)安全運(yùn)行帶來很大危害。

本文針對某型渦軸發(fā)動機(jī)地面臺架試驗(yàn)中出現(xiàn)的滑油泄漏故障情況，進(jìn)行故障排查分析，確定了故障位置及原因，并制定相應(yīng)改進(jìn)措施以提高發(fā)動機(jī)的使用可靠性。

1.故障現(xiàn)象

某日，某型渦軸發(fā)動機(jī)進(jìn)行整機(jī)性能錄取試驗(yàn)。發(fā)動機(jī)持續(xù)運(yùn)行16min左右，滑油溫度、滑油壓力正常。正常停車后，發(fā)現(xiàn)燃燒室漏油口有滑油呈線型流出，發(fā)動機(jī)尾噴管內(nèi)部有滑油滴落并伴有冒青煙現(xiàn)象。

發(fā)動機(jī)停車?yán)鋮s后，用孔探儀對發(fā)動機(jī)內(nèi)部進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)燃燒室火焰筒、部分燃導(dǎo)葉片、部分燃?xì)鉁u輪葉片后緣、過渡段流道及渦輪流道上有新鮮滑油痕跡，壓氣機(jī)流道內(nèi)無漏油痕跡，發(fā)動機(jī)示意圖如圖1所示。

圖1 發(fā)動機(jī)示意圖

2.故障分析和排查

2.1 故障分析

發(fā)動機(jī)發(fā)生滑油泄漏故障時(shí)，外部管路沒有滑油滲漏痕跡。結(jié)合發(fā)動機(jī)具體漏油位置及流道結(jié)構(gòu)，確定滑油是從燃?xì)鉁u輪盤與過渡段間泄漏出來。現(xiàn)對發(fā)動機(jī)滑油泄漏故障建立如圖2所示的故障樹[1]，從故障樹逐一分析導(dǎo)致漏油的原因，然后通過分解發(fā)動機(jī)進(jìn)行檢查、計(jì)量等方法進(jìn)行故障排查。

圖2 滑油漏油故障樹

2.2 故障排查

對發(fā)動機(jī)進(jìn)行分解檢查，探查漏油原因。對故障樹底事件進(jìn)行逐項(xiàng)排查，首先對過渡段組件及連接燃?xì)鉁u輪軸承腔（簡稱B腔）和滑油泵的外部回油管路進(jìn)行流量檢查，未發(fā)現(xiàn)有堵塞現(xiàn)象，排除故障樹中的X5出現(xiàn)故障的可能。

對滑油泵進(jìn)行流量試驗(yàn)，結(jié)果表明滑油泵回油能力滿足要求，排除故障樹中的X4出現(xiàn)故障的可能。

對試驗(yàn)前后的監(jiān)控腔壓數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，B腔前封嚴(yán)篦齒封嚴(yán)壓力大于B腔內(nèi)壓力，且有一定的封嚴(yán)壓差，滿足篦齒封嚴(yán)要求，可以排除故障樹中X1出現(xiàn)故障的可能。

分解檢查篦齒封嚴(yán)結(jié)構(gòu)完整，未出現(xiàn)刮磨，計(jì)量各處封嚴(yán)篦齒封嚴(yán)間隙，滿足設(shè)計(jì)要求，排除故障樹中X2出現(xiàn)故障的可能。

對燃?xì)鉁u輪軸承座進(jìn)行熒光檢查未發(fā)現(xiàn)裂紋，目視軸承座外表面沒有漏油的痕跡，排除燃?xì)鉁u輪軸承座裂紋導(dǎo)致漏油的可能。

從軸承座上分下三篦齒環(huán)，目視檢查端面密封膠圈，未發(fā)現(xiàn)膠圈碳化受損，排除三篦齒環(huán)與軸承座膠圈損壞導(dǎo)致漏油的可能。

分解下三篦齒封嚴(yán)襯套后，仔細(xì)查看小油腔的環(huán)形回油通道，發(fā)現(xiàn)軸承外環(huán)擋圈軸向向前脫出，將環(huán)形回油通道堵塞近2/3。環(huán)形通道堵塞，將會導(dǎo)致小油腔內(nèi)的滑油從B腔前三篦齒泄漏出來，然后從燃?xì)鉁u輪盤與過渡段間泄漏至流道，與故障現(xiàn)象一致。

根據(jù)以上對故障底事件進(jìn)行一一排查，確定故障樹中的X3出現(xiàn)了故障。

2.3 故障原因分析

通過故障樹分析，結(jié)合分解計(jì)量排查，確定本次發(fā)動機(jī)滑油泄漏故障是由于B軸承腔中的小油腔環(huán)形回油通道堵塞引起的。小油腔是屬于B軸承腔內(nèi)的小腔，從回油路徑上分析，小油腔內(nèi)的滑油先通過重力作用從環(huán)形回油通道回至B軸承腔后，再通過外部回油管通過滑油泵抽回至滑油箱中。

發(fā)動機(jī)停車后，由于回油泵停止工作，小油腔內(nèi)滑油因環(huán)形回油通道堵塞導(dǎo)致回油不暢，滑油無法回到B油腔內(nèi)，引起小油腔嚴(yán)重積油。由于停車后篦齒前后封嚴(yán)壓差較小，積存的滑油從三篦齒泄漏出來后，經(jīng)燃?xì)鉁u輪盤與過渡段間流出后，向前流向燃導(dǎo)、火焰筒，向后流向過渡段、動力渦輪流道。向前流至燃燒室的滑油從燃燒室漏油口流出，向后流向過渡段和動力渦輪流道的滑油最終從發(fā)動機(jī)尾噴管排出。滑油泄漏的分析結(jié)果和漏油故障現(xiàn)象一致。

分析發(fā)動機(jī)B軸承腔結(jié)構(gòu)，結(jié)合分解檢查結(jié)果，小油腔環(huán)形回油通道堵塞是由于四號軸承外環(huán)擋圈從擋圈槽中脫出引起，擋圈脫出前后示意圖見圖3。

圖3 擋圈脫出前后示意圖

下面從設(shè)計(jì)和裝配兩方面分析擋圈脫出的原因：

2.3.1 設(shè)計(jì)

擋圈是安裝在彈支上的擋圈槽中，通過彈支上的凸臺軸向定位，防止擋圈從擋圈槽中脫出。同類型結(jié)構(gòu)類似的A型發(fā)動機(jī)從未出現(xiàn)過擋圈脫出的問題。

對兩型發(fā)動機(jī)此處結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比分析，如圖4、圖5所示，發(fā)現(xiàn)該發(fā)動機(jī)在彈支的設(shè)計(jì)上存在細(xì)微差別，該型發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)上去除了四號彈支擋圈槽左端凸臺的1/4。由于該發(fā)動機(jī)B軸承座小油腔處的回油槽相對A型發(fā)動機(jī)偏窄，為避免四號彈支遮擋軸承座上的回油槽，增大回油能力，故采用了這一設(shè)計(jì)。

圖4 該型發(fā)動機(jī)四號彈支三維圖

圖5 A型發(fā)動機(jī)四號彈支三維圖

4號彈支擋圈槽凸臺去除1/4，這在設(shè)計(jì)上就存在擋圈從擋圈槽脫出的隱患。

2.3.2 裝配

該發(fā)動機(jī)四號軸承外環(huán)擋圈與A型發(fā)動機(jī)上所用擋圈為同一種擋圈，裝配工藝一致，A型發(fā)動機(jī)未曾出現(xiàn)擋圈脫出問題。

從該型發(fā)動機(jī)擋圈及彈支的實(shí)際裝配過程上分析,若擋圈在裝配過程中，起始搭接位置正好位于四號彈支擋圈槽的缺口部位，則會導(dǎo)致?lián)跞Ω菀酌摮觥?/p>

發(fā)動機(jī)分解過程中，擋圈的起始搭接位置正好位于四號彈支擋圈槽的缺口部位。由于擋圈安裝于擋圈槽中軸向固定貼死，分析認(rèn)為發(fā)動機(jī)裝配過程中裝配工人未按工藝規(guī)程進(jìn)行裝配，將擋圈起始搭接位置置于四號彈支擋圈槽的缺口部位。

綜合上述分析，由于設(shè)計(jì)上存在擋圈從擋圈槽脫出的隱患，再加之本次發(fā)動機(jī)裝配時(shí)裝配工人將擋圈起始搭接位置置于四號彈支擋圈槽的缺口部位，使得在發(fā)動機(jī)試車過程中，擋圈逐步脫出擋圈槽，脫出的擋圈使得四號軸承前通風(fēng)槽和回油槽寬度變窄，堵塞回油通道導(dǎo)致小油腔回油能力下降，迫使滑油沿三篦齒外漏，造成此處滑油泄露。

3.排故措施及試驗(yàn)驗(yàn)證

針對故障產(chǎn)生的原因，采取了如下改進(jìn)措施：

（1）設(shè)計(jì)上，加工一擋環(huán)，安裝于擋圈與三篦齒封嚴(yán)襯套之間，防止擋圈軸向脫出。

（2）裝配上，嚴(yán)格按工藝規(guī)程重新裝配軸承外環(huán)擋圈，著重注意將擋圈起始搭接位置與四號彈支擋圈槽缺口部位錯(cuò)開。

貫徹了排故措施后，在發(fā)動機(jī)其他技術(shù)狀態(tài)不變的情況下重新進(jìn)行試驗(yàn)，在多次試驗(yàn)過程中，發(fā)動機(jī)工作正常。發(fā)動機(jī)停車后，孔探儀檢查發(fā)動機(jī)內(nèi)沒有出現(xiàn)滑油泄漏現(xiàn)象，在后續(xù)的60h持久摸底試驗(yàn)中，發(fā)動機(jī)也未出現(xiàn)內(nèi)部滑油泄漏。至此，可以確定此前滑油泄漏故障是由于四號軸承擋圈脫出導(dǎo)致小油腔環(huán)形回油通道堵塞引起的。

4.小油腔結(jié)構(gòu)改進(jìn)優(yōu)化

后續(xù)該型發(fā)動機(jī)研制階段，對小油腔回油通道局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，將環(huán)形回油槽寬度從原來的2.5mm增大至6mm（1.6mm的擋圈寬度不變），從設(shè)計(jì)上規(guī)避因擋圈脫出引起回油通道堵塞而導(dǎo)致漏油的可能。貫徹結(jié)構(gòu)改進(jìn)的發(fā)動機(jī)在后續(xù)150h長試摸底試驗(yàn)中也未出現(xiàn)因回油槽堵塞引起的滑油泄漏故障。

5.結(jié)論

本文通過故障樹分析并結(jié)合分解檢查，定位了故障原因。從設(shè)計(jì)及裝配上貫徹相關(guān)措施后，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，排除了故障。

從故障原因來看，本次擋圈脫出導(dǎo)致滑油泄漏既有設(shè)計(jì)原因也有裝配原因。發(fā)動機(jī)系列化發(fā)展過程中，對任何設(shè)計(jì)的改動，要充分分析其利弊；在整機(jī)裝配過程中，嚴(yán)格按照裝配工藝規(guī)程進(jìn)行，在細(xì)節(jié)上確保每一個(gè)零件不漏裝、不錯(cuò)裝也是最終保證發(fā)動機(jī)正常運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。