某航空活塞發動機增壓器通氣管冒油故障研究

周克家 鄧志奇 徐 彬

（95935 部隊，黑龍江 哈爾濱150111）

以某型號的航空活塞發動機為例分析，發現該發動機進氣系統主要是離心式機械傳動增壓器支持，發動機運行后，對應汽化器噴出后受到霧化處理，和空氣混合后，進一步形成可燃混合器，進入到增壓器內。增壓器葉輪高速旋轉，將燃氣送入氣缸燃燒。其中，增壓器上方設置通氣管，引導大氣進入封嚴圈腔體，實現“氣封”，確保機匣滑油不受負壓影響進入到增壓葉輪中。文章對該航空活塞發動機增壓器通氣管冒油故障分析，主要提出如何檢查故障、解決故障，為實際排故明確方向。

1 航空活塞發動機增壓器通氣管冒油故障

航空活塞發動機運行中發現通氣管存在冒油。地面試車中，發動機高轉速、低轉速，或滑油壓力高、低狀態，發現航空活塞發動機均存在冒油，若不改善，將導致增壓機機匣表面、進氣管、汽化器表面存在大量滑油，發動機出現氣喘。

2 增壓器通氣管結構

2.2 增壓器葉輪軸空氣腔。如圖1 所示，航空器發動機的空氣經過通氣管，最終進入到增壓器內部，之后再通過混合氣收集器襯套6 上沿圓周分布的孔，來到襯套5，介于1、3 道封嚴圈中間，再然后，空氣則進入到滑油前封嚴圈襯套附近圓周分布孔。增壓器葉輪軸表面加工出軸向氣槽，在混合氣收集器內部壁中形成氣流通路，氣流中間沿著氣槽，運動到滑油封嚴圈襯套8，之后進入5、6 道封嚴圈之間位置。

圖1 通氣管氣路及增壓油路示意圖

2.3 增壓器葉輪軸處封嚴。為避免混合氣收集器滑油泄露到葉輪進氣道，影響發動機工作，故增壓器設置7 道封嚴圈封嚴處理。其中，前封嚴圈襯套槽設置3 青銅封嚴圈，后封嚴圈襯套槽設置4 青銅封嚴圈，保證封嚴效果。封嚴圈開口位置相互錯開，避免滑油輕易進入進氣道。此外，在混合氣收集器上設置可通大氣的管道，將大氣引入增壓器葉輪軸腔體，消除負壓，強化密封效果。

3 故障分析

3.1 對故障樹潑濺潤滑油進入通氣管分析。3.1.1 封嚴圈失效。封嚴圈失效主要是封嚴不夠，可能開口間隙異常、開口位置對齊、側間隙異常或封嚴圈無彈性。如圖2 所示，封嚴圈槽中重要以張力貼合襯套，葉輪封嚴第1 道封嚴圈及后封嚴6、7 隔離混合氣收集器潑濺潤滑油及空氣腔，以及葉輪前封嚴2、3 封嚴圈、后封嚴4、5 封嚴圈隔離進入葉輪油氣。7 個封嚴圈開口位置需相互錯開，起到良好封嚴效果。

圖2 封嚴圈示意圖

若葉輪后封嚴6、7 封嚴圈開口對齊，則此時滑油以封嚴圈進入到空氣腔內部，這就會導致空氣腔大量滑油積聚。若封嚴圈彈性不足，圈外面無法緊貼襯套，存在縫隙，不能起到良好的封嚴。而封嚴圈必須確保良好的封嚴效果，在裝配結束之后，盡可能的減少開口間隙，留有較小開口，切勿封死，避免發動機正常運行發生膨脹卡死。還要保留一定的側間隙，避免封嚴圈卡死。若封嚴圈實際開口間隙小，發動機運行中受熱發生膨脹，容易導致封嚴圈在環槽中出現卡滯，無法活動，進而導致出現嚴重翹曲變形，無法發揮實際的封嚴效果。但是，若封嚴圈開口間隙較大，對應滑油較多，滑油容易通過較大的間隙進入到發動機右側空氣腔中。在裝配中，應控制開口間隙在0.04-0.06mm 之間范圍中。航空活塞發動機的封嚴圈在槽內部的側間隙也會影響滑油滲漏。若封嚴圈槽內側間隙過小，將導致封嚴圈和封嚴襯套側面摩擦大大增加，加之發動機高溫運行，易導致封嚴圈出現塑性變形，彈性降低，對應封嚴結構性能嚴重下降。但是，若封嚴圈槽內側間隙過大，將導致滑油泄漏通道加寬，增加冒油現象。為解決此問題，需在裝配中注重配置合適的側間隙，控制側間隙在0.08-0.10mm 范圍中。3.1.2 葉輪軸螺母松脫。發動機后蓋主動軸安裝零件需通過螺母固定到位，也就是增壓器葉輪軸前端葉輪軸螺母，而葉輪軸螺母則是以鎖片保險固定完好。固定葉輪軸螺母的鎖片上有兩個凸起矩形爪，通過該爪可以將克扣卡到增壓器葉輪軸前端開槽，安裝方便，固定可靠。之后，以圓周卡片彎折固定后，擰緊螺母。葉輪軸螺母為右旋螺紋，通過右旋螺紋可保證螺母的實際旋進方向等同于葉輪軸旋轉方向。此時若發現螺母旋轉，但是鎖片并沒有保險到位，可能是螺母由于慣性、振動等各方面影響，其自身出現松動退出，需定期檢查，科學維護。葉輪軸螺母螺紋長度在2 扣左右，和其配合的葉輪軸螺紋在3 扣左右。將螺母充分擰緊之后，要保對應的葉輪軸螺母端面和其軸端面基本處于同一平面，螺母擰到底最佳位置，對應螺紋沒有較多有效連接，則此時螺母就容易發生松動、脫落等不良現象。 在尺寸鏈標準理論支持下，要求前封嚴襯套的1 道封嚴圈他的實際端面，到混合氣收集器封嚴襯套前面為的距離數據，在-1.465-6.13mm。而此時的封嚴圈他的厚度為1.9-0.04mm。若發動機在極限狀態，此時的封嚴圈后側斷面機器到混合氣收集器封嚴漲圈襯套的尺寸數據則為0.395mm。這時，如果出現螺母松退現象，則對應的滑油前封嚴襯套就會出現軸向串動，就會導致航空器發動機的第一道封嚴圈封嚴帶出現減小，無法發揮自身封嚴效果，且封嚴圈出現脫出現象，無法封嚴。

3.2 壓力潤滑油路滑油進入通氣管。在圖1 中，后蓋主動軸內腔是發動機的壓力潤滑主油路。滑油經后蓋主動軸12 的兩個徑向油孔，潤滑后蓋增壓器葉輪軸前后銅襯套1 及11，之后進入增壓器葉輪軸內部形成油腔。增壓器葉輪軸分為前后螺紋，螺紋止動銷4 及9 徑向插入前后銅襯套，確保襯套軸向定位穩定。而發動機后蓋主動軸12 及銅襯套1 及11 形成間隙配合，以確保航空器發動機自身穩定運行。正常情況下，當實際壓力潤滑油進入到增壓器葉輪軸內部腔體之后，壓力潤滑油并不會和增壓器葉輪軸表面接觸，無異常現象發生。但是，增壓器葉輪軸徑向則設置的有螺紋止動銷，其主要通過螺紋止動銷起到對增壓器葉輪軸銅襯套的固定作用。這個時候，若航空器發動機自身的增壓器葉輪軸螺紋止動銷沒有完全密封，就會導致壓力潤滑油路滑油滲漏到止動銷的縫隙當中，進而導致滑油進入到通氣管中，最終使得通氣管冒油現象嚴重，影響發動機正常運行。究其原因，主要是螺紋密封不到位，導致的螺紋止動銷密封失效。由于螺紋密封不到位，分析其現象，螺紋止動銷主要和增壓器葉輪軸連接（特種螺紋方式連接），對應螺紋止動銷螺紋規格達到特M4D23.586/3.546，增壓器葉輪軸螺紋孔實際規格為特M4d23.606/3.546，對螺紋中徑配合計算，為-0.06-+0.04mm，在配合方式上，叫做過渡配合。而螺紋以中徑封嚴，實際裝配分析中，若中徑配合沒有進行過盈處理，就會無法保證封嚴效果，最終容易導致滑油進入通氣管，引發故障。

結束語

綜上所述，文章通過對某航空活塞發動機增壓器系統封嚴結構闡述研究，分析發動機的實際通氣管冒油故障，究其原因，針對故障的發生分析是否葉輪軸螺母松動、封嚴圈不良、通氣管密封膠失效等導致的故障發生，提出對應問題如何解決，為更好處理故障打下堅實基礎。