某航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器通氣管冒油故障研究

周克家 鄧志奇 徐 彬

（95935 部隊(duì)，黑龍江 哈爾濱150111）

以某型號(hào)的航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)為例分析，發(fā)現(xiàn)該發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)主要是離心式機(jī)械傳動(dòng)增壓器支持，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行后，對(duì)應(yīng)汽化器噴出后受到霧化處理，和空氣混合后，進(jìn)一步形成可燃混合器，進(jìn)入到增壓器內(nèi)。增壓器葉輪高速旋轉(zhuǎn)，將燃?xì)馑腿霘飧兹紵Ｆ渲校鰤浩魃戏皆O(shè)置通氣管，引導(dǎo)大氣進(jìn)入封嚴(yán)圈腔體，實(shí)現(xiàn)“氣封”，確保機(jī)匣滑油不受負(fù)壓影響進(jìn)入到增壓葉輪中。文章對(duì)該航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)際排故明確方向。

1 航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器通氣管冒油故障

航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)通氣管存在冒油。地面試車中，發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)速，或滑油壓力高、低狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)均存在冒油，若不改善，將導(dǎo)致增壓機(jī)機(jī)匣表面、進(jìn)氣管、汽化器表面存在大量滑油，發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)氣喘。

2 增壓器通氣管結(jié)構(gòu)

2.2 增壓器葉輪軸空氣腔。如圖1 所示，航空器發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣經(jīng)過(guò)通氣管，最終進(jìn)入到增壓器內(nèi)部，之后再通過(guò)混合氣收集器襯套6 上沿圓周分布的孔，來(lái)到襯套5，介于1、3 道封嚴(yán)圈中間，再然后，空氣則進(jìn)入到滑油前封嚴(yán)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(nèi)部壁中形成氣流通路，氣流中間沿著氣槽，運(yùn)動(dòng)到滑油封嚴(yán)圈襯套8，之后進(jìn)入5、6 道封嚴(yán)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(yán)。為避免混合氣收集器滑油泄露到葉輪進(jìn)氣道，影響發(fā)動(dòng)機(jī)工作，故增壓器設(shè)置7 道封嚴(yán)圈封嚴(yán)處理。其中，前封嚴(yán)圈襯套槽設(shè)置3 青銅封嚴(yán)圈，后封嚴(yán)圈襯套槽設(shè)置4 青銅封嚴(yán)圈，保證封嚴(yán)效果。封嚴(yán)圈開(kāi)口位置相互錯(cuò)開(kāi)，避免滑油輕易進(jìn)入進(jìn)氣道。此外，在混合氣收集器上設(shè)置可通大氣的管道，將大氣引入增壓器葉輪軸腔體，消除負(fù)壓，強(qiáng)化密封效果。

3 故障分析

3.1 對(duì)故障樹(shù)潑濺潤(rùn)滑油進(jìn)入通氣管分析。3.1.1 封嚴(yán)圈失效。封嚴(yán)圈失效主要是封嚴(yán)不夠，可能開(kāi)口間隙異常、開(kāi)口位置對(duì)齊、側(cè)間隙異常或封嚴(yán)圈無(wú)彈性。如圖2 所示，封嚴(yán)圈槽中重要以張力貼合襯套，葉輪封嚴(yán)第1 道封嚴(yán)圈及后封嚴(yán)6、7 隔離混合氣收集器潑濺潤(rùn)滑油及空氣腔，以及葉輪前封嚴(yán)2、3 封嚴(yán)圈、后封嚴(yán)4、5 封嚴(yán)圈隔離進(jìn)入葉輪油氣。7 個(gè)封嚴(yán)圈開(kāi)口位置需相互錯(cuò)開(kāi)，起到良好封嚴(yán)效果。

圖2 封嚴(yán)圈示意圖

若葉輪后封嚴(yán)6、7 封嚴(yán)圈開(kāi)口對(duì)齊，則此時(shí)滑油以封嚴(yán)圈進(jìn)入到空氣腔內(nèi)部，這就會(huì)導(dǎo)致空氣腔大量滑油積聚。若封嚴(yán)圈彈性不足，圈外面無(wú)法緊貼襯套，存在縫隙，不能起到良好的封嚴(yán)。而封嚴(yán)圈必須確保良好的封嚴(yán)效果，在裝配結(jié)束之后，盡可能的減少開(kāi)口間隙，留有較小開(kāi)口，切勿封死，避免發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行發(fā)生膨脹卡死。還要保留一定的側(cè)間隙，避免封嚴(yán)圈卡死。若封嚴(yán)圈實(shí)際開(kāi)口間隙小，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中受熱發(fā)生膨脹，容易導(dǎo)致封嚴(yán)圈在環(huán)槽中出現(xiàn)卡滯，無(wú)法活動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重翹曲變形，無(wú)法發(fā)揮實(shí)際的封嚴(yán)效果。但是，若封嚴(yán)圈開(kāi)口間隙較大，對(duì)應(yīng)滑油較多，滑油容易通過(guò)較大的間隙進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)右側(cè)空氣腔中。在裝配中，應(yīng)控制開(kāi)口間隙在0.04-0.06mm 之間范圍中。航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的封嚴(yán)圈在槽內(nèi)部的側(cè)間隙也會(huì)影響滑油滲漏。若封嚴(yán)圈槽內(nèi)側(cè)間隙過(guò)小，將導(dǎo)致封嚴(yán)圈和封嚴(yán)襯套側(cè)面摩擦大大增加，加之發(fā)動(dòng)機(jī)高溫運(yùn)行，易導(dǎo)致封嚴(yán)圈出現(xiàn)塑性變形，彈性降低，對(duì)應(yīng)封嚴(yán)結(jié)構(gòu)性能嚴(yán)重下降。但是，若封嚴(yán)圈槽內(nèi)側(cè)間隙過(guò)大，將導(dǎo)致滑油泄漏通道加寬，增加冒油現(xiàn)象。為解決此問(wèn)題，需在裝配中注重配置合適的側(cè)間隙，控制側(cè)間隙在0.08-0.10mm 范圍中。3.1.2 葉輪軸螺母松脫。發(fā)動(dòng)機(jī)后蓋主動(dòng)軸安裝零件需通過(guò)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(xiǎn)固定完好。固定葉輪軸螺母的鎖片上有兩個(gè)凸起矩形爪，通過(guò)該爪可以將克扣卡到增壓器葉輪軸前端開(kāi)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(guò)右旋螺紋可保證螺母的實(shí)際旋進(jìn)方向等同于葉輪軸旋轉(zhuǎn)方向。此時(shí)若發(fā)現(xiàn)螺母旋轉(zhuǎn)，但是鎖片并沒(méi)有保險(xiǎn)到位，可能是螺母由于慣性、振動(dòng)等各方面影響，其自身出現(xiàn)松動(dòng)退出，需定期檢查，科學(xué)維護(hù)。葉輪軸螺母螺紋長(zhǎng)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?jǐn)Q緊之后，要保對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)螺紋沒(méi)有較多有效連接，則此時(shí)螺母就容易發(fā)生松動(dòng)、脫落等不良現(xiàn)象。 在尺寸鏈標(biāo)準(zhǔn)理論支持下，要求前封嚴(yán)襯套的1 道封嚴(yán)圈他的實(shí)際端面，到混合氣收集器封嚴(yán)襯套前面為的距離數(shù)據(jù)，在-1.465-6.13mm。而此時(shí)的封嚴(yán)圈他的厚度為1.9-0.04mm。若發(fā)動(dòng)機(jī)在極限狀態(tài)，此時(shí)的封嚴(yán)圈后側(cè)斷面機(jī)器到混合氣收集器封嚴(yán)漲圈襯套的尺寸數(shù)據(jù)則為0.395mm。這時(shí)，如果出現(xiàn)螺母松退現(xiàn)象，則對(duì)應(yīng)的滑油前封嚴(yán)襯套就會(huì)出現(xiàn)軸向串動(dòng)，就會(huì)導(dǎo)致航空器發(fā)動(dòng)機(jī)的第一道封嚴(yán)圈封嚴(yán)帶出現(xiàn)減小，無(wú)法發(fā)揮自身封嚴(yán)效果，且封嚴(yán)圈出現(xiàn)脫出現(xiàn)象，無(wú)法封嚴(yán)。

3.2 壓力潤(rùn)滑油路滑油進(jìn)入通氣管。在圖1 中，后蓋主動(dòng)軸內(nèi)腔是發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力潤(rùn)滑主油路。滑油經(jīng)后蓋主動(dòng)軸12 的兩個(gè)徑向油孔，潤(rùn)滑后蓋增壓器葉輪軸前后銅襯套1 及11，之后進(jìn)入增壓器葉輪軸內(nèi)部形成油腔。增壓器葉輪軸分為前后螺紋，螺紋止動(dòng)銷4 及9 徑向插入前后銅襯套，確保襯套軸向定位穩(wěn)定。而發(fā)動(dòng)機(jī)后蓋主動(dòng)軸12 及銅襯套1 及11 形成間隙配合，以確保航空器發(fā)動(dòng)機(jī)自身穩(wěn)定運(yùn)行。正常情況下，當(dāng)實(shí)際壓力潤(rùn)滑油進(jìn)入到增壓器葉輪軸內(nèi)部腔體之后，壓力潤(rùn)滑油并不會(huì)和增壓器葉輪軸表面接觸，無(wú)異常現(xiàn)象發(fā)生。但是，增壓器葉輪軸徑向則設(shè)置的有螺紋止動(dòng)銷，其主要通過(guò)螺紋止動(dòng)銷起到對(duì)增壓器葉輪軸銅襯套的固定作用。這個(gè)時(shí)候，若航空器發(fā)動(dòng)機(jī)自身的增壓器葉輪軸螺紋止動(dòng)銷沒(méi)有完全密封，就會(huì)導(dǎo)致壓力潤(rùn)滑油路滑油滲漏到止動(dòng)銷的縫隙當(dāng)中，進(jìn)而導(dǎo)致滑油進(jìn)入到通氣管中，最終使得通氣管冒油現(xiàn)象嚴(yán)重，影響發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。究其原因，主要是螺紋密封不到位，導(dǎo)致的螺紋止動(dòng)銷密封失效。由于螺紋密封不到位，分析其現(xiàn)象，螺紋止動(dòng)銷主要和增壓器葉輪軸連接（特種螺紋方式連接），對(duì)應(yīng)螺紋止動(dòng)銷螺紋規(guī)格達(dá)到特M4D23.586/3.546，增壓器葉輪軸螺紋孔實(shí)際規(guī)格為特M4d23.606/3.546，對(duì)螺紋中徑配合計(jì)算，為-0.06-+0.04mm，在配合方式上，叫做過(guò)渡配合。而螺紋以中徑封嚴(yán)，實(shí)際裝配分析中，若中徑配合沒(méi)有進(jìn)行過(guò)盈處理，就會(huì)無(wú)法保證封嚴(yán)效果，最終容易導(dǎo)致滑油進(jìn)入通氣管，引發(fā)故障。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，文章通過(guò)對(duì)某航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器系統(tǒng)封嚴(yán)結(jié)構(gòu)闡述研究，分析發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際通氣管冒油故障，究其原因，針對(duì)故障的發(fā)生分析是否葉輪軸螺母松動(dòng)、封嚴(yán)圈不良、通氣管密封膠失效等導(dǎo)致的故障發(fā)生，提出對(duì)應(yīng)問(wèn)題如何解決，為更好處理故障打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。