某發(fā)動(dòng)機(jī)滑油腔壓力異常分析

（中國(guó)航發(fā)湖南動(dòng)力機(jī)械研究所，湖南 株洲 412002）

某發(fā)動(dòng)機(jī)滑油系統(tǒng)為燃?xì)獍l(fā)生器滑油與減速器滑油一體化設(shè)計(jì)的封閉循環(huán)系統(tǒng)，為監(jiān)控滑油系統(tǒng)工作的可靠性，在發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)過程中對(duì)滑油系統(tǒng)工作參數(shù)進(jìn)行了監(jiān)控，其中軸承腔壓力是重要的監(jiān)測(cè)參數(shù)之一。

本文針對(duì)某發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)期間減速器腔壓力異常問題，利用故障樹分析方法進(jìn)行了分析，通過分析排查，定位了故障原因，排除了故障，保證了發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的正常進(jìn)行。

1.故障描述

某發(fā)動(dòng)機(jī)在地面臺(tái)架試驗(yàn)期間，多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)了減速器腔壓偏高的問題（超出了減速器腔壓力的規(guī)定值：≯80kPa），腔壓值最高達(dá)到170kPa，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)在緊急停車情況下尾噴管出現(xiàn)大量的滑油泄漏，引氣尾部冒煙的異常情況。

2.故障排查與分析

2.1 滑油系統(tǒng)分析

（1）供油流路。某發(fā)動(dòng)機(jī)采用定壓式供油，來自滑油箱的滑油經(jīng)油濾過濾后進(jìn)入增壓泵，增壓泵增壓后經(jīng)相關(guān)滑油油路被分配至發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承腔、附件傳動(dòng)腔和減速器中各潤(rùn)滑點(diǎn)。（2）回油流路。工作的滑油由滑油泵回油級(jí)抽回，其中1#軸承腔內(nèi)滑油依靠重力進(jìn)入回油腔，再通過管路被滑油泵抽回至滑油箱。其余軸承腔滑油通過滑油泵各回油級(jí)單獨(dú)抽回，而后匯集至油氣分離器，分離后滑油進(jìn)入滑油箱，油氣則進(jìn)入離心通風(fēng)器。（3）油氣流路。各軸承腔油氣經(jīng)管進(jìn)入集氣腔，集氣腔位于附件機(jī)匣頂部，油氣主要來源有三路：一是軸承腔通過通氣閥排出的油氣；二是滑油箱內(nèi)的油氣；三路是經(jīng)油氣分離器分離后的油氣。集氣腔的油氣通過離心通風(fēng)器進(jìn)一步進(jìn)行油氣分離，分離出來的氣體直接通過外部管路排至發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管。

2.2 腔壓異常分析

根據(jù)滑油系統(tǒng)流路分析可知，減速器腔與1#軸承腔、附件傳動(dòng)腔相通，因此三腔壓力一致，任一處腔壓偏高時(shí)，集氣腔的壓力勢(shì)必也會(huì)隨之升高。

建立減速器腔壓異常故障樹，見圖1，其主要故障模式有：供油或回油異常、進(jìn)氣量異常以及通風(fēng)系統(tǒng)異常。

供油或回油異常可能因素有滑油泵供油級(jí)供油量增加、回油級(jí)回油能力減弱或回油油路堵塞。故障底事件為滑油泵異常X1和回油油路堵塞X2。通過串裝滑油泵可排查事件X1；通過檢查對(duì)應(yīng)回油油路是否堵塞可排查對(duì)應(yīng)事件X2。

圖1 減速器腔壓偏高故障樹

進(jìn)氣量異常可能因素有通氣閥異常、1#軸承封嚴(yán)失效或機(jī)匣裂紋，導(dǎo)致高壓油氣或大量封嚴(yán)氣體進(jìn)入油腔，油腔壓力升高增加。故障底事件為通氣閥異常X5～X8、1#軸承密封失效X3以及機(jī)匣裂紋X9～X10。事件X5～X8通過復(fù)查對(duì)比通氣閥尺寸以及串裝通氣閥進(jìn)行排查；事件X3通過復(fù)查對(duì)比1#軸承石墨密封裝置尺寸結(jié)構(gòu)排查；事件X9～X10可通過對(duì)機(jī)匣進(jìn)行CT掃描，觀察是否有裂紋排查。

通風(fēng)系統(tǒng)異常可能因素有離心通風(fēng)器流阻異常或通風(fēng)管路通風(fēng)不暢，排出的氣體量少，腔內(nèi)壓力升高。故障底事件為離心通風(fēng)器流阻異常X4和通風(fēng)管路異常X11～X12。事件X4通過離心通風(fēng)器性能試驗(yàn)及換裝試驗(yàn)排查；事件X11～X12通過檢查機(jī)匣間的通氣管路及外部通氣管進(jìn)行排查。

通過對(duì)比復(fù)查石墨封嚴(yán)裝置尺寸以及石墨封嚴(yán)裝置泄漏量試驗(yàn)可排查X3～X4。供油或回油異常與減速器腔壓偏高供油或回油異常故障類似。

2.3 故障樹排查

（1）數(shù)據(jù)分析。以6#發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)為分析對(duì)象，通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各腔壓數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出其參數(shù)隨發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)變化曲線，由圖中可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入大狀態(tài)后，減速器腔壓與2#軸承腔腔壓數(shù)據(jù)基本一直，且存在一定的跟隨性，理論上2#軸承腔壓力遠(yuǎn)大于減速器腔壓。

（2）故障排查。對(duì)各底事件進(jìn)行了逐一排查，除事件X3未能排除，其余底事件排查均未發(fā)現(xiàn)異常。在結(jié)構(gòu)上，減速器腔與2#軸承腔之間通過1#軸承石墨密封裝置封嚴(yán)，根據(jù)數(shù)據(jù)反映的跟隨性，可以初步判斷1#軸承石墨密封裝置封嚴(yán)失效，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中2#軸承腔油氣進(jìn)入1#軸承腔，造成減速器腔壓力升高。

為確認(rèn)1#軸承石墨密封裝置失效原因，對(duì)其實(shí)物進(jìn)行了全面的對(duì)比復(fù)查：一是核查石墨環(huán)的安裝狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)石墨環(huán)存在卡滯現(xiàn)象（正常狀態(tài)的石墨環(huán)可以靈活運(yùn)動(dòng)）；二是復(fù)查1#軸承石墨密封裝置的結(jié)構(gòu)尺寸，發(fā)現(xiàn)O型密封圈內(nèi)徑、波紋彈簧內(nèi)外徑與設(shè)計(jì)值存在差異，見表1。

表1 1#軸承石墨密封裝置尺寸

2.4 機(jī)理分析

（1）石墨密封裝置失效機(jī)理。1#軸承石墨密封裝置為接觸式結(jié)構(gòu)，主要由殼體、波形彈簧、墊片、O形密封圈、碳密封環(huán)、擋圈、端面封嚴(yán)環(huán)等零件組成。

正常工作情況下，碳密封環(huán)5受力平衡（見圖2）Fs=Fp+F+Ff，摩擦阻力Ff較小，可忽略不計(jì)，碳密封環(huán)5與端面封嚴(yán)環(huán)7處于緊密貼合狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)封嚴(yán)作用。

圖2 石墨環(huán)受力示意圖

波形彈簧2的外徑偏大（實(shí)物比樣件值大2mm），且彈力Fs減弱，在大狀態(tài)不足以平衡流體力Fp，則接觸力Fc減小，接觸脫開，封嚴(yán)失效。O型密封圈尺寸偏大，使得摩擦阻力Ff偏大，碳密封環(huán)不能在殼體1內(nèi)靈活運(yùn)動(dòng)，處于卡滯狀態(tài)。

（2）故障現(xiàn)象機(jī)理。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中，當(dāng)1#軸承石墨密封裝置失效時(shí)，由于壓差關(guān)系（2#軸承腔壓力遠(yuǎn)高壓1#軸承腔），2#軸承腔內(nèi)的高壓油氣會(huì)進(jìn)入1#軸承腔，由于1#軸承腔與減速器腔互通，因此必將導(dǎo)致減速器腔壓偏高，從而影響離心通風(fēng)器的分離效果，大量的油氣會(huì)從引射管排出，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)大狀態(tài)緊急停車時(shí)，由于沒有了發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的射流效應(yīng)，排出的油氣將在發(fā)動(dòng)機(jī)尾部聚集，由于尾部還具有較高溫度，因此產(chǎn)生煙霧甚至出現(xiàn)著火的情況。

2.5 改進(jìn)措施及驗(yàn)證

針對(duì)故障排查發(fā)現(xiàn)的問題，對(duì)1#軸承石墨密封裝置對(duì)應(yīng)的零件進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后1#軸承石墨密封裝置裝多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，減速器腔壓符合規(guī)定要求（見表2），在緊急停車情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)尾部未出現(xiàn)噴油及冒煙情況，驗(yàn)證了改進(jìn)措施的有效性，故障得以排除。

表2 改進(jìn)后6號(hào)機(jī)腔壓數(shù)據(jù)

3.結(jié)語(yǔ)

本文利用故障樹分析方法，對(duì)某渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)滑油系統(tǒng)軸承腔壓力異常進(jìn)行了故障排查與定位，查明了故障原因，排除了技術(shù)故障。同時(shí)通過本文的分析，可為其他發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)提供技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

（1）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)使用石墨密封裝置進(jìn)行密封時(shí)，在設(shè)計(jì)期間應(yīng)分析配合尺寸的合理性，同時(shí)在裝配過程應(yīng)進(jìn)行配合尺寸的核查，尤其是對(duì)于接觸式石墨密封裝置，裝配時(shí)應(yīng)進(jìn)行彈力檢查及安裝靈活性檢查。

（2）對(duì)于研制階段的發(fā)動(dòng)機(jī)，試驗(yàn)期間應(yīng)重視對(duì)軸承腔壓力的監(jiān)控，通常可根據(jù)軸承腔壓力數(shù)據(jù)的變化反映滑油腔的封嚴(yán)情況，進(jìn)而判斷發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中軸承腔封嚴(yán)是否正常。