某型發(fā)動(dòng)機(jī)滑油泄漏故障分析

王 立

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

航空渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)輸出軸功率來(lái)驅(qū)動(dòng)旋翼旋轉(zhuǎn)，是目前直升機(jī)的主要?jiǎng)恿ρb置。某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)地面臺(tái)架試驗(yàn)過(guò)程中，出現(xiàn)后軸承腔滑油回油管接頭處滑油泄漏的故障，嚴(yán)重影響了發(fā)動(dòng)機(jī)地面臺(tái)架試驗(yàn)。本文以某型發(fā)動(dòng)機(jī)地面臺(tái)架試驗(yàn)過(guò)程中，后軸承腔滑油回油管接嘴處滑油泄漏為例，應(yīng)用故障樹(shù)分析法對(duì)該故障進(jìn)行分析研究。

故障樹(shù)分析（FTA）是產(chǎn)品可靠性和安全性分析的重要工具之一，其基本原理是把故障事件作為分析的出發(fā)點(diǎn)，在系統(tǒng)中尋找直接導(dǎo)致這一事件的全部因素，接著再以這些因素作為分析的出發(fā)點(diǎn)，分別尋找導(dǎo)致每個(gè)原因事件發(fā)生的下一級(jí)的全部因素，依次類(lèi)推，直至追查到那些原始的、其故障機(jī)理已知的因素，這樣得到按層次分布的依照一定順序和邏輯關(guān)系排列的一系列事件，用各種相應(yīng)邏輯符號(hào)連接起來(lái)，就構(gòu)成了一顆倒置的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，即故障樹(shù)。故障樹(shù)分析法，簡(jiǎn)稱(chēng)為FTA，又稱(chēng)為失效樹(shù)分析法，是一種以故障樹(shù)為工具，分析系統(tǒng)發(fā)生故障的各種途徑，對(duì)系統(tǒng)的安全性或可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)的一種圖形演繹方法[1]。FTA已被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為是對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行安全性和可靠性分析的一種好方法[2]。

1 故障現(xiàn)象

某型發(fā)動(dòng)機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)發(fā)動(dòng)機(jī)）出廠驗(yàn)收試驗(yàn)過(guò)程中，出現(xiàn)滑油泄漏故障，滑油消耗量達(dá)0.6L/h，已超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)出廠驗(yàn)收規(guī)范規(guī)定的限制值，滑油系統(tǒng)是用來(lái)保證發(fā)動(dòng)機(jī)的各處軸承和齒輪的潤(rùn)滑與冷卻，滑油系統(tǒng)的正常運(yùn)行對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性起著至關(guān)重要的作用，并且滲漏出來(lái)的滑油有可能會(huì)引起火災(zāi)，使發(fā)動(dòng)機(jī)存在極大的安全隱患。

停車(chē)后對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)外部進(jìn)行目視檢查，發(fā)現(xiàn)后軸承腔滑油回油管接嘴與機(jī)匣連接處，有滑油泄漏、積聚、結(jié)焦的現(xiàn)象。該發(fā)動(dòng)機(jī)為首次裝配的新機(jī)，累積使用時(shí)間約為1h。針對(duì)此故障，發(fā)動(dòng)機(jī)返廠進(jìn)行了分析排故工作。

2 漏油故障分析

2.1 滑油系統(tǒng)原理

發(fā)動(dòng)機(jī)滑油系統(tǒng)主要由滑油箱、滑油泵、滑油濾、各滑油腔（A滑油腔、B滑油腔）、回油泵、回油濾、噴嘴及外部管路組成（見(jiàn)圖1）。

圖1 滑油系統(tǒng)原理圖

發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑系統(tǒng)滑油具體流程為：滑油箱→增壓泵→燃滑油散熱器→滑油濾→各潤(rùn)滑部位→回油泵→滑油箱。滑油箱中的滑油通過(guò)滑油泵進(jìn)入供油管路，隨后增壓后的滑油經(jīng)過(guò)滑油濾過(guò)濾后，分別供給附件傳動(dòng)機(jī)匣腔、A軸承腔、B軸承腔的噴嘴，對(duì)各個(gè)軸承和齒輪進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻，并帶走軸承腔中的磨粒，使它們不再進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。之后后軸承腔滑油經(jīng)過(guò)回油濾過(guò)濾后，與前軸承腔經(jīng)過(guò)過(guò)濾的滑油合并后進(jìn)入附件機(jī)匣總回油管路，經(jīng)過(guò)磁性屑末檢測(cè)信號(hào)器回到滑油箱。

2.2 建立故障樹(shù)

故障樹(shù)分析是系統(tǒng)安全性和可靠性分析的工具之一。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，故障樹(shù)分析可幫助判明潛在的系統(tǒng)故障模式和災(zāi)難性危險(xiǎn)因素，發(fā)現(xiàn)可靠性和安全性薄弱環(huán)節(jié)，以便改進(jìn)設(shè)計(jì)。在生產(chǎn)、使用階段，故障樹(shù)分析可幫助故障診斷，改進(jìn)使用維修方案。故障樹(shù)分析法的關(guān)鍵是正確建造故障樹(shù)，故障樹(shù)的完善程度將直接影響定性分析和定量計(jì)算的準(zhǔn)確性。故障樹(shù)分析中的結(jié)果事件稱(chēng)為頂事件，是故障樹(shù)中首先要分析的系統(tǒng)故障事件；把導(dǎo)致頂事件發(fā)生的根本原因稱(chēng)為底事件；頂事件和底事件之間的中間結(jié)果事件稱(chēng)為中間事件[2]。

建造故障樹(shù)的方法主要有演繹法和判定表法。演繹法主要用于人工建樹(shù)，判定表法主要用于計(jì)算機(jī)輔助建樹(shù)。本文采用演繹法人工建樹(shù)，即把系統(tǒng)的故障作為頂事件，找出系統(tǒng)故障與導(dǎo)致系統(tǒng)故障各因素之間的邏輯關(guān)系，并將這些關(guān)系用特定的邏輯符號(hào)表示，由上而下逐級(jí)分解，直到不能分解為止，這樣就建成了一顆倒置的故障樹(shù)（見(jiàn)圖2）。

本文以發(fā)動(dòng)機(jī)后軸承腔滑油回油管滑油泄漏為頂事件進(jìn)行故障樹(shù)分析，逐級(jí)找到全部導(dǎo)致頂事件發(fā)生的底事件。并通過(guò)分析和分解檢查，最終找出引起故障的原因。

2.3 故障樹(shù)分析

故障樹(shù)的分析包括定性分析與定量分析，由于無(wú)法定量描述導(dǎo)致滑油泄漏的各底事件的發(fā)生概率，本文僅根據(jù)故障樹(shù)進(jìn)行定性分析，確定故障的原因。圖2所示的故障樹(shù)中各底事件均用邏輯相連，各底事件的發(fā)生相互獨(dú)立。采用下行法得到故障的最小割集為[3]：{X1}～{X8}，表明存在8種導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的后軸承腔滑油回油管接嘴處滑油泄漏的因素。

圖2 滑油泄漏故障樹(shù)

2.4 故障排查

首先目視檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)后軸承腔滑油回油管接管嘴連接的機(jī)匣管安裝位置附近有滑油結(jié)焦痕跡（見(jiàn)圖3）。由此可判斷B腔滑油回油接嘴與機(jī)匣連接處存在失效可能，下一步工作應(yīng)重點(diǎn)考慮接嘴內(nèi)部結(jié)構(gòu)封嚴(yán)失效的原因。為查找發(fā)動(dòng)機(jī)滑油泄漏原因，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了分解檢查。

圖3 滑油泄漏處位置示意圖

分解管接嘴處的封嚴(yán)結(jié)構(gòu)相關(guān)的5個(gè)零件（見(jiàn)圖4），對(duì)管接嘴進(jìn)行熒光探傷，檢驗(yàn)結(jié)果未發(fā)現(xiàn)裂痕，故可排除故障樹(shù)中X1出現(xiàn)的可能。對(duì)固安接嘴的外形尺寸進(jìn)行了計(jì)量，計(jì)量結(jié)果為合格件。故可排除故障樹(shù)中X5出現(xiàn)的可能。由于在試車(chē)過(guò)程中，整機(jī)振動(dòng)值較小并未超出試車(chē)振動(dòng)限制值，不會(huì)引起密封環(huán)脫落故障，故可以排除故障樹(shù)中X4出現(xiàn)的可能。

圖4 密封結(jié)構(gòu)相關(guān)零件

對(duì)密封環(huán)進(jìn)行熒光探傷，檢驗(yàn)結(jié)果未發(fā)現(xiàn)裂痕，故可排除故障樹(shù)中X2出現(xiàn)的可能。對(duì)密封環(huán)的外形進(jìn)行了目視檢查并未發(fā)現(xiàn)密封環(huán)變形，故可排除故障樹(shù)中X3出現(xiàn)的可能。對(duì)金屬密封環(huán)進(jìn)行計(jì)量檢驗(yàn)，結(jié)果表明表面粗糙度和圓柱度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，故可排除故障樹(shù)中X6和X7出現(xiàn)的可能，然而，金屬密封環(huán)的面輪廓度存在超差，不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，故不能排除故障樹(shù)中的X8。

根據(jù)以上對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)分解檢查情況和分析，確定故障樹(shù)中X8出現(xiàn)了故障。后軸承腔滑油回油管接嘴處示意圖見(jiàn)圖5，由圖可知，后軸承腔滑油回油管接嘴處封嚴(yán)采取的是金屬間接觸式球頭封嚴(yán)方式，金屬封嚴(yán)環(huán)球頭表面輪廓度直接影響封嚴(yán)效果。

圖5 后軸承腔回油接嘴處封嚴(yán)示意圖

根據(jù)排故工作及分析結(jié)果，采取了以下排故措施：

（1）換裝新的金屬密封環(huán)組件；

（2）換裝新的機(jī)匣管和管接嘴；

（3）復(fù)裝發(fā)動(dòng)機(jī)，驗(yàn)證試車(chē)。

試車(chē)結(jié)果表明發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，后軸承腔滑油回油管接嘴處未見(jiàn)滑油泄漏，故障排除。

3 故障原因分析

根據(jù)圖5可知，發(fā)動(dòng)機(jī)后軸承腔滑油通過(guò)機(jī)匣管流經(jīng)管接嘴后進(jìn)入外部管路滑油回油管。在此過(guò)程中，機(jī)匣管與管接嘴之間通過(guò)金屬密封環(huán)實(shí)現(xiàn)密封以阻止滑油泄漏。由于金屬封嚴(yán)環(huán)球頭表面輪廓度超差造成金屬封嚴(yán)環(huán)不能有效密封，滑油腔壓力大于腔外壓力，在內(nèi)外壓差的作用下滑油將沿著管接嘴表面流出機(jī)匣外，造成滑油泄漏。此故障的根本原因在于金屬封嚴(yán)環(huán)制造不符合設(shè)計(jì)要求，后經(jīng)質(zhì)量復(fù)查，發(fā)現(xiàn)此處表面制造工藝存在一定缺陷，且加工質(zhì)量的好壞與工藝人員的經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)成熟度有一定的關(guān)系。針對(duì)這些問(wèn)題，制定了相應(yīng)的排故措施：嚴(yán)格執(zhí)行符合要求的加工工藝，加強(qiáng)人員技術(shù)培訓(xùn)，提高密封性檢驗(yàn)要求。經(jīng)外場(chǎng)試飛及后續(xù)交付使用情況驗(yàn)證，未再出現(xiàn)此類(lèi)滑油滲漏故障，表明故障定位準(zhǔn)確，原因分析合理，排故措施有效。

4 結(jié)論

本文采用故障樹(shù)分析，并結(jié)合分解檢查與試驗(yàn)分析的方法，對(duì)某型發(fā)動(dòng)機(jī)滑油泄漏故障進(jìn)行逐一排查，查明了發(fā)動(dòng)機(jī)滑油泄漏的原因，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證排除了故障，為后續(xù)發(fā)動(dòng)機(jī)的排故提供了參考。