某型裝備燃油系統多余物來源分析

■ 李立恒 鐘向征 羅鐵彬 張劍/ 國營長虹機械廠 空軍駐桂林地區軍事代表室

0 引言

某型裝備加注燃油后，從燃油系統的放油活門進行放油，發現排放的油液中含有金屬屑和油脂雜質。由于燃油介質將供給發動機供油調節系統及噴油嘴等精密裝置，油液中摻雜的多余物可能導致這些裝置供油調節失效或噴嘴堵塞等問題，嚴重危害裝備的使用安全和可靠性，因此亟需查明多余物來源。

1 燃油系統的組成及功用

燃油系統的功能是為裝備提供一定壓力和流量的燃油。其中，燃油系統的油路部分由燃油濾、加注放泄活門、放油活門、起動活門及輸油管路等組成。如圖1 所示，通過加注放泄活門進行燃油加注，加注完畢后，從放油活門放出一定量燃油，排出油箱氣墊和管路中的空氣，保證供油連續穩定。

圖1 燃油系統工作流程示意圖

2 原因分析

根據燃油系統工作原理進行分析，非工作狀態下，起動活門的膜片將燃油系統與發動機供油調節系統阻隔斷開，因燃油濾過濾功能失效，多余物可能來源于油濾前端的油箱及管路，或者燃油濾后端與起動活門前端部位，或者放油活門內部。從加注放泄活門部位放油未發現雜質，且分解檢查燃油濾濾芯完好，可以排除燃油濾前端污染燃油系統的可能性，故重點排查燃油濾后端與起動活門前端之間管路和放油活門部位。

對可能產生多余物的部位在生產制造和維修過程中使用的潤滑脂、零件基體材質和雜質取樣成分進行分析，結合分解檢查情況，確定金屬屑、油脂的來源。

2.1 金屬屑來源分析

通過對放油油液中金屬屑雜質進行掃描電子顯微鏡（SEM）與能譜分析（EDS），確定金屬屑屬于鋁－鎂系合金，分析結果如圖2 所示。

圖2 金屬屑成分分析結果

根據燃油濾后端安裝結構可知，放油活門殼體、導管和燃油濾殼體材質均為鋁合金材質，查閱《中國航空金屬材料手冊》，得到這些鋁合金零件材料性能和主要化學成分。

1）放油活門殼體（材質牌號LF3）

LF3 合金是鋁－鎂系中含鎂量中等的合金，不可熱處理強化、強度較低、塑性較高，其材料成分如表1 所示。

表1 LF3化學成分

2）導管（材質牌號5A02）

5A02 鋁合金（舊稱LF2）是鋁－鎂系防銹鋁，具有疲勞強度高、塑性高等特性，其化學成分如表2 所示。

表2 5A02化學成分

3）燃油濾殼體（材質牌號LY12）

LY12 是一種高強度硬鋁，是鋁－銅－鎂系中的典型硬鋁合金，綜合性能較好，其化學成分如表3 所示。

表3 LY12化學成分

結合上述鋁合金零件材料和金屬屑成分分析結果可知，金屬屑主要成分為Al、Mg 元素，無Cu 元素；燃油濾殼體材料主要成分中包含Cu 元素，含量高于Mg 元素，且分解檢查外觀完好，因此可以排除金屬屑來源于燃油濾的可能。

由于放油活門殼體和導管均為典型鋁－鎂合金，金屬屑均屬于它們的基體材料，但通過分解檢查導管和放油活門，發現導管外觀完好、干凈，而放油活門的殼體螺紋與針塞表面均有不同程度的金屬磨屑（見圖3），因此判定金屬屑為放油活門殼體與針塞的磨損產物。

圖3 放油活門殼體與針塞分解檢查情況

圖4 所示為放油活門的裝配結構。由于針塞的基體材質采用1Cr18Ni9Ti 不銹鋼，具備高硬度、高耐磨性，而殼體材質采用LF3 防銹鋁，具有低強度、低硬度、導熱性高、線脹系數大等特性，當放油活門殼體螺紋存在表面粗糙度低、形狀誤差較大以及針塞旋動速度過快、擰緊力矩過大等情況時，造成針塞與殼體連接螺紋的摩擦阻力增大，殼體螺紋表面摩擦生熱使金屬膨脹，導致螺紋連接緊度急劇增大，螺紋表面容易發生金屬黏結剝落，剝落的金屬屑進入螺紋副，螺紋副間的摩擦阻力進一步增加，擰緊力矩增大，螺紋牙受力不均勻，產生塑性變形或斷裂。因此，可以確定金屬屑為放油活門連接螺紋接觸摩擦形成的金屬剝落物。

圖4 放油活門結構圖

2.2 油脂來源分析

通過對放油油液中的油脂雜質成分分析，得到油脂雜質的紅外光譜分析結果（見圖5）。查閱《中國航空材料手冊》得到ZT-12 潤滑脂紅外光譜（見圖6 所示，ZT-12 潤滑脂與特7 號潤滑脂紅外光譜相似）和7903 號耐油密封潤滑脂紅外光譜（見圖7）。其中，ZT-12潤滑脂用于放油活門內部連接螺紋的潤滑，7903 號耐油密封潤滑脂用于導管與燃油附件連接螺紋部位的潤滑和密封，將油脂雜質的紅外光譜分析結果與ZT-12 潤滑脂、7903 號耐油密封潤滑脂的紅外光譜進行對比，發現ZT-12 潤滑脂的紅外光譜與其相似。

圖5 油脂異物與有機硅的FT-IR譜圖對比

圖6 ZT-12潤滑脂紅外光譜

圖7 7903號耐油密封潤滑脂紅外光譜

通過成分分析確定油脂雜質為有機硅。查閱《中國航空材料手冊》得知，ZT-12 潤滑脂由礦物油、硅油、鋰皂和地蠟組成，主要成分含硅元素，7903 號耐油密封潤滑脂基本組成為合成油、無機稠化物、抗氧化劑、抗腐蝕劑等。7903 號耐油密封潤滑脂具備較好的黏性，難溶于汽油等介質，浸入燃油的油脂無明顯改變等特性。若該潤滑脂進入燃油系統，潤滑脂雜質應保留黏特性。目前，從放油油液中得到的油脂樣品無明顯黏性，且分解檢查未發現管路與燃油附件接觸孔口邊緣部位有明顯油脂分布情況，故潤滑脂多余物不屬于7903號耐油密封潤滑脂。

現場分解檢查放油活門，在殼體內螺紋部位、墊圈（見圖8）及針塞尖端均發現了一定量的ZT-12 潤滑脂。根據放油活門的工作原理可知，當旋合針塞時，螺紋結合處的潤滑脂會被擠壓至針塞與殼體非接觸部位，放油時油液會沖刷掉擠出的ZT-12 潤滑脂，并帶出至放油活門外部。故該潤滑脂多余物應為螺紋連接部位涂抹的ZT-12 潤滑脂。

圖8 放油活門分解后潤滑脂檢查情況

3 多余物影響分析

3.1 金屬屑影響分析

根據裝備供油路線（見圖9）和供油調節系統附件結構可知，燃油中摻混金屬屑多余物時，金屬屑可能隨著燃油進入發動機供油系統附件內部。當金屬屑進入燃油泵的齒輪嚙合處、伺服閥的控制閥配合間隙之間時，可導致運動部件發生異常磨損或卡滯現象，出現供油異常；當大量金屬屑堵塞供油系統附件進口油濾（供油效率下降）、噴油嘴噴口，也可導致供油異常，從而影響發動機的正常工作。

圖9 裝備供油路線圖

在實際進行燃油加注時，當放油活門處于關閉狀態，燃油不與放油活門內腔（錐閥后端）連通接觸。只有開啟放油活門時，系統燃油才會與產生金屬屑的部位接觸，但放油過程中油液屬于單向流動，燃油流動只會將金屬屑沖刷到外界，不會回流到放油活門錐閥前端，故金屬屑不會進入發動機供油系統。假設懸浮在油液中的金屬屑在關閉放油活門過程中進入燃油系統，由于金屬屑在放油過程中已基本被沖刷至外界，殘留金屬屑可能進入量很少。起動活門工作后，膜片被剪切沖破，起動活門的進出口端間將形成供油通孔，金屬屑不會影響起動活門的正常供油，進入系統的少量金屬屑會被阻隔在燃油泵的進口油濾（精密油濾）表面，無法進入燃油泵、伺服閥的運動副間隙并堵塞噴油嘴，因此該金屬屑不影響裝備的使用性能。

3.2 潤滑脂影響分析

根據放油活門結構可知，只有放油活門開啟時，系統燃油才會與殼體內腔油脂接觸，但放油過程中油液屬于單向流動，燃油的流動會將油脂沖刷到外界，不會回流到放油活門錐閥前端，故油脂一般不會進入發動機供油系統。假設懸浮在油液中的少量油脂在關閉放油活門過程中進入燃油系統，由于ZT-12 油脂能溶解于燃油，溶解后的潤滑脂分子尺寸較小能夠通過噴油嘴噴口，未溶解的潤滑脂會被阻隔在供油調節附件進口油濾上，而潤滑脂自身具有潤滑性，不會引起運動部件卡滯。此外，潤滑脂屬于有機物，在高溫條件下可以燃燒，摻混少量潤滑脂的燃油不影響正常燃燒，同時鑒于燃油附件裝配時通常會涂抹潤滑脂，使用過程中少量潤滑脂進入燃油中屬于正常現象，因此潤滑脂不影響裝備的使用性能。

4 控制措施

1）加強放油活門殼體螺紋檢查修理，保證殼體螺紋應無影響使用性能的滑扣、斷扣、倒牙、磨損掉塊等牙型缺陷。

2）裝配時，在螺紋部位涂抹適量潤滑脂（薄層），防止過量潤滑脂在啟閉針塞時擠出進入燃油中。

3）啟閉針塞時，盡量避免快速、猛力旋動針塞，防止螺紋接觸面摩擦阻力增大和金屬受熱膨脹而導致的金屬黏結剝落等現象。

5 結語

多余物問題對于航空裝備使用性能的影響往往是災難性的。因此，在開展航空裝備維修時，不僅要預防裝備維修過程中產生多余物，還要熟悉裝備的結構特性，了解裝備在設計制造過程中存在的不合理之處和易產生多余物的風險點，從而做到合理設計維修工藝，降低裝備安全使用隱患。