某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)漏油故障分析

陳江明，鄭益民，段輝，賈銳

(中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán) 湖南動(dòng)力機(jī)械研究所，湖南 株洲 412002)

0 引言

某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)在科研階段地面臺(tái)架出廠試驗(yàn)時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)存在滑油泄漏故障。本文采用故障樹法[1-2]，通過(guò)分析、排查和試驗(yàn)驗(yàn)證，查明了故障原因。

1 故障描述

發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)過(guò)程中，地慢狀態(tài)下，鼓風(fēng)機(jī)出口有滑油漏出；空慢狀態(tài)下，鼓風(fēng)機(jī)出口有油霧噴出，發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)越高，噴出油霧越多；試車過(guò)程中滑油壓力和滑油溫度等參數(shù)均正常。

停車后，對(duì)地面臺(tái)架和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了初步檢查。目視檢查地面臺(tái)架和發(fā)動(dòng)機(jī)外觀，發(fā)現(xiàn)除在鼓風(fēng)機(jī)出口有滑油掛滴且鼓風(fēng)機(jī)出口下方臺(tái)架上有小攤油跡外，其余部位均未發(fā)現(xiàn)可疑油跡；使用孔探儀檢查鼓風(fēng)機(jī)及其上游的流路，發(fā)現(xiàn)前機(jī)匣與渦流機(jī)匣下方流道接合縫有滑油掛滴，鼓風(fēng)機(jī)及其上游的流路和滑油掛滴位置見圖 1，主機(jī)匣和渦殼流道底部有少量積油，其余部位均未發(fā)現(xiàn)油跡。

圖1 鼓風(fēng)機(jī)及其上游流路和滑油掛滴位置圖

由初步檢查結(jié)果可知，鼓風(fēng)機(jī)漏油是由前機(jī)匣與渦流機(jī)匣下方流道接合縫漏油引起的。為保證發(fā)動(dòng)機(jī)順利交付，需進(jìn)一步開展故障分析[3-9]。

2 故障分析和排查

2.1 故障樹建立

前機(jī)匣與渦流機(jī)匣下方流道接合縫的內(nèi)側(cè)是由前機(jī)匣前端和渦流機(jī)匣后端構(gòu)成的空腔。前機(jī)匣前端大端面安裝輸出軸組件，輸出軸組件由輸出軸機(jī)匣、輸出軸、石墨封嚴(yán)盒和軸承等組成。前機(jī)匣內(nèi)腔作為軸承腔，其中輸出軸機(jī)匣與前機(jī)匣之間由膠圈密封，石墨封嚴(yán)盒與輸出軸之間由石墨密封，與輸出軸機(jī)匣之間由膠圈密封。前機(jī)匣前端下方設(shè)置應(yīng)急油箱放油口，由膠圈密封。前機(jī)匣軸承腔供、回油路從前端引出，與渦流機(jī)匣內(nèi)部油路通過(guò)連接導(dǎo)管相連，包括一根供油導(dǎo)管和兩根回油導(dǎo)管，由膠圈密封。以上相關(guān)結(jié)構(gòu)[10-12]見圖1、圖 2。

圖2 前機(jī)匣前端結(jié)構(gòu)示意圖

分析認(rèn)為，前機(jī)匣與渦流機(jī)匣下方流道接合縫漏油原因可能是：

1)前機(jī)匣大端面密封失效。可能是輸出軸機(jī)匣密封失效和石墨封嚴(yán)盒密封失效導(dǎo)致的，分別標(biāo)識(shí)為底事件 X1、X2。

2)前機(jī)匣應(yīng)急油箱放油口密封失效。標(biāo)識(shí)為底事件 X3。

3)前機(jī)匣與渦流機(jī)匣之間連接導(dǎo)管密封失效。失效的原因可能是連接導(dǎo)管膠圈損壞，密封相關(guān)尺寸超差，包括連接導(dǎo)管膠圈尺寸超差、連接導(dǎo)管膠圈安裝處尺寸超差和連接導(dǎo)管兩端安裝孔位置度超差，連接導(dǎo)管密封設(shè)計(jì)不合理，這些失效事件分別標(biāo)識(shí)為底事件 X4-X8。

4)零組件缺陷。前機(jī)匣滑油管路壁、軸承腔壁或渦流機(jī)匣滑油管路壁如有缺陷，試車過(guò)程將引起滑油泄漏，分別標(biāo)識(shí)為底事件 X9、X10。

將上述事件以故障樹符號(hào)連接，得到前機(jī)匣與渦流機(jī)匣下方流道接合縫漏油故障樹，見圖 3，共存在 10 種導(dǎo)致漏油的因素。

圖3 前機(jī)匣與渦流機(jī)匣下方流道接合縫漏油故障樹

2.2 排查工作和分析

對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)下臺(tái)進(jìn)行了分解檢查[13]。分下渦流機(jī)匣、前機(jī)匣與渦流機(jī)匣下方流道接合縫內(nèi)側(cè)的凹槽有少量積油。前機(jī)匣大端面無(wú)油跡，分下輸出軸組件、輸出軸機(jī)匣和石墨密封盒上的密封完好，可以排除底事件 X1、X2。前機(jī)匣應(yīng)急油箱放油口無(wú)油跡，可以排除底事件 X3。前機(jī)匣與渦流機(jī)匣之間供油導(dǎo)管上有油跡、兩根回油導(dǎo)管上無(wú)油跡，說(shuō)明供油導(dǎo)管相關(guān)底事件不能排除。供油導(dǎo)管膠圈完好，膠圈尺寸未超差，導(dǎo)管兩端安裝孔位置度未超差，可以排除底事件 X4、X5 和 X7；供油導(dǎo)管膠圈槽公稱直徑超差，即供油導(dǎo)管底事件 X6 存在故障。對(duì)前機(jī)匣和渦流機(jī)匣進(jìn)行單件密封性檢查，均正常，可以排除零組件缺陷的可能，即底事件 X9、X10。

為了進(jìn)一步確定供油導(dǎo)管出現(xiàn)油跡的原因，對(duì)供油導(dǎo)管的密封設(shè)計(jì)進(jìn)行了復(fù)查。供油導(dǎo)管的密封結(jié)構(gòu)見圖 4，設(shè)計(jì)尺寸參數(shù)(圖 5 和表 1)滿足 HB/Z 4 要求。膠圈壓縮率Y由下式計(jì)算:

圖4 前機(jī)匣與渦流機(jī)匣之間供油導(dǎo)管安裝圖

圖5 密封圈安裝后的變形情況

考慮配合孔、膠圈槽和膠圈的制造公差，計(jì)算膠圈壓縮率為 11.5%～21.8%，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求(固定密封膠圈壓縮率>11%)，因此可以排除底事件X8。

根據(jù)以上分析排查，只有供油導(dǎo)管底事件X6 存在故障。由供油導(dǎo)管密封結(jié)構(gòu)的實(shí)測(cè)尺寸參數(shù)(表 1)計(jì)算，膠圈壓縮率為 8.9%，小于標(biāo)準(zhǔn)要求 11%，即前機(jī)匣與渦流機(jī)匣之間供油導(dǎo)管膠圈槽公稱直徑超差導(dǎo)致膠圈壓縮率不足。

表1 供油導(dǎo)管密封結(jié)構(gòu)參數(shù)

根據(jù)分析排查結(jié)果，將前機(jī)匣與渦流機(jī)匣之間供油導(dǎo)管更換為合格件，發(fā)動(dòng)機(jī)原樣復(fù)裝，進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)工作正常，未出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，說(shuō)明鼓風(fēng)機(jī)漏油故障是由前機(jī)匣與渦流機(jī)匣之間供油導(dǎo)管膠圈槽公稱直徑超差引起的。

2.3 故障機(jī)理

前機(jī)匣與渦流機(jī)匣之間供油導(dǎo)管膠圈槽公稱直徑超差，導(dǎo)致膠圈壓縮率不足，密封不嚴(yán)。試車過(guò)程中，由于滑油油路內(nèi)部壓力增大(0.138 MPa ～0.7 MPa)，滑油從供油導(dǎo)管接合處滲漏，在前機(jī)匣與渦流機(jī)匣下方流道接合縫內(nèi)側(cè)的凹槽累積，積滿后經(jīng)接合縫進(jìn)入鼓風(fēng)機(jī)流路，被鼓風(fēng)機(jī)抽吸從出口排出。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)升高時(shí)，油路內(nèi)部壓力增大，滑油泄漏量隨之增大，故在試車過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)越高，鼓風(fēng)機(jī)出口噴出的油霧越多。

3 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)漏油故障，詳細(xì)分析了故障原因，進(jìn)行了排查、驗(yàn)證，查明了鼓風(fēng)機(jī)漏油故障原因是前機(jī)匣與渦流機(jī)匣之間供油導(dǎo)管膠圈槽公稱直徑超差。對(duì)該型發(fā)動(dòng)機(jī)滑油泄漏故障的排除具有參考價(jià)值，也為該型發(fā)動(dòng)機(jī)研制積累了經(jīng)驗(yàn)。