某发动机滑油泵流量不合格故障研究

陈福利

(中航工业沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司,辽宁沈阳 110043)

某发动机滑油泵流量不合格故障研究

陈福利

(中航工业沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司,辽宁沈阳 110043)

某发动机在使用一个寿命后,滑油泵的流量性能有所衰减,试验的流量值达不到设计文件要求,研究如何提高滑油泵流量成为了制约生产的一个主要难题。本文通过滑油泵的工作原理、流量影响因素分析,找出了提高滑油泵流量的几项措施,通过控制端面间隙,排除了多台滑油泵流量不合格故障。

滑油泵 流量 端面间隙

1 引言

某发动机在使用一个寿命后，修理时滑油泵的流量性能有所衰减，试验的流量值达不到设计文件要求。尤其以滑油泵低转速下流量不合格故障表现突出，采用常规修理方法多次调整流量仍不合格，研究如何提高滑油泵流量成为了制约生产的一个主要难题。

2 滑油泵工作原理

滑油泵即滑油增压泵，由两个尺寸相同的外啮合齿轮、壳体、衬套、传动轴等主要零组件构成。在齿轮啮合处的两侧壳体上开有进口和出口。当齿轮旋转时，在进口腔由于啮合齿不断地退出啮合，齿谷中的空腔被空出来，腔中压力低于大气压，液体被吸入泵内，填进齿谷的空腔中。齿轮继续旋转时，液体被带到出口腔之中，处在出口腔一面的齿进入啮合，在一个齿轮的轮齿进入另一个齿轮的齿谷时，使得齿谷的空腔容积逐渐减小，齿谷中的油被挤向出口。在齿轮不断旋转过程中，齿谷容积不断交替地由增大到减小，这样齿轮泵就可连续不断地从低压进油管路中吸油，并向高压出油管路不断地供油。

3 滑油泵流量计算公式

3.1 理论流量的近似计算

计算理论流量QL，可采用下面经验公式

式中：

d─齿轮的节圆直径，d=mz，mm；

m─齿轮的模数，2m为轮齿的高度，mm；

b─齿轮的宽度，mm；

n─齿轮泵转速，r/min；

z─齿轮的齿数。

3.2 实际流量

齿轮泵实际流量总是小于理论流量。这是因为高压出口腔中，有一部分液体要通过齿轮泵内各相对运动件间的间隙往低压进口腔泄漏，由于泄漏造成的流量损失，称为泄漏损失。此外，还由于种种原因，会使泵在进口腔中，液体往齿谷的充填不足，同样造成流量损失，称为充填损失。此，泵的实际流量为理论流量减去这两部分流量损失。通常用容积效率ηv表示它们之间的关系

式中：

QS─实际流量，L/min；

△Q─流量损失，L/min。

因此，实际流量为

图1 端面间隙结构示意图

齿轮泵的容积效率一般为0．70～0．95，根据泵的工作压力和构造形式选取，并通过实验来验证。

4 滑油泵流量影响因素

通过理论流量计算经验公式(1)，可以得出影响其理论流量的根本因素为齿轮的齿数z、模数m、齿宽b及转速n。但这些因素是滑油泵初始设计时需考虑的，滑油泵设计定型后这些因素均为不变量。当其设计流量确定后，影响其流量的就是容积效率，容积效率主要取决于泄漏量的大小，而影响泄漏量的主要因素是滑油泵间隙，其次是滑油温度。

4.1 滑油泵间隙影响

为了保证滑油泵齿轮能在壳体、衬套之间平稳的运转，需要各机件间保持一定的间隙，又不能使挤压后的滑油过多的泄漏回滑油泵入口，就需要各机件间保持很小的间隙。某发动机滑油泵间隙包括端面间隙和径向间隙。

4.1.1 端面间隙影响

端面间隙即轴向间隙，是齿轮相对于壳体的轴向最大间隙。滑油泵端面间隙结构示意图见图1，采用如下方法测量并计算，端面间隙=S1-S2+△S1+△S2，其中S1为中壳体厚度，S2为齿轮宽度，△S1为带凸台衬套相对下壳体凹入的尺寸(+)或凸出的尺寸(-)，△S2为带凸台衬套相对上壳体凹入的尺寸(+)或凸出的尺寸(-)。

端面间隙对泄漏的影响最大，占总泄漏量的75%～80%，端面间隙每增加0．1mm，容积效率下降约20%。在滑油泵出现流量不合格时，首先考虑调整的是端面间隙，通过改变调整垫厚度、研磨壳体结合面、研磨齿轮端面或更换齿轮的方法来调整端面间隙。

4.1.2 径向间隙影响

径向间隙是齿轮齿顶和壳体内壁配合处的间隙，采用塞尺来测量径向间隙。增压后的滑油经径向间隙泄漏的途径长、阻力大，且齿轮相对壳体运动的方向和油液泄漏的方向相反，齿轮的旋转起了阻止泄漏的作用，因此通过径向间隙泄漏的滑油要少的多。

4.2 滑油温度影响

滑油温度对滑油泵流量性能有一定程度的影响，主要是由于滑油温度改变后，经滑油泵齿轮啮合挤压后的滑油通过端面及径向间隙泄漏量变化而引起的。当滑油温度升高，一方面带来滑油黏度降低，使滑油通过泵间隙的泄漏阻力减小，泄漏量变大，导致滑油泵流量减小；另一方面，滑油泵的壳体、衬套及齿轮材料不同，壳体为铝合金、衬套为铜合金、齿轮为不锈钢材料，温度改变后由于不同材料的线膨胀系数不同，导致膨胀量变化不一致，使得它们之间的间隙即泵间隙也随之改变，泄漏量也随之相应改变，从而导致滑油泵流量改变。

5 结语

(1)在文件规定的试验温度允许范围内，可以选取在较低滑油温度下进行滑油附件流量试验，可以有效提高滑油泵流量。

(2)滑油泵端面间隙对流量的影响较大，缩小端面间隙，提高流量。

[1]《航空发动机设计手册——传动及润滑系统》.航空工业出版社.