PW1100发动机3号轴承碳封严磨损分析及监控方法

2020-04-12王海臣黄莹

航空维修与工程 2020年11期

王海臣黄莹

摘要：PW1100发动机世界机队已发生数起因3号轴承碳封严磨损、滑油泄漏进入气流通道后污染客舱空气事件，其中最严重的一起造成客舱大量油烟，导致机组在安全落地后执行紧急撤离程序。本文就3号轴承碳封严磨损及磨损后未被滑油碎屑监控系统（ODM）捕捉到的原因进行分析，并提出可行的在翼监控方法，以供业内参考。

关键词：PW1100发动机；3号轴承碳封严；磨损；监控方法

Keywords：PW1100 engine；No.3 bearing carbon seal；wear；monitoring method

0 引言

选装PW1100发动机的A320neo系列飞机自2016年在全球投入运营以来，截至2020年8月全球有37家航空公司共计运营660余架A320neo系列飞机。

GFT发动机拥有独特的齿轮驱动风扇设计，低压转子转速以3∶1的比例传输到风扇转子。该设计可大幅提高低压转子转速和高压转子转速，从而提高压缩、做功效率，但较高的转速也带来了新的磨损问题。

1 背景介绍

PW1100发动机3号轴承碳封严最初采用分离式（lift-off）碳封严，在发动机运转时，利用压缩空气克服弹簧力吹起碳封严，使其悬浮在碳封严平板表面，无接触即不会产生磨损。但这种设计的薄弱点是无法持续保持压缩空气的压力，碳封严也就无法稳定地悬浮，导致其不断与碳封严平板磨擦而最终失效，该设计宣告失败。

2017年12月，普惠公司发布服务通告PW1000G-C-72-00-0087-00A- 930A-D，将3号轴碳封严改为固定的干式碳封严，这种设计不再依赖压缩空气压力，较为稳定。目前，世界机队近乎所有PW1100发动机均为干式碳封严，大部分运行稳定，但有一部分发动机的干式碳封严存在早期（3000飞行小时内）快速磨损问题，且有一定数量的干式碳封严磨损发动机未被ODM（滑油碎屑监控）系统捕捉到，有可能发生滑油泄漏进入气流通道后污染客舱空气甚至导致客舱油烟的严重不安全事件。

2 原因分析

干式碳封严主要由封严平板、碳段、碳封严载体三部分构成，如图1、图2所示，碳封严平板与碳段出现相对旋转时就产生磨损。碳封严平板的成分为金属，硬度较大，碳段的成分为碳，硬度较小，二者接触时碳段优先被磨掉。

当碳段被完全磨损掉后，碳封严平板与碳封严载体产生旋转接触磨损且均为金属成分，金属碎屑流入滑油系统可迅速被ODM系统和磁堵捕捉到，当大于一定数量时则产生滑油碎屑探测警告，通过检查磁堵、化验金属屑成分，可最终确认碳封严磨损。

但从世界机队的运行情况来看，有一部分发动机干式碳封严磨损后未被ODM系统捕捉到，这种现象是由于个体差异造成的。碳封严平板外径小于碳封严载体，如图3所示，在碳段被完全磨损掉后，碳封严平板未与碳封严载体接触，而是直接嵌入到碳封严载体内，最终导致滑油泄漏出轴承腔，造成严重的客舱油烟事件。

3 监控方法

普惠公司在2019年9月发布服务通告PW1000G-C-72-00-0152-00A-930A-D，给出在翼孔探方法，可在拆除主齿轮箱滑油通气总管（LB30）接口后使用孔探设备检查碳封严状态。

那么何时进行孔探检查3号轴承碳封严才是合适的？我公司尝试通过主动监控ODP（滑油滤压差）参数变化趋势来启动孔探检查工作。选择该监控方法基于两点：

1）通过研究，认为碳封严碳段磨损产生的碳屑是非鐵磁性物质，不会吸附在磁堵上，也不会被ODM系统捕捉，但会在滑油滤内不断累积，致使ODP升高。

2）公司在PW1100引进后，通过不断的数据积累，发现在某些案例里ODP参数的趋势也发生了明显改变。因此，可基于南航自主研发的远诊系统RTT对参数设置报警条件并第一时间接收报文，服务器接收到报文后可立刻激活并发送报警邮件到机务人员手机上。于是，在2018年年底完成了对整个机队的设置，并从2019年年初开始持续收集数据。回顾数据发现，通过改变ODP报警方式和条件可将报警时间提前。因此，2019年年初完成了报警条件的修正，等待实际验证。

自2019年下半年至今，这种监控方法在三台发动机上得到了验证，三台发动机都接收到远诊系统触发的报警邮件。仔细回顾数据发现，ODP参数有明显短时上升趋势（见图4、图5），随后安排孔探检查3号轴承碳封严，发现碳段全部磨光（见图6）。

4 总结

从PW1100世界机队运营数据上看，3号轴承碳封严经过改进后，虽然磨损出现的频率不高，但最严重的磨损情况已经导致飞机备降、滑油泄漏严重污染客舱空气、飞机落地后旅客应急撤离的严重不安全事件。但目前普惠公司还没有给出明确的监控标准，从节约维护成本、机队安全性两方面考虑，为了精准预判二者的最佳平衡点，航空公司可采用如下方法进行主动监控：