某型发动机尾喷管漏油故障分析

2020-10-27鄢骏王海勇郑益民

中国科技纵横 2020年10期

鄢骏王海勇郑益民

摘要：本文介绍了某型发动机尾喷管漏油故障现象，根据滑油系统工作流程，建立漏油故障树，对尾喷管漏油故障原因进行逐层剖析，并结合相关检查和试验手段对尾喷管漏油故障展开详细的分析，最终查明漏油原因。针对故障原因，采取了相应的纠正措施，经过试验验证排除了故障。

关键词：发动机;漏油;故障分析

中图分类号：V235.12 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）10-0120-04

0 引言

滑油系统是航空发动机的重要工作系统，为发现发动机转动部件提供必需的润滑和冷却，是发动机正常运转的重要保证[1]，发动机的滑油泄漏在发动机外场故障中占有相当大比例，往往造成直升机停飞，影响出勤率。某型发动机（以下简称发动机）在某次试飞任务结束后，出现尾喷管漏油故障。本文介绍了该发动机尾喷管滑油泄漏的故障现象，根据滑油系统工作流程，建立了滑油泄漏故障树，并结合相关检查和试验验证手段对漏油问题展开了详细的分析，最终确认了滑油泄漏的原因。在采取了纠正措施后，故障得以排除。

1 故障现象

某型发动机在某次飞行任务结束后，推入机库静置3h后，发现尾喷管处有大量滑油泄漏（如图1）。查阅了发动机参数，发动机运转过程中，滑油压力、滑油温度等参数均正常，也未见滑油泄漏迹象。问题发生后，通过孔探仪检查，未发现发动机流道存在滑油痕迹（如图2）。

2现场排查情况

问题发生后进行了现场排查，主要是进行了发参数据分析、外观检查以及内部流道检查，情况如下：

2.1发参数据分析

查阅了发动机漏油当日及前一段时间的发参数据，并选取了近似状态点的滑油系统参数进行了对比（见表1），可见各项参数均正常，且随着试飞工作进行，未有明显变化。

2.2外观检查

对发动机外观可视部分进行了详细检查：

（1）外部管路、附件结合面及各个漏油口接头，未见异常;

（2）所有滑油外部管路的接頭进行紧固检查，未见松动;

（3）尾喷管主流道未见漏油痕迹;

（4）尾喷管下方有明显滑油泄漏，轴承座下方有明显滑油挂滴，但未见滑油高温烧结的情况;

（5）对发动机全部回油滤网以及磁性屑末检测信号器进行了检查，未见异物，发现C腔后回油滤密封胶圈目视存在明显变形;

（6）拆掉C腔后封严盖板，目视检查密封胶圈未损坏，但存在明显变形，且C腔内积油明显偏多（外场条件所限无法收集）。

2.3内部流道检查

通过孔探仪对发动机内部主燃气流道进行了详细检查，从发动机进气道、压气机、燃烧室以及涡轮流道均未发现滑油泄漏痕迹（如图2所示）。

3 故障分析

3.1 问题定位

根据现场排查情况可以看出发动机滑油参数正常，各回油滤网及磁堵干净无异物，尾喷管泄漏的滑油应来自于C腔泄漏。

3.2 故障树分析

现以发动机尾喷管滑油泄漏为顶事件，开展了故障树分析[2-7]（如图3），共梳理出主流道滑油泄漏、C腔石墨密封损坏、C腔回油滤网堵塞等共9个底事件，并针对所有的底事件进行逐一分析排查。

3.3排故工作及分析

3.3.1主流道滑油泄漏

通过内部孔探仪检查情况来看，从发动机进口、压气机流道、燃烧室以及涡轮流道，均未发现滑油泄漏痕迹，且从尾喷管目视检查情况来看，动力涡轮叶片上也未见滑油泄漏痕迹，据此可以排除滑油来自主燃气流道的可能性，即排除了故障树中X1出现的可能。

3.3.2石墨封严损坏

C腔前端密封是靠石墨封严环进行密封，属于动密封，如石墨环损坏，则发动机运转过程中，必然有滑油泄漏到动力涡轮的流道内，从故障当日试车情况来看，发动机在运转、停车过程中，均未发现有漏油冒烟的现象，故可排除C腔石墨密封装置损坏的可能性，即排除了故障树中X2出现的可能。

X1-主流道滑油泄漏;X2-C腔石墨密封损坏;X3-C腔后盖板密封胶圈损伤;X4-C腔轴承座裂纹;X5-C腔管路密封不良;X6-C腔回油滤密封不良;X7-C腔回油滤堵塞;X8-滑油泵回油能力差;X9-B腔漏油口滑油泄漏

3.3.3 C腔后盖板封严胶圈损坏

分下C腔后盖板及其密封胶圈，目视情况来看，该处的密封胶圈未发现有切边、缺块的情况，但存在变形，返厂后对该密封胶圈重新进行了尺寸和材料复查。

对换下的C腔后盖板处的密封胶圈（如图4）进行了尺寸计量，由于C腔轴承座和C腔后封严盖板无法测量，故压缩率计算时采用设计值，详见表2，通过测量的胶圈截面直径显示，胶圈存在变形，从压缩率计算情况来看，密封胶圈最小压缩量为16.5%，低于设计要求，其余均在要求范围内。

对该件实物进行了红外光谱分析，通过与氟橡胶的红外图谱比对，二者的吸收峰位置基本一致，均为氟橡胶的特征吸收峰，据此可判断密封胶圈材料为氟橡胶，符合设计要求。

通过实物复查可以看出，密封胶圈材料均符合要求，但胶圈存在变形，且最小压缩量不满足要求，故暂无法排除C腔后盖板密封胶圈变形造成密封不良的可能性，即无法排除故障树中X3出现的可能。

3.3.4 C腔轴承座裂纹

现场进行目视检查，未发现轴承座存在裂纹，此外结合考虑内部余油未持续泄漏，且地面运转试验时，未发现滑油泄漏，故可排除动力涡轮轴承座裂纹的可能性，即排除了故障树中X4出现的可能。

3.3.5 C腔滑油管路密封不良

C腔共有3根外部管路从排气机匣支板内引出，参与C腔的供回油，分别为前回油管、后回油管以及供油管，故障发生后对外部管接头及盖板位置进行了目视检查，均未发现滑油泄漏痕迹，另外对管路连接处进行了检查，未发现松动及滑油挂滴。由此可以排除C腔供回油管接头密封不良的可能性，即排除了故障树中X5出现的可能。

3.3.6 C腔回油滤密封不良

C腔回油共设置有2个回油滤，分布为前回油滤和后回油滤，从对分解下来的C腔各回油滤胶圈目视检查来看，C前、C后回油滤胶圈目视检查正常，无缺口，但C腔后回油滤胶圈则存在明显变形，据此重点对C腔后回油滤胶圈开展了排查，对换下的实物进行尺寸测量，详见表3，结果显示，C腔后回油滤胶圈变形明显，压缩率不满足最低压缩率要求，如表3所示。

通过对装机的密封胶圈材料进行出厂材料复查，发现该装机胶圈材料实际为丁腈橡胶5080，而实际要求已将材料由丁腈橡胶5080改为氟橡胶F275，厂家未贯彻更改，且丁腈橡胶的耐温性能较氟橡胶差[8-9]，而该处使用温度近140℃，临近丁腈橡胶5080的使用极限温度，在高温长时间挤压且长时间使用后，密封胶圈存在永久变形。故暂无法排除C腔后回油滤密封胶圈损坏造成密封不良的可能性，即无法排除故障树中X6出现的可能。

3.3.7 C腔各回油滤堵塞

故障发生后，对发动机的C腔所有回油滤滤网及磁性屑沫检测器的滤网进行了检查，各滤网干净，未发现异物，由此可以排除回油滤网堵塞的可能性，即排除了故障树中X7出现的可能。

3.3.8 滑油泵回油能力差

故障发生后，拆下滑油泵，转动灵活，无异常磨损，复查了滑油泵出厂数据，性能均满足要求，且将该台滑油泵装其他发动机进行了试车验证，未出现回油不畅的情况，由此可以排除滑油泵回油能力差的可能性，即排除了故障树中X8出现的可能。

3.3.9 B腔漏油口滑油泄漏

发动机在尾喷管设置有B腔滑油泄漏口，如B腔漏油口存在滑油泄漏，则会跟随尾气流旋转并分布在整个排气筒上，但经目视检查未出现该现象，且漏油口无滑油泄漏的迹象，由此可以排除B腔漏油口滑油泄漏的可能性，即排除了故障树中X9出现的可能。

3.4原因定位

通过故障树分析，并对可能存在的问题原因进行逐一排查，可以看出不能排除的底事件有X3、X6，发动机尾喷管漏油的原因与C腔后回油滤胶圈和C腔后盖板密封胶圈变形大、胶圈压缩率变小、造成密封不良有关。

4 问题机理

根据故障树分析情况，结合发动机滑油系统工作原理[10]，分析认为造成尾喷管漏油的机理如下： C腔后回油滤密封胶圈长时间使用后，变形过大，压缩率减小，造成该处密封不良引起C腔回油路进气，导致滑油泵C腔回油效率降低，但由于C腔为多级回油，回油裕度较大，试车过程中，轴承腔内部轻微积油，发动机停车后，滑油管路内的滑油回流至轴承腔，腔内积油量增多，而同时C腔后盖板密封胶圈由于长时间使用后变形大，局部压缩率减小，导致密封效果变差，滑油从盖板处渗出，并沿着轴承座壁面流至最低处，形成尾喷管漏油的痕迹，如图5。

5 纠正措施及验证情况

5.1 纠正措施

参照使用维护手册排故程序[11]要求更换C腔后回油滤密封胶圈及C腔后封严盖板的密封胶圈。

5.2 验证情况

采取纠正措施后，发动机随直升机完成地面验证试车、检飞等全部后续规定的内容，累计运行约12h，试验过程中以及试验结束后，未再出现尾喷管漏油情况，验证试验情况见表4，试验结束后尾喷管情况如图6。

6 结论

本文采用故障树分析方法，并结合相关检查与试验验证的方法，对某型发动机尾喷管滑油泄漏故障原因进行逐一排查，查明了故障原因，并通过试验验证排除了故障，为该型号后续发动机的排故提供了参考，也为型号研制积累了经验。

参考文献

[1] 航空发动机设计手册总编委会编.传动及润滑系统（第12册）[M].北京：航空工业出版社，2002.

[2] 周海京，遇今.故障模式、影响及危害性分析与故障树分析[M].北京：航空工业出版社，2003.

[3] GJB/Z 768A-1998，故障树分析指南[S].

[4] GJB 841-1990，故障报告、分析和纠正措施系统[S].