某型涡轴发动机鼓风机漏油故障分析

陈江明，郑益民，段辉，贾锐

(中国航空发动机集团 湖南动力机械研究所，湖南 株洲 412002)

0 引言

某型涡轴发动机在科研阶段地面台架出厂试验时，鼓风机存在滑油泄漏故障。本文采用故障树法[1-2]，通过分析、排查和试验验证，查明了故障原因。

1 故障描述

发动机试验过程中，地慢状态下，鼓风机出口有滑油漏出；空慢状态下，鼓风机出口有油雾喷出，发动机状态越高，喷出油雾越多；试车过程中滑油压力和滑油温度等参数均正常。

停车后，对地面台架和发动机进行了初步检查。目视检查地面台架和发动机外观，发现除在鼓风机出口有滑油挂滴且鼓风机出口下方台架上有小摊油迹外，其余部位均未发现可疑油迹；使用孔探仪检查鼓风机及其上游的流路，发现前机匣与涡流机匣下方流道接合缝有滑油挂滴，鼓风机及其上游的流路和滑油挂滴位置见图 1，主机匣和涡壳流道底部有少量积油，其余部位均未发现油迹。

图1 鼓风机及其上游流路和滑油挂滴位置图

由初步检查结果可知，鼓风机漏油是由前机匣与涡流机匣下方流道接合缝漏油引起的。为保证发动机顺利交付，需进一步开展故障分析[3-9]。

2 故障分析和排查

2.1 故障树建立

前机匣与涡流机匣下方流道接合缝的内侧是由前机匣前端和涡流机匣后端构成的空腔。前机匣前端大端面安装输出轴组件，输出轴组件由输出轴机匣、输出轴、石墨封严盒和轴承等组成。前机匣内腔作为轴承腔，其中输出轴机匣与前机匣之间由胶圈密封，石墨封严盒与输出轴之间由石墨密封，与输出轴机匣之间由胶圈密封。前机匣前端下方设置应急油箱放油口，由胶圈密封。前机匣轴承腔供、回油路从前端引出，与涡流机匣内部油路通过连接导管相连，包括一根供油导管和两根回油导管，由胶圈密封。以上相关结构[10-12]见图1、图 2。

图2 前机匣前端结构示意图

分析认为，前机匣与涡流机匣下方流道接合缝漏油原因可能是：

1)前机匣大端面密封失效。可能是输出轴机匣密封失效和石墨封严盒密封失效导致的，分别标识为底事件 X1、X2。

2)前机匣应急油箱放油口密封失效。标识为底事件 X3。

3)前机匣与涡流机匣之间连接导管密封失效。失效的原因可能是连接导管胶圈损坏，密封相关尺寸超差，包括连接导管胶圈尺寸超差、连接导管胶圈安装处尺寸超差和连接导管两端安装孔位置度超差，连接导管密封设计不合理，这些失效事件分别标识为底事件 X4-X8。

4)零组件缺陷。前机匣滑油管路壁、轴承腔壁或涡流机匣滑油管路壁如有缺陷，试车过程将引起滑油泄漏，分别标识为底事件 X9、X10。

将上述事件以故障树符号连接，得到前机匣与涡流机匣下方流道接合缝漏油故障树，见图 3，共存在 10 种导致漏油的因素。

图3 前机匣与涡流机匣下方流道接合缝漏油故障树

2.2 排查工作和分析

对发动机下台进行了分解检查[13]。分下涡流机匣、前机匣与涡流机匣下方流道接合缝内侧的凹槽有少量积油。前机匣大端面无油迹，分下输出轴组件、输出轴机匣和石墨密封盒上的密封完好，可以排除底事件 X1、X2。前机匣应急油箱放油口无油迹，可以排除底事件 X3。前机匣与涡流机匣之间供油导管上有油迹、两根回油导管上无油迹，说明供油导管相关底事件不能排除。供油导管胶圈完好，胶圈尺寸未超差，导管两端安装孔位置度未超差，可以排除底事件 X4、X5 和 X7；供油导管胶圈槽公称直径超差，即供油导管底事件 X6 存在故障。对前机匣和涡流机匣进行单件密封性检查，均正常，可以排除零组件缺陷的可能，即底事件 X9、X10。

为了进一步确定供油导管出现油迹的原因，对供油导管的密封设计进行了复查。供油导管的密封结构见图 4，设计尺寸参数(图 5 和表 1)满足 HB/Z 4 要求。胶圈压缩率Y由下式计算:

图4 前机匣与涡流机匣之间供油导管安装图

图5 密封圈安装后的变形情况

考虑配合孔、胶圈槽和胶圈的制造公差，计算胶圈压缩率为 11.5%～21.8%，满足标准要求(固定密封胶圈压缩率>11%)，因此可以排除底事件X8。

根据以上分析排查，只有供油导管底事件X6 存在故障。由供油导管密封结构的实测尺寸参数(表 1)计算，胶圈压缩率为 8.9%，小于标准要求 11%，即前机匣与涡流机匣之间供油导管胶圈槽公称直径超差导致胶圈压缩率不足。

表1 供油导管密封结构参数

根据分析排查结果，将前机匣与涡流机匣之间供油导管更换为合格件，发动机原样复装，进行试验验证。试验过程发动机工作正常，未出现漏油现象，说明鼓风机漏油故障是由前机匣与涡流机匣之间供油导管胶圈槽公称直径超差引起的。

2.3 故障机理

前机匣与涡流机匣之间供油导管胶圈槽公称直径超差，导致胶圈压缩率不足，密封不严。试车过程中，由于滑油油路内部压力增大(0.138 MPa ～0.7 MPa)，滑油从供油导管接合处渗漏，在前机匣与涡流机匣下方流道接合缝内侧的凹槽累积，积满后经接合缝进入鼓风机流路，被鼓风机抽吸从出口排出。

当发动机状态升高时，油路内部压力增大，滑油泄漏量随之增大，故在试车过程中，发动机状态越高，鼓风机出口喷出的油雾越多。

3 结语

本文针对某型涡轴发动机鼓风机漏油故障，详细分析了故障原因，进行了排查、验证，查明了鼓风机漏油故障原因是前机匣与涡流机匣之间供油导管胶圈槽公称直径超差。对该型发动机滑油泄漏故障的排除具有参考价值，也为该型发动机研制积累了经验。