某型航空发动机燃油调节器滑油腔窜油故障研究

胡秀强 杨立平

摘要：介绍了某型发动机外场发生窜油故障的情况，对窜油故障机理进行了研究验证，确定了故障原因，制定了预防措施。

关键词：燃油调节器；窜油故障；试验验证

Keywords：fuel regulator；oil channeling fault；experimental verification

1 故障情况

某型发动机进行50h定检时发现燃油调节器滑油滤有煤油味，后对所有该型发动机进行检查，其中70%的发动机发现燃油调节器滑油滤有煤油味问题，检查滑油箱、主辅滑油滤、附件机匣、中后轴承回油滤等处的滑油，均无异常。从燃油调节器滑油滤处取样，化验滑油开口闪点，检测结果为120℃（技术规定为不低于135℃）。初步判斷原因是燃油调节器不密封，造成煤油窜入滑油腔内。

2 燃油调节器结构及工作原理简介

该型发动机燃油调节器由供油部分、滑油泵部分、控制部分和修正部分组成，其中供油部分的工作介质为煤油，其他部分是滑油。两种介质交界部位有两处：一处为液压延迟器齿轮轴部位，通过皮碗和胶圈进行密封隔绝，煤油不会窜入滑油腔；另一处是节流开关组件部位，衬套与壳体用胶圈密封，活门与衬套之间为间隙配合，工作时活门在衬套内周向转动和轴向移动（见图1）。为防止燃滑油互窜，活门上设计有6道封严槽（简称迷宫段），衬套上设计有2个Φ2.5mm的回油孔，迷宫段的设计间隙为0.008～0.012mm（见图2、图3）。

工作时，从滑油泵引来的1.47MPa定压滑油通到活门的左侧，节流开关来的煤油（最大约6MPa）通到活门的右侧，从迷宫段渗漏的煤油和滑油经Φ2.5mm回油孔进入燃油调节器燃油回油路（压力为0.25～0.29MPa），再通过主燃油泵、燃油调节器进入发动机燃烧室消耗掉。

从燃油调节器的工作原理来看，发生窜油的部位只能是节流开关组件部位，但在发动机工作阶段，燃油调节器节流开关组件中两种油液的交汇部位因滑油的工作压力始终大于煤油压力，煤油无法窜入滑油腔，因此需要研究并验证该问题产生的原因。

3 分析验证

3.1 发动机试车验证

试车验证的目的是验证燃油调节器中煤油是在发动机工作状态还是停车过程中由燃油腔窜入滑油腔的。采用对比法来确定燃油是否窜入滑油腔。采集滑油腔不同时间的滑油，化验油品的闪点，比较闪点的变化即可确定燃油是否窜入滑油。

在发动机试车阶段，共采集油样20次，其中发动机工作状态采样7次，发动机停车过程采样13次。发动机工作状态采样分别在发动机慢车状态、额定状态及最大状态下进行，停车过程采样则在停车后不同的时间段进行。从采样油液滑油开口闪点的检测对比中发现，工作状态的油样开口闪点高于停车状态的油样开口闪点。

根据混合油静置不同时间测量开口闪点的数据结果分析，测量误差在8℃～10℃，依据此结果对发动机上台试验的第一组数据进行优化，优化结果如表1所示。

该试验涉及多次开车及停车，在此数据的基础上将开车过程中及停车50s后取的油样进行人为过滤，生成如图4所示的曲线图。

从试验结果可以看出，发动机工作状态时滑油腔内滑油闪点基本在180℃以上，与试车前滑油闪点对比无变化，可确定发动机工作过程中无燃油窜入滑油腔。发动机停车后，滑油腔内的滑油闪点下降了8℃～10℃，能确定该发动机停车后有微量煤油渗入滑油腔。

在试车台上测量发动机停车过程中燃油调节器滑油腔压力和燃油腔压力。发动机停车过程中，燃油调节器滑油定压油压力与燃油回油压力均随转速下降逐渐降低，在50s前，滑油定压油压力高于燃油回油压力；在50～60s之间，两种压力基本相同，约为0.28MPa；60s后滑油定压油压力低于燃油回油压力，持续约4min，最大压力差约为0.1MPa。根据发动机停车过程中定压滑油和燃油回油压力的变化情况可知，滑油压力下降速度较快，燃油回油压力下降较慢，60s后定压滑油压力低于燃油回油压力。燃油在压差作用下，通过节流开关间隙渗入滑油腔，导致燃油调节器滑油滤处有燃油味。

分析试车结果，燃油调节器滑油滤有煤油渗入，渗入是在发动机停车过程发生的，渗入量极少。主要原因是发动机停车时，节流开关左侧的滑油压力下降迅速，而右侧的工作燃油由于进口单向活门、出口单向活门和回油单向活门的关闭（活门关闭压力为0.32～0.57MPa），形成封闭油腔，压力下降比较缓慢，加之煤油渗透力较强，使煤油通过迷宫段的间隙渗入滑油腔，经过一段时间停放后逐渐流至滑油滤部位，造成煤油窜腔。

3.2 掺入煤油后调节器性能变化情况

为了验证滑油中窜入煤油对燃油调节器性能的影响，对燃油调节器滑油介质掺入不同比例的煤油进行试验验证。选取一台调试合格的燃油调节器，将设备滑油箱的滑油依次掺入3%、5%、8%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%煤油，分别检查燃油调节器的节流特性、加速特性、五级和八级放气活门工作转速、慢车和极限转速，验证结果表明：

1）节流特性在整个验证过程中无明显变化。

2）加速特性在煤油掺入量低于40%时，流量基本不变；掺入量超过40%时，流量开始变小；掺入量超过60%时，流量急剧变小。

3）五级和八级放气活门工作转速、慢车与极限转速在煤油掺入量低于90%时基本不变，超过后有变大趋势。

3.3 掺入煤油后闪点变化情况

为了验证滑油中窜入煤油对发动机润滑效果的影响，在混合滑油（75%8B，25%20号滑油）中掺入不同比例的煤油进行开口闪点和运动粘度检测，具体如表2所示。

3.4 小结

从闪点试验数据来看，所检查的发动机仅有少量煤油渗入到燃油调节器滑油滤处；从渗漏失效验证情况来看，少量煤油从节流开关间隙渗入滑油腔；从滑油中掺入不同比例的煤油试验验证情况来看，少量煤油进入滑油腔对燃油调节器性能无影响。从试验验证情况来看，当试验设备滑油箱中掺入的煤油少于20%时，对燃油调节器的性能无影响。大量煤油进入滑油腔时，加速特性流量变小，将会影响发动机起动性能及从慢车加速到均衡转速的加速过程，五级和八级放气活门工作转速、慢车与极限转速会变大。

当附件机匣滑油中掺入少量煤油时，运动粘度下降不大，不影响润滑油膜的形成，对发动机润滑无影响。当大量煤油进入滑油系统时，运动粘度下降较多，不利于润滑油膜的形成，可能会导致齿轮和轴承润滑不良，滑油温度升高。

4 应对措施

当发现发动机燃油调节器滑油滤有煤油渗入时，飞机仍然可以参与飞行。飞行前，测量并记录附件机匣内腔滑油闪点应不低于138℃，第一次飞行后再次测量附件机匣内腔滑油闪点，与飞行前的测量结果对比，降低不应超过20℃且不低于138℃时，发动机可以在外场监控使用。飞行过程中应注意观察发动机滑油油量和滑油温度无明显上升。结合下一次50h定检工作，检测附件机匣内的滑油闪点，应不低于138℃，发动机可在外场正常使用。若附件机匣内腔滑油闪点低于138℃，则应更换发动机滑油，进行地面试车，试车后再次测量附件机匣内滑油闪点，大于138℃时发动机可继续使用，若仍低于138℃则进行排故。

作者简介

胡秀强，高级工程师，从事航空发动机燃油附件技术工作。

杨立平，高级工程师，从事航空发动机燃油附件技术工作。