某型发动机滑油泄漏故障分析

王 立

（中国航发湖南动力机械研究所，湖南 株洲412002）

航空涡轮轴发动机通过输出轴功率来驱动旋翼旋转，是目前直升机的主要动力装置。某型涡轴发动机地面台架试验过程中，出现后轴承腔滑油回油管接头处滑油泄漏的故障，严重影响了发动机地面台架试验。本文以某型发动机地面台架试验过程中，后轴承腔滑油回油管接嘴处滑油泄漏为例，应用故障树分析法对该故障进行分析研究。

故障树分析（FTA）是产品可靠性和安全性分析的重要工具之一，其基本原理是把故障事件作为分析的出发点，在系统中寻找直接导致这一事件的全部因素，接着再以这些因素作为分析的出发点，分别寻找导致每个原因事件发生的下一级的全部因素，依次类推，直至追查到那些原始的、其故障机理已知的因素，这样得到按层次分布的依照一定顺序和逻辑关系排列的一系列事件，用各种相应逻辑符号连接起来，就构成了一颗倒置的树状结构，即故障树。故障树分析法，简称为FTA，又称为失效树分析法，是一种以故障树为工具，分析系统发生故障的各种途径，对系统的安全性或可靠性进行评价的一种图形演绎方法[1]。FTA已被国内外公认为是对复杂系统进行安全性和可靠性分析的一种好方法[2]。

1 故障现象

某型发动机（以下简称发动机）出厂验收试验过程中，出现滑油泄漏故障，滑油消耗量达0.6L/h，已超过发动机出厂验收规范规定的限制值，滑油系统是用来保证发动机的各处轴承和齿轮的润滑与冷却，滑油系统的正常运行对发动机的安全性起着至关重要的作用，并且渗漏出来的滑油有可能会引起火灾，使发动机存在极大的安全隐患。

停车后对发动机外部进行目视检查，发现后轴承腔滑油回油管接嘴与机匣连接处，有滑油泄漏、积聚、结焦的现象。该发动机为首次装配的新机，累积使用时间约为1h。针对此故障，发动机返厂进行了分析排故工作。

2 漏油故障分析

2.1 滑油系统原理

发动机滑油系统主要由滑油箱、滑油泵、滑油滤、各滑油腔（A滑油腔、B滑油腔）、回油泵、回油滤、喷嘴及外部管路组成（见图1）。

图1 滑油系统原理图

发动机的润滑系统滑油具体流程为：滑油箱→增压泵→燃滑油散热器→滑油滤→各润滑部位→回油泵→滑油箱。滑油箱中的滑油通过滑油泵进入供油管路，随后增压后的滑油经过滑油滤过滤后，分别供给附件传动机匣腔、A轴承腔、B轴承腔的喷嘴，对各个轴承和齿轮进行润滑和冷却，并带走轴承腔中的磨粒，使它们不再进入下一个循环。之后后轴承腔滑油经过回油滤过滤后，与前轴承腔经过过滤的滑油合并后进入附件机匣总回油管路，经过磁性屑末检测信号器回到滑油箱。

2.2 建立故障树

故障树分析是系统安全性和可靠性分析的工具之一。在产品设计阶段，故障树分析可帮助判明潜在的系统故障模式和灾难性危险因素，发现可靠性和安全性薄弱环节，以便改进设计。在生产、使用阶段，故障树分析可帮助故障诊断，改进使用维修方案。故障树分析法的关键是正确建造故障树，故障树的完善程度将直接影响定性分析和定量计算的准确性。故障树分析中的结果事件称为顶事件，是故障树中首先要分析的系统故障事件；把导致顶事件发生的根本原因称为底事件；顶事件和底事件之间的中间结果事件称为中间事件[2]。

建造故障树的方法主要有演绎法和判定表法。演绎法主要用于人工建树，判定表法主要用于计算机辅助建树。本文采用演绎法人工建树，即把系统的故障作为顶事件，找出系统故障与导致系统故障各因素之间的逻辑关系，并将这些关系用特定的逻辑符号表示，由上而下逐级分解，直到不能分解为止，这样就建成了一颗倒置的故障树（见图2）。

本文以发动机后轴承腔滑油回油管滑油泄漏为顶事件进行故障树分析，逐级找到全部导致顶事件发生的底事件。并通过分析和分解检查，最终找出引起故障的原因。

2.3 故障树分析

故障树的分析包括定性分析与定量分析，由于无法定量描述导致滑油泄漏的各底事件的发生概率，本文仅根据故障树进行定性分析，确定故障的原因。图2所示的故障树中各底事件均用逻辑相连，各底事件的发生相互独立。采用下行法得到故障的最小割集为[3]：{X1}～{X8}，表明存在8种导致发动机的后轴承腔滑油回油管接嘴处滑油泄漏的因素。

图2 滑油泄漏故障树

2.4 故障排查

首先目视检查发现发动机后轴承腔滑油回油管接管嘴连接的机匣管安装位置附近有滑油结焦痕迹（见图3）。由此可判断B腔滑油回油接嘴与机匣连接处存在失效可能，下一步工作应重点考虑接嘴内部结构封严失效的原因。为查找发动机滑油泄漏原因，对发动机进行了分解检查。

图3 滑油泄漏处位置示意图

分解管接嘴处的封严结构相关的5个零件（见图4），对管接嘴进行荧光探伤，检验结果未发现裂痕，故可排除故障树中X1出现的可能。对固安接嘴的外形尺寸进行了计量，计量结果为合格件。故可排除故障树中X5出现的可能。由于在试车过程中，整机振动值较小并未超出试车振动限制值，不会引起密封环脱落故障，故可以排除故障树中X4出现的可能。

图4 密封结构相关零件

对密封环进行荧光探伤，检验结果未发现裂痕，故可排除故障树中X2出现的可能。对密封环的外形进行了目视检查并未发现密封环变形，故可排除故障树中X3出现的可能。对金属密封环进行计量检验，结果表明表面粗糙度和圆柱度满足设计要求，故可排除故障树中X6和X7出现的可能，然而，金属密封环的面轮廓度存在超差，不满足设计要求，故不能排除故障树中的X8。

根据以上对发动机分解检查情况和分析，确定故障树中X8出现了故障。后轴承腔滑油回油管接嘴处示意图见图5，由图可知，后轴承腔滑油回油管接嘴处封严采取的是金属间接触式球头封严方式，金属封严环球头表面轮廓度直接影响封严效果。

图5 后轴承腔回油接嘴处封严示意图

根据排故工作及分析结果，采取了以下排故措施：

（1）换装新的金属密封环组件；

（2）换装新的机匣管和管接嘴；

（3）复装发动机，验证试车。

试车结果表明发动机正常工作，后轴承腔滑油回油管接嘴处未见滑油泄漏，故障排除。

3 故障原因分析

根据图5可知，发动机后轴承腔滑油通过机匣管流经管接嘴后进入外部管路滑油回油管。在此过程中，机匣管与管接嘴之间通过金属密封环实现密封以阻止滑油泄漏。由于金属封严环球头表面轮廓度超差造成金属封严环不能有效密封，滑油腔压力大于腔外压力，在内外压差的作用下滑油将沿着管接嘴表面流出机匣外，造成滑油泄漏。此故障的根本原因在于金属封严环制造不符合设计要求，后经质量复查，发现此处表面制造工艺存在一定缺陷，且加工质量的好坏与工艺人员的经验、技术成熟度有一定的关系。针对这些问题，制定了相应的排故措施：严格执行符合要求的加工工艺，加强人员技术培训，提高密封性检验要求。经外场试飞及后续交付使用情况验证，未再出现此类滑油渗漏故障，表明故障定位准确，原因分析合理，排故措施有效。

4 结论

本文采用故障树分析，并结合分解检查与试验分析的方法，对某型发动机滑油泄漏故障进行逐一排查，查明了发动机滑油泄漏的原因，通过试验验证排除了故障，为后续发动机的排故提供了参考。