主泵调节器回油活门衬套橡胶密封圈损伤分析

彭中亚 杨晓飞 胡平 张东晋川 李晓超 陈摇

摘要：主泵调节器回油活门衬套橡胶密封圈损伤失效直接影响计量活门前后油压的稳定，给飞行带来安全隐患。通过红外材质对比、形貌观察，结合橡胶密封圈的受力特性，分析了主泵调节器回油活门橡胶密封圈的破损失效性质和原因。结果表明，回油活门衬套第一道橡胶密封圈破损的原因是因采用专用拔具分解时在冲击力作用下产生的一定侧向力造成的橡胶密封圈局部撕裂。

关键词：橡胶密封圈；回油活门；失效；分解

Keywords：rubber sealing ring；oil return valve；failure；decomposition

0 引言

橡胶密封件具有高的弹性和抗压变性能[1]，可以有效阻止压力介质的泄漏，在飞行器中得到广泛应用。橡胶密封件失效的直接后果是密封流体泄漏，重则导致机械设备操纵失效，甚至发生爆炸、引起火灾，在航空领域更会造成机毁人亡的重大恶性事故。据初步统计，机械设备和武器装备三分之一以上的质量事故都是由密封件失效引起的[2]。

某型航空发动机主泵调节器的压差控制器通过调节齿轮泵的回油量保持计量活门前后油压差稳定，回油活门是压差控制器的执行元件，若主泵调节器回油活门上橡胶密封圈在装配过程中破损、断裂失效，会造成燃油泄漏，势必影响计量活门前后的油压差，从而给飞行带来安全隐患。

本研究通过红外材质对比、形貌观察，结合橡胶密封件的受力特性，分析了主泵调节器回油活门密封圈破损失效的性质和原因。

1 试验方法

1.1 试验设备

包括体式显微镜，放大倍数0～40倍；电子扫描电镜；傅里叶红外光谱仪。

1.2 分析方法

首先，对失效橡胶密封件残骸的材质进行分析；其次，对残骸的形貌进行拼凑，找出故障源的部位；第三，通过体式显微镜和电子扫描电镜进行断口分析；最后，通过橡胶密封件的受力特性，分析主泵调节器回油活门橡胶密封圈破损失效性质和原因[3]。

2 结果与讨论

2.1 外观检查

橡胶密封圈的破损位置位于回油活门衬套第一道橡胶密封圈外侧表面（见图1），破损长度约10.78mm，最宽处约0.88mm，最窄处约0.42mm。橡胶密封圈呈棕色，弹性良好，无龟裂等老化现象。对应片状物呈棕色，具有弹性，与破损橡胶密封圈破损形貌基本一致，破损橡胶圈靠近回油活门衬套的一端粗糙，下端较平直。

2.2 材料分析

采用红外光谱仪对破损橡胶密封圈的成分进行分析，见图2。

2.3 断口分析

在体式显微镜下观察橡胶密封圈破损处（见图3）。破损处断面粗糙，呈礼花状，无疲劳断裂特征。破损处靠盖子侧为不规则撕裂状，另一侧较为平齐。破损处可见白色添加剂颗粒。分析认为，密封圈破损起源于平齐一侧[5]。

在电子扫描镜下观察破损橡胶密封圈对应的片状物（见图4）。片状物一面光滑，另一面表面粗糙，具有断裂特征，可见添加剂颗粒，片状物两面无磨损痕迹，未见老化特征。片状物内最大添加剂颗粒如图5所示，尺寸约为23.21μm，宽为18.04μm，符合Q/6S1822-2002《FX-17氟橡胶胶料》[6]“胶料不允许混入0.15mm组分颗粒存在”的要求，添加剂颗粒表面光滑、无磨痕。通过能谱分析可知，添加剂颗粒主要含O、Mg、Ca元素，与FX-17氟橡胶添加剂主要成分相符。

破损处一侧较平整，另一侧可见撕裂痕迹和撕裂凸起。根据断口形貌判断，回油活门衬套橡胶密封圈的破损是由于机械损伤造成，破损橡胶密封圈材质未见异常，无明显老化现象[7]。

2.4 回油活门结构与受力分析

橡胶密封圈安装在回油活门衬套上，回油活门衬套有三道橡胶密封圈，回油活门壳体衬套安装孔有三个密封台阶与之对应，壳体每个密封台阶从衬套装入方向均有1×25°倒角，检查发现破损的橡胶密封圈为靠近衬套挡边的第一道（见图6）。

安装衬套时，在橡胶密封圈上涂抹润滑油，将装有橡胶密封圈的衬套压入壳体，橡胶密封圈经过壳体倒角后最终停留在密封台阶处（见图7左）。此时，衬套挡边压紧在壳体的结合面上，橡胶密封圈处于衬套密封槽靠近上端位置，橡胶密封圈在壳体与衬套之间的压缩紧度约0.4mm。分解衬套时由于紧度较大，需要通过专用拔具靠冲击才能拔出。在分解冲击力下的拔出过程中，橡胶密封圈向下翻滚直至密封槽最下端，同时橡胶密封圈部分表面从下部开始撕裂，产生破皮，带橡胶密封圈的衬套随专用拔具一起拔出，橡胶密封圈恢复自由状态，因而造成了橡胶橡胶圈的破损（见图7右）[8]。

因此，回油活门衬套第一道橡胶密封圈破皮的原因为采用专用拔具分解时在冲击力作用下产生了一定的侧向力，从而造成橡胶密封圈的局部撕裂。

3 结论

通过对回油活门衬套第一道橡胶密封圈的破皮外观、材质、断口进行分析，结合回油活门的结构以及分解方式，判定回油活门衬套第一道橡胶密封圈破皮的原因是在采用专用拔具分解过程中，冲击力作用下产生的一定的侧向力造成了橡胶密封圈局部撕裂。

參考文献

[1]雷晓娟.O型橡胶密封圈的失效分析及预防[J].特种橡胶制品，2015，36（3）：60-62.

[2]张洪雁，曹寿德，王景鹤.高性能橡胶密封材料[M].北京：化学工业出版社，2007.

[3]许风和，邸祥发，过梅丽，等.航空非金属失效分析[M].北京：科学出版社，1993.

[4]刘凯，宫声凯，陈斌，等.某航空橡胶密封材料成分分析[J].化学分析计量，2010，19（3）：65-67.

[5]朱强强，许宜军，等.螺纹连接密封胶圈损伤分析[J].失效分析与预防，2020，15（1）：52-54.

[6]王珍，张洪雁，蒋洪罡，等. Q/6S1822-2002FX-17氟橡胶胶料[S].北京航空材料研究院，2002.

[7]侯学勤，范金娟.橡胶密封件的失效分析与橡胶断口形态[J].世界橡胶工业，2010，37（12）：33-37.

[8]李咏，张晓峰，曹蕾，等.某型发动机插入式导管渗油故障分析及约访措施[J].航空维修与工程，2015，294（12）：59-61.

作者简介

彭中亚，高级工程师，主要从事非金属材料、复合材料技术研究工作。