某型发动机滑油消耗量超限故障分析

向有志 张再德

（中国航发湖南动力机械研究所，湖南株洲 412002）

0.引言

某型发动机（以下简称发动机）在外场使用时，滑油消耗量偏大，达1.2L/h。本文介绍了该发动机滑油消耗量超限的故障现象，根据滑油系统工作流程，建立了滑油消耗量超限故障树，并结合分解检查和试验手段对滑油消耗展开了详细的分析，最终查明了滑油消耗量超限的原因。在采取了相应的措施后，故障得以排除。

1.故障现象

某型发动机（以下简称发动机）在外场使用时，滑油消耗量达1.2L/h，已超过发动机使用限制值，对发动机外部检查未见泄漏的滑油。

2.故障分析

2.1 故障树分析

发动机的润滑系统滑油具体流程为：由滑油箱→增压泵→滑油滤→各润滑部位→回油泵→燃滑油散热器→空气滑油散热器→滑油箱。

现以发动机滑油泄漏为顶事件，建立故障树（见图1）[1]，从外部管路漏油、滑油进入燃油系统以及各轴承腔滑油封严失效3个方面查找故障原因，然后对发动机进行分解检查、计量以及试验等方法进行故障确认。

图1 滑油泄漏故障树

2.2 排故工作及分析

2.2.1 验证试车

为详细了解故障现象，发动机在返厂后在试车台进行了试车检查。试车前增加了滑油箱腔压测点以监测通风系统工作情况。发动机按性能录取试车程序进行了试车，试车过程中滑油温度、滑油压力值均无异常，滑油箱腔压高于正常值，其它试车参数无异常。试车过程中，承力机匣滑油供油管、引气管接头位置有连续的较浓的烟冒出，尾喷管处无目视可见的冒烟情况。试车结果表明发动机存在的明显异常情况有：（1）滑油消耗量超限；（2）滑油箱腔压高于正常值。初步分析认为，承力机匣处冒烟是由于机匣内部供油或回油管连接处密封不严导致滑油泄漏而产生。另滑油箱腔压高于正常值说明系统通风量过大，其原因有待下一步工作的验证。

试车后对发动机外观及试车台地面进行了检查，未发现油迹，据此可排除外部管路漏油的可能，即排除了故障树中X1出现的可能。此外，目视检查了附件机匣体以及各滑油系统附件，均未发现油迹情况，故据此可排除故障树中X2及X3出现的可能。试车后对滑油箱中的油进行了取样分析，分析未发现燃油成分。

2.2.2 分解检查

为进一步查找发动机滑油泄漏原因，对发动机进行了分解检查。首先目视检查发现发动机承力机匣回油管接头处有较严重的滑油结焦痕迹，承力机匣供油、引气管接头处均有明显的被熏黑迹象（见图2）。由此可判断B腔滑油封严存在失效可能，下一步工作应重点考虑中轴承腔滑油封严失效的原因。

图2 承力机匣处引气管与供油管检查结果

目视检查发动机放气活门，未发现油迹，且分解检查输出轴组件，未见石墨密封盒失效，据此可排除故障树中X7出现的可能。

然后对压气机流道内进行了目视检查，未发现油迹，说明压气机一级叶片盘上的篦齿环封严正常，故可排除故障树中X8出现的可能。

对分解下的动力涡轮单元体外表面及离心通风器后盖外壳进行了检查，未发现有滑油烧结现象及滑油痕迹，但后轴承腔供油管、后轴承腔前回油管、后回油管及中央通风回油管均发现有滑油结焦情况（具体见图3），且管路上的胶圈已出现老化或损坏现象。由于试车过程中未发现有后轴承腔排气框架处盖板漏油情况，因此分析认为本处漏油情况尚不严重，不足以引起滑油消耗量超限，根据以上分析可知后轴承腔碳密封环组件及后盖板未发生失效，且发动机通风系统未排油过大，故可排除故障树中X5、X6、X11及X12出现的可能。

图3 后轴承腔各滑油管路检查情况

检查中发现发动机的燃气涡轮转子后盘面（临中轴承腔）、动力涡轮一级盘前盘面有滑油烧结黑色痕迹，中轴承腔碳密封环处有大量积碳，且碳密封环存在掉块现象，而燃气涡轮转子前盘面及中心拉杆外表面正常。检查发现，此处滑油烧结情况及积碳情况较严重，应是滑油大量泄露所致。据此可以判断出滑油泄漏产生的原因为中轴承腔滑油封严失效。

根据滑油泄漏故障树分析可知，导致中轴承腔滑油封严失效的原因有燃气涡轮转子组件上的篦齿封严失效及中轴承腔碳密封环组件失效。为进一步分析中轴承腔滑油泄漏原因，对燃气涡轮转子组件上的双篦齿环及篦齿环进行了精密计量，计量结果表明均为合格件。故可排除故障树中X9出现的可能。

根据以上对发动机分解检查情况和分析，可以判断发动机只有中轴承腔漏油，并确定故障树中X10出现了故障。发动机中轴承腔示意图见图4，由图可知，中轴承腔前端封严采取的是篦齿封严方式，后端采用碳密封环与从压气机出口引气封严的方式。将分解下的碳密封环进行检查，发现碳密封环内侧已形成大量积碳，且局部有积碳脱落掉块现象。分析认为碳密封环处积碳是由于冷却不足产生，当积碳局部脱落掉块后，碳密封环与燃气涡轮转子密封环转动体间将形成较大缝隙，导致过多的封严空气进入轴承腔，使轴承腔腔压升高，导致中轴承腔篦齿封严处封严压差不足，在发动机某些工作状态，B轴承腔内的滑油从篦齿封严处泄漏，泄露的滑油部分被高温气体烧焦而粘结在燃气涡轮盘上，部分进入发动机流道被燃烧而随高温燃气排出发动机体外，造成发动机滑油消耗量偏大。

图4 发动机中轴承腔封严示意图

根据排故工作及分析结果，采取了以下排故措施：

（1）换装新的中轴承腔碳密封环组件；

（2）复装发动机，验证试车。

试车结果表明发动机正常工作，滑油消耗量正常，且承力机匣处未见冒烟现象，故障排除。

3.故障原因分析

中轴承腔碳密封环因冷却不足造成其内侧形成积碳，积碳局部脱落掉块后，碳密封环与燃气涡轮转子轴密封环转动体间形成较大缝隙，导致过多的封严空气进入到轴承腔，使中轴承腔腔压升高，导致中轴承腔篦齿封严处封严压差不足，在发动机某些工作状态，中轴承腔内的滑油从篦齿封严处泄漏，进入发动机气流通道，造成滑油消耗量超限。

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，对某型发动机滑油消耗量超限进行逐一排查，查明了发动机滑油消耗量超限的原因，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。