某型装备燃油系统多余物来源分析

■ 李立恒 钟向征 罗铁彬 张剑/ 国营长虹机械厂 空军驻桂林地区军事代表室

0 引言

某型装备加注燃油后，从燃油系统的放油活门进行放油，发现排放的油液中含有金属屑和油脂杂质。由于燃油介质将供给发动机供油调节系统及喷油嘴等精密装置，油液中掺杂的多余物可能导致这些装置供油调节失效或喷嘴堵塞等问题，严重危害装备的使用安全和可靠性，因此亟需查明多余物来源。

1 燃油系统的组成及功用

燃油系统的功能是为装备提供一定压力和流量的燃油。其中，燃油系统的油路部分由燃油滤、加注放泄活门、放油活门、起动活门及输油管路等组成。如图1 所示，通过加注放泄活门进行燃油加注，加注完毕后，从放油活门放出一定量燃油，排出油箱气垫和管路中的空气，保证供油连续稳定。

图1 燃油系统工作流程示意图

2 原因分析

根据燃油系统工作原理进行分析，非工作状态下，起动活门的膜片将燃油系统与发动机供油调节系统阻隔断开，因燃油滤过滤功能失效，多余物可能来源于油滤前端的油箱及管路，或者燃油滤后端与起动活门前端部位，或者放油活门内部。从加注放泄活门部位放油未发现杂质，且分解检查燃油滤滤芯完好，可以排除燃油滤前端污染燃油系统的可能性，故重点排查燃油滤后端与起动活门前端之间管路和放油活门部位。

对可能产生多余物的部位在生产制造和维修过程中使用的润滑脂、零件基体材质和杂质取样成分进行分析，结合分解检查情况，确定金属屑、油脂的来源。

2.1 金属屑来源分析

通过对放油油液中金属屑杂质进行扫描电子显微镜（SEM）与能谱分析（EDS），确定金属屑属于铝－镁系合金，分析结果如图2 所示。

图2 金属屑成分分析结果

根据燃油滤后端安装结构可知，放油活门壳体、导管和燃油滤壳体材质均为铝合金材质，查阅《中国航空金属材料手册》，得到这些铝合金零件材料性能和主要化学成分。

1）放油活门壳体（材质牌号LF3）

LF3 合金是铝－镁系中含镁量中等的合金，不可热处理强化、强度较低、塑性较高，其材料成分如表1 所示。

表1 LF3化学成分

2）导管（材质牌号5A02）

5A02 铝合金（旧称LF2）是铝－镁系防锈铝，具有疲劳强度高、塑性高等特性，其化学成分如表2 所示。

表2 5A02化学成分

3）燃油滤壳体（材质牌号LY12）

LY12 是一种高强度硬铝，是铝－铜－镁系中的典型硬铝合金，综合性能较好，其化学成分如表3 所示。

表3 LY12化学成分

结合上述铝合金零件材料和金属屑成分分析结果可知，金属屑主要成分为Al、Mg 元素，无Cu 元素；燃油滤壳体材料主要成分中包含Cu 元素，含量高于Mg 元素，且分解检查外观完好，因此可以排除金属屑来源于燃油滤的可能。

由于放油活门壳体和导管均为典型铝－镁合金，金属屑均属于它们的基体材料，但通过分解检查导管和放油活门，发现导管外观完好、干净，而放油活门的壳体螺纹与针塞表面均有不同程度的金属磨屑（见图3），因此判定金属屑为放油活门壳体与针塞的磨损产物。

图3 放油活门壳体与针塞分解检查情况

图4 所示为放油活门的装配结构。由于针塞的基体材质采用1Cr18Ni9Ti 不锈钢，具备高硬度、高耐磨性，而壳体材质采用LF3 防锈铝，具有低强度、低硬度、导热性高、线胀系数大等特性，当放油活门壳体螺纹存在表面粗糙度低、形状误差较大以及针塞旋动速度过快、拧紧力矩过大等情况时，造成针塞与壳体连接螺纹的摩擦阻力增大，壳体螺纹表面摩擦生热使金属膨胀，导致螺纹连接紧度急剧增大，螺纹表面容易发生金属黏结剥落，剥落的金属屑进入螺纹副，螺纹副间的摩擦阻力进一步增加，拧紧力矩增大，螺纹牙受力不均匀，产生塑性变形或断裂。因此，可以确定金属屑为放油活门连接螺纹接触摩擦形成的金属剥落物。

图4 放油活门结构图

2.2 油脂来源分析

通过对放油油液中的油脂杂质成分分析，得到油脂杂质的红外光谱分析结果（见图5）。查阅《中国航空材料手册》得到ZT-12 润滑脂红外光谱（见图6 所示，ZT-12 润滑脂与特7 号润滑脂红外光谱相似）和7903 号耐油密封润滑脂红外光谱（见图7）。其中，ZT-12润滑脂用于放油活门内部连接螺纹的润滑，7903 号耐油密封润滑脂用于导管与燃油附件连接螺纹部位的润滑和密封，将油脂杂质的红外光谱分析结果与ZT-12 润滑脂、7903 号耐油密封润滑脂的红外光谱进行对比，发现ZT-12 润滑脂的红外光谱与其相似。

图5 油脂异物与有机硅的FT-IR谱图对比

图6 ZT-12润滑脂红外光谱

图7 7903号耐油密封润滑脂红外光谱

通过成分分析确定油脂杂质为有机硅。查阅《中国航空材料手册》得知，ZT-12 润滑脂由矿物油、硅油、锂皂和地蜡组成，主要成分含硅元素，7903 号耐油密封润滑脂基本组成为合成油、无机稠化物、抗氧化剂、抗腐蚀剂等。7903 号耐油密封润滑脂具备较好的黏性，难溶于汽油等介质，浸入燃油的油脂无明显改变等特性。若该润滑脂进入燃油系统，润滑脂杂质应保留黏特性。目前，从放油油液中得到的油脂样品无明显黏性，且分解检查未发现管路与燃油附件接触孔口边缘部位有明显油脂分布情况，故润滑脂多余物不属于7903号耐油密封润滑脂。

现场分解检查放油活门，在壳体内螺纹部位、垫圈（见图8）及针塞尖端均发现了一定量的ZT-12 润滑脂。根据放油活门的工作原理可知，当旋合针塞时，螺纹结合处的润滑脂会被挤压至针塞与壳体非接触部位，放油时油液会冲刷掉挤出的ZT-12 润滑脂，并带出至放油活门外部。故该润滑脂多余物应为螺纹连接部位涂抹的ZT-12 润滑脂。

图8 放油活门分解后润滑脂检查情况

3 多余物影响分析

3.1 金属屑影响分析

根据装备供油路线（见图9）和供油调节系统附件结构可知，燃油中掺混金属屑多余物时，金属屑可能随着燃油进入发动机供油系统附件内部。当金属屑进入燃油泵的齿轮啮合处、伺服阀的控制阀配合间隙之间时，可导致运动部件发生异常磨损或卡滞现象，出现供油异常；当大量金属屑堵塞供油系统附件进口油滤（供油效率下降）、喷油嘴喷口，也可导致供油异常，从而影响发动机的正常工作。

图9 装备供油路线图

在实际进行燃油加注时，当放油活门处于关闭状态，燃油不与放油活门内腔（锥阀后端）连通接触。只有开启放油活门时，系统燃油才会与产生金属屑的部位接触，但放油过程中油液属于单向流动，燃油流动只会将金属屑冲刷到外界，不会回流到放油活门锥阀前端，故金属屑不会进入发动机供油系统。假设悬浮在油液中的金属屑在关闭放油活门过程中进入燃油系统，由于金属屑在放油过程中已基本被冲刷至外界，残留金属屑可能进入量很少。起动活门工作后，膜片被剪切冲破，起动活门的进出口端间将形成供油通孔，金属屑不会影响起动活门的正常供油，进入系统的少量金属屑会被阻隔在燃油泵的进口油滤（精密油滤）表面，无法进入燃油泵、伺服阀的运动副间隙并堵塞喷油嘴，因此该金属屑不影响装备的使用性能。

3.2 润滑脂影响分析

根据放油活门结构可知，只有放油活门开启时，系统燃油才会与壳体内腔油脂接触，但放油过程中油液属于单向流动，燃油的流动会将油脂冲刷到外界，不会回流到放油活门锥阀前端，故油脂一般不会进入发动机供油系统。假设悬浮在油液中的少量油脂在关闭放油活门过程中进入燃油系统，由于ZT-12 油脂能溶解于燃油，溶解后的润滑脂分子尺寸较小能够通过喷油嘴喷口，未溶解的润滑脂会被阻隔在供油调节附件进口油滤上，而润滑脂自身具有润滑性，不会引起运动部件卡滞。此外，润滑脂属于有机物，在高温条件下可以燃烧，掺混少量润滑脂的燃油不影响正常燃烧，同时鉴于燃油附件装配时通常会涂抹润滑脂，使用过程中少量润滑脂进入燃油中属于正常现象，因此润滑脂不影响装备的使用性能。

4 控制措施

1）加强放油活门壳体螺纹检查修理，保证壳体螺纹应无影响使用性能的滑扣、断扣、倒牙、磨损掉块等牙型缺陷。

2）装配时，在螺纹部位涂抹适量润滑脂（薄层），防止过量润滑脂在启闭针塞时挤出进入燃油中。

3）启闭针塞时，尽量避免快速、猛力旋动针塞，防止螺纹接触面摩擦阻力增大和金属受热膨胀而导致的金属黏结剥落等现象。

5 结语

多余物问题对于航空装备使用性能的影响往往是灾难性的。因此，在开展航空装备维修时，不仅要预防装备维修过程中产生多余物，还要熟悉装备的结构特性，了解装备在设计制造过程中存在的不合理之处和易产生多余物的风险点，从而做到合理设计维修工艺，降低装备安全使用隐患。