某型發動機滑油消耗量超限故障分析

向有志 張再德

（中國航發湖南動力機械研究所，湖南株洲 412002）

0.引言

某型發動機（以下簡稱發動機）在外場使用時，滑油消耗量偏大，達1.2L/h。本文介紹了該發動機滑油消耗量超限的故障現象，根據滑油系統工作流程，建立了滑油消耗量超限故障樹，并結合分解檢查和試驗手段對滑油消耗展開了詳細的分析，最終查明了滑油消耗量超限的原因。在采取了相應的措施后，故障得以排除。

1.故障現象

某型發動機（以下簡稱發動機）在外場使用時，滑油消耗量達1.2L/h，已超過發動機使用限制值，對發動機外部檢查未見泄漏的滑油。

2.故障分析

2.1 故障樹分析

發動機的潤滑系統滑油具體流程為：由滑油箱→增壓泵→滑油濾→各潤滑部位→回油泵→燃滑油散熱器→空氣滑油散熱器→滑油箱。

現以發動機滑油泄漏為頂事件，建立故障樹（見圖1）[1]，從外部管路漏油、滑油進入燃油系統以及各軸承腔滑油封嚴失效3個方面查找故障原因，然后對發動機進行分解檢查、計量以及試驗等方法進行故障確認。

圖1 滑油泄漏故障樹

2.2 排故工作及分析

2.2.1 驗證試車

為詳細了解故障現象，發動機在返廠后在試車臺進行了試車檢查。試車前增加了滑油箱腔壓測點以監測通風系統工作情況。發動機按性能錄取試車程序進行了試車，試車過程中滑油溫度、滑油壓力值均無異常，滑油箱腔壓高于正常值，其它試車參數無異常。試車過程中，承力機匣滑油供油管、引氣管接頭位置有連續的較濃的煙冒出，尾噴管處無目視可見的冒煙情況。試車結果表明發動機存在的明顯異常情況有：（1）滑油消耗量超限；（2）滑油箱腔壓高于正常值。初步分析認為，承力機匣處冒煙是由于機匣內部供油或回油管連接處密封不嚴導致滑油泄漏而產生。另滑油箱腔壓高于正常值說明系統通風量過大，其原因有待下一步工作的驗證。

試車后對發動機外觀及試車臺地面進行了檢查，未發現油跡，據此可排除外部管路漏油的可能，即排除了故障樹中X1出現的可能。此外，目視檢查了附件機匣體以及各滑油系統附件，均未發現油跡情況，故據此可排除故障樹中X2及X3出現的可能。試車后對滑油箱中的油進行了取樣分析，分析未發現燃油成分。

2.2.2 分解檢查

為進一步查找發動機滑油泄漏原因，對發動機進行了分解檢查。首先目視檢查發現發動機承力機匣回油管接頭處有較嚴重的滑油結焦痕跡，承力機匣供油、引氣管接頭處均有明顯的被熏黑跡象（見圖2）。由此可判斷B腔滑油封嚴存在失效可能，下一步工作應重點考慮中軸承腔滑油封嚴失效的原因。

圖2 承力機匣處引氣管與供油管檢查結果

目視檢查發動機放氣活門，未發現油跡，且分解檢查輸出軸組件，未見石墨密封盒失效，據此可排除故障樹中X7出現的可能。

然后對壓氣機流道內進行了目視檢查，未發現油跡，說明壓氣機一級葉片盤上的篦齒環封嚴正常，故可排除故障樹中X8出現的可能。

對分解下的動力渦輪單元體外表面及離心通風器后蓋外殼進行了檢查，未發現有滑油燒結現象及滑油痕跡，但后軸承腔供油管、后軸承腔前回油管、后回油管及中央通風回油管均發現有滑油結焦情況（具體見圖3），且管路上的膠圈已出現老化或損壞現象。由于試車過程中未發現有后軸承腔排氣框架處蓋板漏油情況，因此分析認為本處漏油情況尚不嚴重，不足以引起滑油消耗量超限，根據以上分析可知后軸承腔碳密封環組件及后蓋板未發生失效，且發動機通風系統未排油過大，故可排除故障樹中X5、X6、X11及X12出現的可能。

圖3 后軸承腔各滑油管路檢查情況

檢查中發現發動機的燃氣渦輪轉子后盤面（臨中軸承腔）、動力渦輪一級盤前盤面有滑油燒結黑色痕跡，中軸承腔碳密封環處有大量積碳，且碳密封環存在掉塊現象，而燃氣渦輪轉子前盤面及中心拉桿外表面正常。檢查發現，此處滑油燒結情況及積碳情況較嚴重，應是滑油大量泄露所致。據此可以判斷出滑油泄漏產生的原因為中軸承腔滑油封嚴失效。

根據滑油泄漏故障樹分析可知，導致中軸承腔滑油封嚴失效的原因有燃氣渦輪轉子組件上的篦齒封嚴失效及中軸承腔碳密封環組件失效。為進一步分析中軸承腔滑油泄漏原因，對燃氣渦輪轉子組件上的雙篦齒環及篦齒環進行了精密計量，計量結果表明均為合格件。故可排除故障樹中X9出現的可能。

根據以上對發動機分解檢查情況和分析，可以判斷發動機只有中軸承腔漏油，并確定故障樹中X10出現了故障。發動機中軸承腔示意圖見圖4，由圖可知，中軸承腔前端封嚴采取的是篦齒封嚴方式，后端采用碳密封環與從壓氣機出口引氣封嚴的方式。將分解下的碳密封環進行檢查，發現碳密封環內側已形成大量積碳，且局部有積碳脫落掉塊現象。分析認為碳密封環處積碳是由于冷卻不足產生，當積碳局部脫落掉塊后，碳密封環與燃氣渦輪轉子密封環轉動體間將形成較大縫隙，導致過多的封嚴空氣進入軸承腔，使軸承腔腔壓升高，導致中軸承腔篦齒封嚴處封嚴壓差不足，在發動機某些工作狀態，B軸承腔內的滑油從篦齒封嚴處泄漏，泄露的滑油部分被高溫氣體燒焦而粘結在燃氣渦輪盤上，部分進入發動機流道被燃燒而隨高溫燃氣排出發動機體外，造成發動機滑油消耗量偏大。

圖4 發動機中軸承腔封嚴示意圖

根據排故工作及分析結果，采取了以下排故措施：

（1）換裝新的中軸承腔碳密封環組件；

（2）復裝發動機，驗證試車。

試車結果表明發動機正常工作，滑油消耗量正常，且承力機匣處未見冒煙現象，故障排除。

3.故障原因分析

中軸承腔碳密封環因冷卻不足造成其內側形成積碳，積碳局部脫落掉塊后，碳密封環與燃氣渦輪轉子軸密封環轉動體間形成較大縫隙，導致過多的封嚴空氣進入到軸承腔，使中軸承腔腔壓升高，導致中軸承腔篦齒封嚴處封嚴壓差不足，在發動機某些工作狀態，中軸承腔內的滑油從篦齒封嚴處泄漏，進入發動機氣流通道，造成滑油消耗量超限。

4.結論

本文采用故障樹分析，并結合分解檢查與試驗分析的方法，對某型發動機滑油消耗量超限進行逐一排查，查明了發動機滑油消耗量超限的原因，通過試驗驗證排除了故障，為該型號后續發動機的排故提供了參考。