航空發(fā)動(dòng)機(jī)金屬屑末故障分析及思考

何彥良，王鐵錚

沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司

航空發(fā)動(dòng)機(jī)金屬屑末故障分析及思考

何彥良，王鐵錚

沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司

航空發(fā)動(dòng)機(jī)滑油系統(tǒng)中有金屬屑末意味著發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)件之間出現(xiàn)了磨損，本文就飛機(jī)突然因滑油中有金屬屑末告警，經(jīng)排查故障的原因?yàn)闄C(jī)件損壞，金屬屑末堵住滑油回油路，并提供設(shè)計(jì)改進(jìn)的思路。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)；滑油；故障分析

1 引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常需要在高轉(zhuǎn)速等惡劣的條件下工作，滑油系統(tǒng)的功用是發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，連續(xù)不斷地將足夠數(shù)量的清潔滑油，輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)各傳動(dòng)機(jī)件的軸承和傳動(dòng)齒輪的嚙合處進(jìn)行潤滑，以減少機(jī)件的磨損，帶走摩擦所產(chǎn)生的熱量和雜質(zhì)，從而保證各支點(diǎn)軸承及傳動(dòng)齒輪的嚙合處實(shí)時(shí)、有效的潤滑。有些發(fā)動(dòng)機(jī)的滑油系統(tǒng)還設(shè)計(jì)有監(jiān)控裝置，如在滑油回油路上設(shè)計(jì)有金屬屑末信號(hào)器實(shí)時(shí)監(jiān)測轉(zhuǎn)動(dòng)部件的磨損情況，工作時(shí)，當(dāng)從流經(jīng)金屬屑末信號(hào)器的滑油中拾取到較大金屬屑時(shí)后，信號(hào)器內(nèi)部電路導(dǎo)通，隨即向飛機(jī)座艙發(fā)出告警信號(hào)，使操作者適時(shí)做出相應(yīng)的處置。在滑油油路上設(shè)置有磁塞用于拾取滑油中攜帶的磁性金屬磨粒，為維護(hù)時(shí)提供內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)部件磨損的信息。另外，滑油壓力傳感器、滑油溫度傳感器、滑油液位傳感器對(duì)滑油系統(tǒng)工作時(shí)的壓力、溫度、油量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測等，確保發(fā)動(dòng)機(jī)安全可靠性工作。

2 故障描述

某型號(hào)飛機(jī)在飛行時(shí)座艙突然報(bào)“減小轉(zhuǎn)速”告警信號(hào)，將油門收回慢車狀態(tài)“減小轉(zhuǎn)速”信號(hào)不消失，發(fā)動(dòng)機(jī)被迫關(guān)車單發(fā)返航。

飛機(jī)返場后，從發(fā)動(dòng)機(jī)外觀檢查附件機(jī)匣表面顏色發(fā)暗，發(fā)動(dòng)機(jī)艙下部有大量滑油跡，拆卸下滑油濾、金屬末信號(hào)器，查看油濾及金屬末信號(hào)器表面存在較多的金屬屑，從滑油箱油標(biāo)尺看不到油位，高低壓轉(zhuǎn)子慣性正常。初步懷疑該發(fā)動(dòng)機(jī)空中告警的主要原因?yàn)榛托孤┧隆?/p>

發(fā)動(dòng)機(jī)返廠后進(jìn)一步分解發(fā)動(dòng)機(jī)，附件機(jī)匣幾乎所有的密封膠圈缺失，內(nèi)部某一旋轉(zhuǎn)件損壞嚴(yán)重，大量的金屬碎屑堆積在附件機(jī)匣回油濾網(wǎng)處，發(fā)動(dòng)機(jī)主支點(diǎn)軸承腔內(nèi)部機(jī)件等未見異常。

3 滑油系統(tǒng)工作原理

一般地，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的潤滑系統(tǒng)主要由供油系統(tǒng)、回油系統(tǒng)、通氣系統(tǒng)、密封裝置增壓等系統(tǒng)組成，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，滑油從滑油箱中流出后，進(jìn)入滑油增壓泵，利用增壓齒輪對(duì)滑油進(jìn)行增壓，并利用調(diào)壓活門對(duì)滑油壓力進(jìn)行調(diào)壓，在調(diào)壓活門的調(diào)節(jié)作用下，使供油壓力保持在合理范圍，增壓后的滑油進(jìn)入主燃滑油散熱器，利用溫度較低的燃油對(duì)滑油的進(jìn)行冷卻。再經(jīng)油濾過濾掉發(fā)滑油中的雜質(zhì)后分配各供油導(dǎo)管，由滑油導(dǎo)管噴嘴對(duì)各主軸承進(jìn)行潤滑或流至附件機(jī)匣，經(jīng)腔內(nèi)傳動(dòng)部件的攪拌作用，對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)件的軸承和傳動(dòng)齒輪的嚙合處進(jìn)行潤滑。

同樣，軸承腔或附件機(jī)匣腔內(nèi)（包括與飛機(jī)附件機(jī)匣）內(nèi)攜帶有大量熱量、磨損微粒的滑油經(jīng)導(dǎo)管由滑油回油泵抽回至滑油箱。在回油路中設(shè)置有粗濾網(wǎng)，濾除滑油腔流出較大的金屬屑，防止較大體積的金屬碎屑進(jìn)行滑油油路形成堵塞，一般地每一收油池出口位置均設(shè)置有一個(gè)粗濾網(wǎng)，它應(yīng)具有足夠的面積來收集碎屑，某型機(jī)在軸承腔及附件機(jī)匣腔體滑油出口位置設(shè)計(jì)有尖錐形粗濾網(wǎng)，還在滑油流入滑油箱前，設(shè)置有金屬屑末信號(hào)器拾取通過粗濾的滑油中金屬屑，經(jīng)油氣分離器分離出中的油氣后進(jìn)入滑油箱。

4 故障分析

根據(jù)檢查結(jié)果，對(duì)本次故障進(jìn)行初步的分析，認(rèn)為本次故障主要原因是，發(fā)動(dòng)機(jī)附件機(jī)匣中某旋轉(zhuǎn)件首先發(fā)生損壞，殘塊在附件機(jī)匣內(nèi)齒輪、軸承的撞擊、碾壓作用下，繼續(xù)破碎，產(chǎn)生大量金屬碎屑，部分小塊金屬碎屑通過附件機(jī)匣腔體滑油出口濾網(wǎng)，通過滑油管路，經(jīng)金屬末信號(hào)器拾取，從而觸發(fā)座艙報(bào)“減少轉(zhuǎn)速”信號(hào)。部分無法通過回油濾網(wǎng)的較大碎屑，在回油濾網(wǎng)處堆積，堵塞附件機(jī)匣回油通道而限流，附件機(jī)匣內(nèi)滑油在齒輪的攪拌作用下，油溫持繼升高，在較高溫度作用下，機(jī)匣殼體表面漆層甚至出現(xiàn)碳化發(fā)黑，橡膠密封件出現(xiàn)失效，滑油外泄，滑壓降低，可再次觸發(fā)座艙報(bào)“減少轉(zhuǎn)速”信號(hào)。

5 討論與思考

這起故障雖然由滑油系統(tǒng)內(nèi)部某傳動(dòng)部件損壞造成，由于處理得當(dāng)，未造成嚴(yán)重的飛行事故，但由于滑油回油路堵塞造成滑油溫度升高、滑油大量外泄，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部存在一定程度的損傷，需將發(fā)動(dòng)機(jī)返廠修理，影響裝備正常使用，同時(shí)也產(chǎn)生昂貴的修理成本。

發(fā)動(dòng)機(jī)工作的可靠性，很大程度取決于的滑油系統(tǒng)是否的安全可靠地工作，因此在進(jìn)行滑油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮部件工作的各種細(xì)節(jié)。在滑油腔的出口位置設(shè)計(jì)有粗濾用于濾除滑油腔流出較大的金屬屑，防止較大體積金屬屑堵塞滑油管路，但在粗油形狀、面積、位置的選擇時(shí)，要慎重考慮，如圖1所示，采用尖錐形結(jié)構(gòu)粗油濾可能將所有的較大金屬屑過濾下來，但很短時(shí)間，金屬屑將堵塞住回油通路，局部形成限流，從而造成滑油腔的油溫持續(xù)升高，融化橡膠密封裝置，而造成更為嚴(yán)重的故障；而選擇面積大梯形結(jié)構(gòu)的粗濾網(wǎng)（圖2所示），并倒置在滑油腔的出口位置上，機(jī)件斷裂時(shí)產(chǎn)生的大量金屬碎屑不致于短時(shí)間堵住整個(gè)回油路，從而為飛行員（或操作者）贏得操作時(shí)間，可以防止損傷的加劇，或采用雙通道形式，以增加系統(tǒng)的可靠性，無論采用何種方案都需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后方可使用，值得與發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造人員的商榷。

圖1 金屬屑堵塞滑油腔錐形回油濾

圖2 金屬屑部分滑油箱梯形回油濾