某型發動機調速器分油活門軸承失效對發動機轉速的影響分析

張春海　王仕鵬

摘 要：本文根據某型發動機調速器的工作原理分析了調速器分油活門軸承失效的故障。解讀調速器構造、原理，確定了調速器分油活門軸承失效對發動機轉速的影響。本文對發動機典型故障的排除具有參考意義。

關鍵詞：發動機；調速器分油活門軸承；發動機轉速；典型故障

中圖分類號：V231.56 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）23-0055-02

某型發動機是我國常用的渦輪螺旋槳發動機。該型發動機為等轉速發動機，通過調速器離心機構感受發動機的轉速偏離，輸出螺旋槳液壓信號改變槳葉角，維持螺旋槳的需用扭矩和發動機輸出扭矩的平衡，從而使發動機工作轉速恒定。

該型發動機在使用過程中常常出現因調速器問題導致的發動機轉速異常故障。本文對調速器工作過程進行了詳細的研究，為類似故障排除提供借鑒。

1 故障案例

某用戶使用的發動機出現空中轉速急劇下降現象，飛行員及時進行處置，飛機安全著陸。

經現場檢查確定故障原因為調速器內部故障，調速器返廠檢查發現調速器分油活門軸承組件中軸承保持架斷裂。

2 工作原理

螺旋槳是飛機的主要推進器，其作用是將從發動機得到的能量轉變為使飛機前進的拉力。配裝該型發動機的螺旋槳是可變距的：螺旋槳變大距時，發動機轉速降低；螺旋槳變小距時，發動機轉速升高。螺旋槳在工作過程中受油壓及槳葉橫向離心力作用下，一直處于變小距的趨勢。

當發動機的輸出扭矩與螺旋槳的需用扭矩平衡受到破壞時，發動機的轉速將增大或減小。這時調速器與螺旋槳協同工作，在發動機所有工作狀態和所有飛行狀態下，保持發動機工作轉速恒定。

調速器屬于離心式轉速調速器（見圖1），由發動機帶動離心配重組件感受發動機轉速的偏離，并將轉速的變化量轉化為離心配重組件的離心力來克服調速彈簧彈力，相應改變分油活門的位移，再通過分油襯套的液壓功率放大功能給螺旋槳變距機構液壓信號，改變螺旋槳槳葉角，維持螺旋槳的需用扭矩和發動機輸出扭矩之間的平衡，從而使發動機工作轉速恒定。

發動機的輸出功率與螺旋槳吸收的功率匹配時，此時在調速器的離心配重的離心力的軸向分力與分流活門軸承外環端面上的調速器彈簧的彈力互相作用下，分流活門和分油襯套處在中間位置（見圖2），分流活門的中凸邊將分油襯套的大距油路和定距油路之間的通道以及滑油回油路堵住。螺旋槳在油壓及槳葉橫向離心力作用下，雖有變小距的趨勢，但由于滑油無路回油，故槳距不變。因而發動機一直處在恒定轉速下穩定地工作。

當發動機的輸出扭矩增加（供油量增大），而螺旋槳的需用扭矩未變或外界條件變化（如飛行高度上升，飛行速度增加等），螺旋槳需用扭矩減小，而發動機的輸出扭矩未變。在這些情況下，轉速上升，用增大槳距的方法恢復恒定轉速。

轉速上升時，調速器轉速相應增大（見圖3），離心配置離心力沿分流活門的軸向分力大于調速器彈簧的彈力，離心配重克服彈簧力抬起分油活門，分油襯筒隨之上移，定距油進入大距油腔，槳葉變大距，轉速下降，直至大距油路重新被分油襯筒中部凸肩封閉，恢復恒定轉速。

當發動機輸出扭矩減小（供油量減小），但此時螺旋槳需用扭矩未變或由于外界條件變化（如飛行高度下降，飛行速度減小等），螺旋槳需用扭矩增加，而發動機的輸出扭矩未變。在這些情況下，轉速下降，用減小槳距的方法恢復恒定轉速。

發動機供油減小，轉速下降時，調速器轉速相應減小（見圖4），離心配置離心力沿分流活門的軸向分力小于調速器彈簧的彈力，分油活門下移，分油襯筒隨之下移，大距油腔與回油腔連接，螺旋槳在油壓及離心力的作用下槳葉變小距，轉速上升，直至恢復恒定轉速。

調速器作為發動機轉速控制部件，控制發動機轉速的主要方法是分油活門與分油襯筒的上、下的移動使定距油路與大距油路溝通或大距油路與回油路溝通。分油活門與分油襯筒上移定距油路與大距油路溝通，螺旋槳變大距，轉速降低。分油活門與分油襯筒下移大距油路與回油路溝通，螺旋槳變小距，轉速升高。

3 分析

故障發生時調速器分油活門軸承組件中的滾珠軸承保持架斷裂，軸承內、外圈及滾珠脫開，調速彈簧的彈簧力直接作用在軸承外圈上，而與軸承內圈配合的分油活門不再受彈簧力作用（見圖5），此時調速器分油活門及分油襯筒向上移動，定距油路與大距油路溝通，螺旋槳變大距；由于分油活門無法隨轉速下降而下移，定距油路與大距油路保持溝通狀態，螺旋槳大距油腔持續進油，導致螺旋槳持續變大距，發動機偏離恒定轉速持續下降且不恢復。

4 結語

發動機轉速異常下降的主要原因是調速器定距油路與大距油路溝通，螺旋槳槳葉變大距。

調速器分油活門軸承組件中軸承失效導致分油活門與分油襯筒上移，調速器定距油路與大距油路異常溝通，此時定距油持續進入大距油腔，螺旋槳槳葉持續變大距，轉速急劇下降。

參考文獻

[1]某型發動機技術說明書[S].株洲：中國航發南方工業有限公司，2017.

[2]某型發動機維修手冊[S].株洲：中國航發南方工業有限公司，2017.