基于故障樹的發(fā)動機滑油泄露故障分析

曾聞鼎 王海勇

摘 要：針對某型航空渦輪軸發(fā)動機科研階段臺架試車過程中出現(xiàn)的尾噴管漏油的故障，應用故障樹法結合滑油系統(tǒng)原理對漏油原因進行了分析，建立了發(fā)動機尾噴管漏油的故障樹。采用定性分析結合發(fā)動機分解檢查結果得到了故障的最小割集，確定了故障原因。通過試驗驗證，排除了故障，結果表明故障樹法是簡單有效的。

關鍵詞：發(fā)動機;故障樹分析;滑油泄漏

中圖分類號：U472 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）13-0049-02

0 引言

某渦軸發(fā)動機地面臺架試驗過程中，發(fā)動機進行冷吹后，出現(xiàn)尾噴管滑油大量泄漏（呈線狀流出）的故障，嚴重影響了發(fā)動機地面臺架試驗。

故障樹分析法簡稱FTA，或稱失效樹分析法，是以故障樹為工具分析故障發(fā)生的各種途徑，對系統(tǒng)安全性或可靠性進行評價的圖形演繹方法[1]。FTA被認為是一種對復雜系統(tǒng)進行安全性和可靠性分析的一種好方法[2]。

本文以某型渦軸發(fā)動機地面臺架試驗過程尾噴管滑油泄漏為例，應用故障樹分析法進行分析排故。

1 故障樹分析

1.1 發(fā)動機漏油故障簡介

某型渦軸發(fā)動機地面臺架試驗時，冷吹后檢查發(fā)現(xiàn)尾噴管有大量滑油呈線狀流出;更換滑油泵后進行冷吹，尾噴管漏油故障仍然存在。隨后發(fā)動機下臺分解進行漏油排故工作。

1.2 發(fā)動機滑油系統(tǒng)原理

發(fā)動機滑油系統(tǒng)主要由滑油箱、滑油泵、滑油濾、各滑油腔（附件傳動、A滑油腔、B滑油腔、C滑油腔）、回油泵、回油濾、噴嘴及外部管路組成，見圖1。

滑油箱中的滑油通過滑油泵進入供油管路，隨后增壓后的滑油經過滑油濾過濾后，分別供給附件傳動機匣腔、A軸承腔、B軸承腔及C軸承腔的噴嘴，對各個軸承和齒輪進行潤滑和冷卻，并帶走軸承腔中的磨粒，使它們不再進入下一個循環(huán)。之后滑油經過回油濾過濾后，通過回油泵進入附件機匣總回油管路，經過磁性屑末檢測信號器的檢測和燃滑油散熱器、空氣散熱器散熱后，回到滑油箱。

1.3 建立故障樹

故障樹分析法的關鍵是正確建造故障樹，故障樹的完善程度將直接影響定性分析和定量計算的準確性。故障樹分析中的結果事件稱為頂事件，是故障樹中首先要分析的系統(tǒng)故障事件;把導致頂事件發(fā)生的根本原因稱為底事件;頂事件和底事件之間的中間結果事件稱為中間事件[2]。

根據(jù)發(fā)動機滑油系統(tǒng)原理可知，參考文獻[3][4][5]的排故經驗，建立故障樹。導致頂事件發(fā)生的直接原因可能是“A腔滑油泄漏”、“B腔滑油泄漏”、“C腔滑油泄漏”。引起滑油腔滑油泄漏的原因可能是：各滑油腔回油不暢，各滑油腔密封失效。引起各滑油腔回油不暢的原因：燃滑油散熱器堵塞，磁性屑末檢查信號器堵塞，旁通活門堵塞，回油濾堵塞，滑油壓力傳感器漏氣，滑油泵回油能力不足，各滑油腔回油管路節(jié)流和密封失效或裂開破損，都會引起滑油腔回油不暢，導致滑油泄漏。這些因素分別標識為底事件X3～X9、X12～X14、X16、X17。為了保證良好的密封效果，各滑油腔采用了不同的密封措施，其中包括石墨密封、篦齒密封、O型膠圈密封。任何一處密封間隙不合格、石墨和膠圈損壞或者封嚴引氣壓力偏低、軸承腔腔壓偏高，都會導致封嚴失效引起滑油泄漏的發(fā)生。這些失效事件分別標識為底事件X1、X2、X10、X11、X15、X18、X20～X23。

將上述分析得到的頂事件、中間事件和底事件按照故障樹的符號邏輯的連接起來，就得到如圖2所示的發(fā)動機尾噴管滑油泄漏的故障樹。采用下行法得到故障的最小割集為：{X1}～{23}，表明存在23種導致發(fā)動機的尾噴管滑油泄漏的因素。

2 故障排查及定位

按照圖2所確立的故障樹，某型發(fā)動機發(fā)生尾噴管滑油泄漏故障后，在臺架進行了一系列的排查工作，隨后進行了分解檢查，以及針對底事件的專項試驗等，通過排除各個可能的因素，最終確定了故障發(fā)生的真實原因。

故障發(fā)生后，在臺架仔細檢查了發(fā)動機的各回油管路及接口處，均未發(fā)現(xiàn)裂開破損，滑油滲漏情況。隨后在臺架更換了一個功能正常的滑油泵，故障依然存在，可排除X8。

發(fā)動機下臺分解后，目視檢查了5個回油濾，滑油濾，燃滑油散熱器，磁性屑末檢查信號器，旁通活門，均未發(fā)現(xiàn)堵塞，可排除事件X4、X5、X6、X7。對各滑油腔外部回油管路進行了沖洗，未發(fā)現(xiàn)任何異物;并對外部回油管路進行了密封性試驗和流量試驗，結果均正常，排除X13、X17。隨后將起動機分解至零組件狀態(tài)并進行了相應檢查和試驗。

A滑油腔前端通過石墨盒和O型膠圈密封，后端通過篦齒封嚴。目視檢查輸出軸膠圈正常，石墨密封盒沒有異常磨損，進氣流道內無滑油痕跡，可以判斷A腔前端石墨盒和膠圈密封沒有失效，排除了底事件X2。目視檢查壓氣機流道內沒有滑油，可以確定A腔后封嚴篦齒密封正常，排除底事件X1。對A腔回油路進行了流量和密封性試驗，結果均正常，排除X3、X9。檢查動力渦輪傳動軸前端通氣孔和輸出軸上的通氣口，未發(fā)現(xiàn)任何堵塞現(xiàn)象;對引氣封嚴氣路進行流量檢查，結果正常，排除X18、X19。

分解后檢查B腔發(fā)現(xiàn)燃燒室火焰筒內部有大量滑油，燃氣渦輪葉片表面，以及流道的內壁和外壁也有油跡，說明B滑油腔發(fā)生滑油泄漏。按照故障樹對B腔進行仔細檢查。在組件狀態(tài)對B腔回油管路進行了流量試驗和密封性試驗，試驗結果正常，排除了X13、X14。針對中間事件B腔封嚴失效，對B腔前篦齒封嚴和后篦齒封嚴進行了精密計量，得到的前后篦齒間隙均在設計范圍內;對篦齒封嚴引氣氣路進行檢查，未發(fā)現(xiàn)任何堵塞和節(jié)流現(xiàn)象，說明篦齒封嚴正常，排除X10、X11、X20。檢查轉動密封件、轉子連接軸和渦輪連接軸上通氣小孔，均正常，排除X21。拆下滑油壓力傳感器檢查發(fā)現(xiàn)，與滑油壓力傳感器連接的B腔基準壓力管沒有滑油痕跡，說明滑油壓力傳感器存在漏氣，底事件X12存在故障。