PW1100發(fā)動(dòng)機(jī)3號(hào)軸承碳封嚴(yán)磨損分析及監(jiān)控方法

王海臣 黃瑩

摘要：PW1100發(fā)動(dòng)機(jī)世界機(jī)隊(duì)已發(fā)生數(shù)起因3號(hào)軸承碳封嚴(yán)磨損、滑油泄漏進(jìn)入氣流通道后污染客艙空氣事件，其中最嚴(yán)重的一起造成客艙大量油煙，導(dǎo)致機(jī)組在安全落地后執(zhí)行緊急撤離程序。本文就3號(hào)軸承碳封嚴(yán)磨損及磨損后未被滑油碎屑監(jiān)控系統(tǒng)（ODM）捕捉到的原因進(jìn)行分析，并提出可行的在翼監(jiān)控方法，以供業(yè)內(nèi)參考。

關(guān)鍵詞：PW1100發(fā)動(dòng)機(jī)；3號(hào)軸承碳封嚴(yán)；磨損；監(jiān)控方法

Keywords：PW1100 engine；No.3 bearing carbon seal；wear；monitoring method

0 引言

選裝PW1100發(fā)動(dòng)機(jī)的A320neo系列飛機(jī)自2016年在全球投入運(yùn)營(yíng)以來(lái)，截至2020年8月全球有37家航空公司共計(jì)運(yùn)營(yíng)660余架A320neo系列飛機(jī)。

GFT發(fā)動(dòng)機(jī)擁有獨(dú)特的齒輪驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇設(shè)計(jì)，低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速以3∶1的比例傳輸?shù)斤L(fēng)扇轉(zhuǎn)子。該設(shè)計(jì)可大幅提高低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，從而提高壓縮、做功效率，但較高的轉(zhuǎn)速也帶來(lái)了新的磨損問(wèn)題。

1 背景介紹

PW1100發(fā)動(dòng)機(jī)3號(hào)軸承碳封嚴(yán)最初采用分離式（lift-off）碳封嚴(yán)，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，利用壓縮空氣克服彈簧力吹起碳封嚴(yán)，使其懸浮在碳封嚴(yán)平板表面，無(wú)接觸即不會(huì)產(chǎn)生磨損。但這種設(shè)計(jì)的薄弱點(diǎn)是無(wú)法持續(xù)保持壓縮空氣的壓力，碳封嚴(yán)也就無(wú)法穩(wěn)定地懸浮，導(dǎo)致其不斷與碳封嚴(yán)平板磨擦而最終失效，該設(shè)計(jì)宣告失敗。

2017年12月，普惠公司發(fā)布服務(wù)通告PW1000G-C-72-00-0087-00A- 930A-D，將3號(hào)軸碳封嚴(yán)改為固定的干式碳封嚴(yán)，這種設(shè)計(jì)不再依賴(lài)壓縮空氣壓力，較為穩(wěn)定。目前，世界機(jī)隊(duì)近乎所有PW1100發(fā)動(dòng)機(jī)均為干式碳封嚴(yán)，大部分運(yùn)行穩(wěn)定，但有一部分發(fā)動(dòng)機(jī)的干式碳封嚴(yán)存在早期（3000飛行小時(shí)內(nèi)）快速磨損問(wèn)題，且有一定數(shù)量的干式碳封嚴(yán)磨損發(fā)動(dòng)機(jī)未被ODM（滑油碎屑監(jiān)控）系統(tǒng)捕捉到，有可能發(fā)生滑油泄漏進(jìn)入氣流通道后污染客艙空氣甚至導(dǎo)致客艙油煙的嚴(yán)重不安全事件。

2 原因分析

干式碳封嚴(yán)主要由封嚴(yán)平板、碳段、碳封嚴(yán)載體三部分構(gòu)成，如圖1、圖2所示，碳封嚴(yán)平板與碳段出現(xiàn)相對(duì)旋轉(zhuǎn)時(shí)就產(chǎn)生磨損。碳封嚴(yán)平板的成分為金屬，硬度較大，碳段的成分為碳，硬度較小，二者接觸時(shí)碳段優(yōu)先被磨掉。

當(dāng)碳段被完全磨損掉后，碳封嚴(yán)平板與碳封嚴(yán)載體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)接觸磨損且均為金屬成分，金屬碎屑流入滑油系統(tǒng)可迅速被ODM系統(tǒng)和磁堵捕捉到，當(dāng)大于一定數(shù)量時(shí)則產(chǎn)生滑油碎屑探測(cè)警告，通過(guò)檢查磁堵、化驗(yàn)金屬屑成分，可最終確認(rèn)碳封嚴(yán)磨損。

但從世界機(jī)隊(duì)的運(yùn)行情況來(lái)看，有一部分發(fā)動(dòng)機(jī)干式碳封嚴(yán)磨損后未被ODM系統(tǒng)捕捉到，這種現(xiàn)象是由于個(gè)體差異造成的。碳封嚴(yán)平板外徑小于碳封嚴(yán)載體，如圖3所示，在碳段被完全磨損掉后，碳封嚴(yán)平板未與碳封嚴(yán)載體接觸，而是直接嵌入到碳封嚴(yán)載體內(nèi)，最終導(dǎo)致滑油泄漏出軸承腔，造成嚴(yán)重的客艙油煙事件。

3 監(jiān)控方法

普惠公司在2019年9月發(fā)布服務(wù)通告PW1000G-C-72-00-0152-00A-930A-D，給出在翼孔探方法，可在拆除主齒輪箱滑油通氣總管（LB30）接口后使用孔探設(shè)備檢查碳封嚴(yán)狀態(tài)。

那么何時(shí)進(jìn)行孔探檢查3號(hào)軸承碳封嚴(yán)才是合適的？我公司嘗試通過(guò)主動(dòng)監(jiān)控ODP（滑油濾壓差）參數(shù)變化趨勢(shì)來(lái)啟動(dòng)孔探檢查工作。選擇該監(jiān)控方法基于兩點(diǎn)：

1）通過(guò)研究，認(rèn)為碳封嚴(yán)碳段磨損產(chǎn)生的碳屑是非鐵磁性物質(zhì)，不會(huì)吸附在磁堵上，也不會(huì)被ODM系統(tǒng)捕捉，但會(huì)在滑油濾內(nèi)不斷累積，致使ODP升高。

2）公司在PW1100引進(jìn)后，通過(guò)不斷的數(shù)據(jù)積累，發(fā)現(xiàn)在某些案例里ODP參數(shù)的趨勢(shì)也發(fā)生了明顯改變。因此，可基于南航自主研發(fā)的遠(yuǎn)診系統(tǒng)RTT對(duì)參數(shù)設(shè)置報(bào)警條件并第一時(shí)間接收?qǐng)?bào)文，服務(wù)器接收到報(bào)文后可立刻激活并發(fā)送報(bào)警郵件到機(jī)務(wù)人員手機(jī)上。于是，在2018年年底完成了對(duì)整個(gè)機(jī)隊(duì)的設(shè)置，并從2019年年初開(kāi)始持續(xù)收集數(shù)據(jù)。回顧數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)改變ODP報(bào)警方式和條件可將報(bào)警時(shí)間提前。因此，2019年年初完成了報(bào)警條件的修正，等待實(shí)際驗(yàn)證。

自2019年下半年至今，這種監(jiān)控方法在三臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)上得到了驗(yàn)證，三臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)都接收到遠(yuǎn)診系統(tǒng)觸發(fā)的報(bào)警郵件。仔細(xì)回顧數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，ODP參數(shù)有明顯短時(shí)上升趨勢(shì)（見(jiàn)圖4、圖5），隨后安排孔探檢查3號(hào)軸承碳封嚴(yán)，發(fā)現(xiàn)碳段全部磨光（見(jiàn)圖6）。

4 總結(jié)

從PW1100世界機(jī)隊(duì)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)上看，3號(hào)軸承碳封嚴(yán)經(jīng)過(guò)改進(jìn)后，雖然磨損出現(xiàn)的頻率不高，但最嚴(yán)重的磨損情況已經(jīng)導(dǎo)致飛機(jī)備降、滑油泄漏嚴(yán)重污染客艙空氣、飛機(jī)落地后旅客應(yīng)急撤離的嚴(yán)重不安全事件。但目前普惠公司還沒(méi)有給出明確的監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，從節(jié)約維護(hù)成本、機(jī)隊(duì)安全性?xún)煞矫婵紤]，為了精準(zhǔn)預(yù)判二者的最佳平衡點(diǎn)，航空公司可采用如下方法進(jìn)行主動(dòng)監(jiān)控：

1）設(shè)置巡航ODP參數(shù)短時(shí)上升趨勢(shì)達(dá)到0.6psi/300FH的觸發(fā)條件，觸發(fā)后回顧數(shù)據(jù)，判斷短時(shí)上升趨勢(shì)是否屬實(shí)，確認(rèn)后安排孔探檢查。

2）更換滑油濾后需及時(shí)調(diào)整基準(zhǔn)值，以確保能夠準(zhǔn)確抓取到ODP短時(shí)上升趨勢(shì)變化。

3）對(duì)于巡航報(bào)文產(chǎn)生量少的飛機(jī)，可采用爬升報(bào)文數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置。

4）對(duì)于裝機(jī)時(shí)間較短的發(fā)動(dòng)機(jī)，需采用此方法重點(diǎn)監(jiān)控。

參考文獻(xiàn)

[1] Pratt & Whitney. Engine Illustrated Parts Data [Z].

[2] Pratt & Whitney. Engine Maintenance Manual [Z].

[3] Pratt & Whitney. Advanced Diagnostic & Engine Management [Z].

作者簡(jiǎn)介

王海臣，發(fā)動(dòng)機(jī)中級(jí)工程師，負(fù)責(zé)A320系列飛機(jī)PW1100、V2500發(fā)動(dòng)機(jī)工程管理工作。

黃瑩，發(fā)動(dòng)機(jī)性能監(jiān)控主任高級(jí)工程師，負(fù)責(zé)A320系列飛機(jī)PW1100、V2500、LEAP-1A、CFM-56發(fā)動(dòng)機(jī)性能監(jiān)控工作。