某型發動機燃油調節器油門軸漏油故障診斷研究

牟春妍，王巧玲，趙洋，黃成瑞，熊麗，王云

(航泰動力機器廠，湖北 襄陽 441002)

1 故障描述

2017年11月，某型發動機在地面試車過程中，出現燃油調節器油門軸處漏油，呈滴狀，每分鐘6~10滴。該燃油調節器為2017年6月份合格出廠，本次使用時間52 h41 min。

2017年10月至2018年1月，該型發動機共累積發生8起燃油調節器油門軸漏油故障（見表1），故障發生時使用壽命如表1所示。

表1 燃油調節器油門軸漏油故障統計表

2 原因分析及確認

2.1 原因分析

油門軸處封嚴結構見圖1，由殼體66、密封圈67、封嚴座69、密封用皮碗68和油門軸65共同組成，密封用皮碗68內外表面和密封圈67表面為封嚴面，當其中任意一處封嚴面失效，均可能導致油門軸漏油。

故障燃油調節器返廠分解檢查后，發現密封圈完好無損，密封用皮碗內唇口、外圓尺寸整體縮小（見圖2、表2）并失去彈性，導致皮碗外徑與封嚴座的過盈配合變為間隙配合，無法起到封嚴作用，油門軸漏油。

圖1 油門軸處封嚴結構示意圖

油門軸漏油故障原因定位為密封用皮碗失效。經查，失效皮碗為工廠自制皮碗。

2.2 原因確認

2.2.1 從皮碗制造、裝配、試驗工藝流程查皮碗失效原因

經查，8件失效皮碗為4個批次制造，批次分散，交付日期跨度大，產品圖樣、工藝規程正確、完整、現行有效；首件鑒定文實有效；各批次質量記錄完整規范，記錄數據符合工藝要求；加工設備、工藝裝備和計量器具滿足制造要求；操作人員和檢驗人員資質合格；生產環境滿足工藝文件要求。綜上所述，可排除因制造缺陷導致皮碗失效的可能性。

檢查《燃油調節器裝配》和《燃油調節器試驗》工藝規程可知，密封用皮碗在裝配過程中使用皮碗專用夾具和皮碗導套裝配到油門軸上，裝配方法得當、無致使皮碗損壞或裝配歪斜因素存在。

檢查故障皮碗裝配環境，皮碗被封嚴在封嚴座上，內唇口裝配在油量操縱套軸上，封嚴座和套軸光潔無銳邊，與皮碗接觸的部位粗糙度符合圖樣要求。

從故障件故障形貌分析，裝配試驗過程中因操作不當或裝配部位缺陷造成皮碗破損失效的原因可排除。

圖2 密封用皮碗

2.2.2 自制皮碗、進口皮碗材料牌號比對

自制皮碗按工廠現行有效圖樣膠料牌號為丁腈橡膠5870（以下稱5870）。

表2 密封用故障皮碗尺寸記錄表

經調撥進口皮碗圖樣，材料牌號為橡膠ИПР1078 НТА ТУ 005 1166-87。查閱《俄中材料牌號對照》技術文件，ИРП-1078對應相似的中國牌號為丁腈橡膠5080（以下稱5080）。經俄文翻譯ИРП和ИПР一致，均代表“工業橡膠制品”，對橡膠牌號確認無異議。

2.2.3 材料性能差異化比對

查閱HG6-407-1979和GJB250A-1996標準， 5870膠料和5080膠料主要性能指標如表3所示。

表3 5870膠料和5080膠料性能差異對照表

通過對比， 5870皮碗比5080皮碗硬度低、柔韌性好、強度低，考慮皮碗安裝環境，兩類皮碗均能滿足使用要求。5870皮碗耐低溫性能優于5080皮碗，5870皮碗可以在低于-48 ℃的環境下工作，而5080皮碗只能在不低于-42 ℃的環境下工作。根據發動機使用工況，冬季最嚴寒的北方溫度在-40 ℃左右，5080皮碗與5870皮碗均能滿足使用要求。5080皮碗在燃油、滑油中的體積和重量變化表現為膨脹，有利于密封，而5870皮碗在燃油中體積增大，在滑油中重量變化表現為收縮，會導致漏油。5080皮碗在滑油中的密封性能優于5870皮碗。

查閱航空材料手冊中，可以看出。5080皮碗在燃油和滑油系統都能使用，而5870皮碗只能在燃油系統中工作（見表4）。

表4 5080制品和5870制品的應用范圍

從上文可以看出：5080制品和5870制品的主要性能差異是5080在滑油中的密封性能優于5870。

3 故障重現及解決措施

通過以上研究分析得出，在安裝部位、工作環境一致的條件下，用了一個壽命周期的進口皮碗依然富有彈性，而自制皮碗在使用過一段時間后就會變硬變脆失去彈性，尺寸整體縮小。最主要的區別是兩者所使用的膠料的牌號不同，進口皮碗對應的國產膠料牌號是5080，自制皮碗膠料為5870。

皮碗全壽命周期工作環境分析：皮碗在生產、制造和保管期間接觸的介質為空氣；皮碗裝配到燃油調節器時，表面涂覆一層20號航空潤滑油；燃油調節器裝入發動機后，廠內油封介質為脫過水的8B潤滑油，油溫為60~80 ℃；發動機交付裝入飛機啟封并開始工作后，工作介質才由8B潤滑油更換為RP-3煤油，工作溫度為-40~80 ℃。

我們針對5870皮碗和5080皮碗模擬進行了全壽命周期的工作介質的耐介質性能測試。測試方法依據GB/T 1690—1992《硫化橡膠耐液體試驗方法》進行。分別選取新品自制5870皮碗和試驗件5080皮碗各兩組，在8B潤滑油、RP-3燃油中各浸泡240 h，每天記錄皮碗的尺寸變化情況，浸泡結束后取出皮碗擦干，檢查皮碗尺寸及外觀變化情況。結果顯示：浸泡在RP-3燃油中的5870皮碗和5080皮碗取出擦干后，外觀及尺寸與浸泡前無明顯變化，皮碗光亮有彈性；浸泡在8B潤滑油中的5080皮碗取出晾干后，外觀及尺寸與浸泡前無明顯變化，皮碗光亮有彈性；浸泡在8B潤滑油中的5870皮碗取出晾干后，尺寸明顯縮小，且皮碗變硬變脆，彈性變差，故障重現，說明5870皮碗耐8B潤滑油性能明顯低于5080皮碗。

綜上分析所得，5870膠料在8B潤滑油介質里，膠料中的增塑劑（油類、石蠟等）、防老劑（胺類復合抗氧劑）與8B滑油中的聚烯烴合成油和抗氧劑相似相容，膠料中的增塑劑、防老劑成分被8B潤滑油抽提，分子鏈間距離減小，分子間作用力增大，摩擦力增大，皮碗體積縮小，膠料逐漸變硬變脆，彈性變差，從而失去密封性能。用耐燃、滑油性能均佳的5080膠料加工的密封用皮碗后，燃油調節器油門軸漏油故障可排除。