■ 唐湘林 黃漢超 吳學深 何建/ 陸軍裝備部駐株洲地區航空軍事代表室 陸軍航空兵學院

2021年5—6月，某型渦軸發動機在外場使用時出現超轉燈先閃亮后常亮現象，檢查發現雙極轉速傳感器端面鼓包碰磨，后續更換了2件新品雙極轉速傳感器，故障仍然出現，導致發動機返廠維修。

1 故障復現

發動機返廠進行故障現象驗證。按相關要求拆下發動機的雙極轉速傳感器，安裝1件合格新件，進行臺架驗證試車。

當Ng達到85%，滑油進油溫度為61.58℃時，總進油路的滑油供油壓力（PH）為340～345kPa，M02和M03的供油壓力（PH1）為369.51kPa（見圖1中的PH1隨QHE曲線圖中的“x”），PHR（M04和M05的 供 油 壓 力）為287.25KPa（見 圖1中 的PHR隨QHE變化曲線圖中的“x”），PH1和PHR均高于驗收標準（見圖1中的兩曲線之間）。

圖1 Ng為85%時的滑油壓力

試車至28min時，車臺超轉指示燈異常燃亮，試車停止。停車后檢查雙極轉速傳感器，發現新品傳感器端面出現鼓包碰磨現象，見圖2。驗證試驗出現了滑油壓力高于驗收標準，車臺超轉指示燈異常燃亮，雙極轉速傳感器端面鼓包碰磨等現象，與外場故障情況一致，發動機故障復現。

圖2 雙極轉速傳感器對比

2 分解檢查

按照要求對發動機進行了分解檢查、尺寸測量、流量試驗及理化分析等工作，所有單元體分解至零組件。分解過程中重點檢查發動機所有滑油流路、滑油濾、磁性堵頭等有無金屬屑或密封圈殘余物，具體情況如下。

1）M05單元體機械式磁性堵頭、發動機滑油總進油路的滑油濾有少量金屬屑，其余滑油濾、磁性堵頭未見金屬屑。

2）M04單元體自由渦輪軸承座、導流罩表面粘有較多金屬屑，金屬屑均呈燒結顆粒狀，部分表面呈灰色，其余呈黑色，最大尺寸為3.9mm×4.5mm。

3）減速機匣前部的滑油進油路（孔徑φ3mm）內有一段密封圈殘余物，長約6mm，直徑約2.68mm，斷口明顯；未見發動機上的膠圈有破損現象。

4）滑油泵中的自由渦輪和減速齒輪箱回油泵殼體有深度超過0.1mm的拉溝。

5）M04單元體前軸承外環整體呈黑色，跑道面及兩側擋肩部位可見大量黑色黏結物；內環整體呈黑色，跑道面及兩側擋肩部位可見大量黑色黏結物，兩側擋肩表面可見周向刮磨痕跡；18粒滾子均已磨成腰鼓形，其中有連續的3粒滾子靠內圓側存在擠壓磨損平面。所有滾子表面均呈黑色，表面可見黑色黏結物；保持架所有表面均覆蓋有黑色黏結物，局部表面可見輕微原始金屬色，兜孔內部可見與滾子端面的接觸磨損痕跡；M04單元體中軸承內環端面和滾子表面輕微發藍；篦齒封嚴圈篦齒磨損。

6）M05單元體的主動齒輪軸承、中間齒輪軸承滾子有輕微磨痕；三聯軸承2#軸承內環有一處輕微劃痕。

7）其余未見異常。

3 裝配情況復查

3.1 原始裝配復查

該 發 動機于2020年7月25日第一次裝配完成，7月28日進行檢驗試車，性能、扭矩曲線不合格，M01結合面有油跡，下臺排故。排故中對M01、M02、M03、M05單元體進行分解，M04單元體未分解；排故后于8月14日復裝，8月17日檢驗試車，交付合格。

3.2 雙極轉速傳感器復查

復查第一次大修時履歷本上的測量記錄：M04單元體雙極轉速傳感器安裝定位凸緣到音輪齒頂尺寸為23.34mm，雙極轉速傳感器定位凸緣到端面尺寸為22.91mm，雙極轉速傳感器端面與音輪齒頂的間隙為0.43mm（技術要求為0.3～0.46mm），滿足技術要求。

該臺發動機共造成4件GZ-18雙極轉速傳感器頭部磨損（外場3件、廠內1件）。4件傳感器的編號分別為N2882、N3841、N4515、N2310（廠 內驗證試車用），不屬于同一批次。經制造廠復查出廠數據，均合格。

3.3 密封圈狀態復查

該發動機廠內第一次大修時裝機的滑油濾芯為新件，密封圈裝在滑油濾芯上隨滑油濾芯一起裝機，廠內未更換。本次返廠后分解檢查滑油濾芯編號仍為該新件。該型發動機隨機備件目錄中無滑油濾芯密封圈，發動機出廠時未配備滑油濾芯密封圈備件到外場。

根據生產廠家復查，滑油濾芯（編號1903030）配套的密封圈批次號為1811-9-2。該批次零件使用的是F2018-360批5880T（丁腈橡膠）膠料，其廠家合格證及入廠復驗記錄數據均合格。滑油濾芯（編號1903030）配套的密封圈（編號1811-9-2）生產過程中各參數均符合工藝規程要求，生產過程受控。

3.4 外場情況復查

2020年11月16日 發 動 機 完 成100h定檢（檢查、清洗滑油濾）；2021年2月3日發動機完成200h定檢（檢查、清洗滑油濾）；2021年5月10日發動機完成300h定檢（檢查、清洗滑油濾）；2021年5月14日飛行中超轉燈先閃亮后常亮，換上第1件N3841號雙極轉速傳感器，在更換雙極轉速傳感器前，拆下滑油濾芯檢查，發現滑油濾芯上的密封圈被切斷缺失，拆下扭矩壓力傳感器轉接座、M01及M05單元體磁性堵頭、前測壓點四通接頭進行檢查，未找到切斷部分的密封圈；2021年6月1日飛行中超轉燈報警（N3841號雙極轉速傳感器工作了15h），換上第2件N4515號雙極轉速傳感器；2021年6月5日飛行中超轉燈報警（N4515號雙極轉速傳感器工作了8h39min），鑒于故障反復，發動機返廠維修。

3.5 維護資料復查

根據該型發動機維護手冊要求，關于主滑油濾、堵塞指示器和油濾底座的維護有如下要求：在安裝油濾時，若O形封嚴圈掉入底座內會引起嚴重后果。因此，裝配前，確信該封嚴圈正確地位于油濾凸臺處，否則，選一個新的內徑合適的封嚴圈；裝配中，確信封嚴圈沒有脫落。

4 故障原因分析

雙極轉速傳感器是磁電式傳感器，安裝在發動機自由渦輪軸承座上。包含傳感器頭部、插頭、套管、密封圈等。頭部的兩個凸臺與安裝在自由渦輪軸上的兩個音輪相對應。發動機工作時，音輪擾動傳感器頭部周圍的磁場，傳感器產生交流電信號，通過自身電纜、直升機電纜傳給發動機的超轉控制盒，超轉控制盒控制直升機座艙的超轉指示燈。

發動機正常工作時，直升機座艙的超轉指示燈應處于熄滅狀態。若雙極轉速傳感器頭部被磨損，會造成輸出信號異常，導致超轉控制盒控制直升機座艙的超轉指示燈異常燃亮。

雙極轉速傳感器頭部結構如圖3所示，頭部及兩個凸臺的材料均為4Cr13不銹鋼，兩個凸臺通過鉛基釬料釬焊在頭部上，內部填充環氧樹脂。雙極轉速傳感器頭部的允許溫度范圍為-55～250℃，若環境溫度過高，會造成環氧樹脂膨脹，導致傳感器頭部端蓋上的兩個凸臺貼近發動機音輪，被音輪磨損。

圖3 雙極轉速傳感器示意圖

4.1 故障樹分析

根據該型發動機的結構，建立雙極轉速傳感器端面鼓包碰磨故障樹，如圖4所示。

4.2 影響因素排查

由圖4可知共有7個底事件，對這7個底事件逐一進行分析和梳理。

圖4 故障樹

1）X1、X2、X3間隙不合格：返廠分解后對X1、X2、X3進行測量，結果合格。根據X1、X2、X3的測量值，按圖5進行計算，可知雙極轉速傳感器端面與音輪齒頂裝配間隙合格。復查外場、上次大修及驗證試驗時雙極轉速傳感器端面與音輪齒頂裝配間隙，均合格。因此排除X1、X2、X3的影響因素。

2）X4轉子定位尺寸不合格：返廠分解后對轉子定位尺寸進行測量，結果合格。因此排除X4的影響因素。

3）X5排氣溫度高：無論是外場使用還是廠內驗證試驗過程中，發動機工作溫度均正常。因此排除X5的影響因素。

4）X6隔熱罩損壞：返廠分解后檢查隔熱罩外觀，未見異常。因此排除X6的影響因素。

5）X7滑油油路堵塞：返廠分解后發現減速機匣前部的滑油進油路（孔徑φ3mm）內被密封圈殘余物（長約6mm，直徑約φ2.68mm）堵塞。因此不能排除X7的影響因素。

綜上分析，除X7滑油油路堵塞底事件不能排除外，其余底事件均可排除。

4.3 機理分析

從滑油濾芯和油濾底座結構分析，導致密封圈切斷的原因可能是滑油濾芯上的密封圈未完全安裝到位。切斷的密封圈殘余物掉入油濾底座進油孔內，受從滑油增壓泵出來的滑油沖擊，經附件機匣內部油路、M05單元體滑油進油管進入減速機匣前部組合，最終被潤滑導管阻攔，停留在減速機匣前部至潤滑導管的φ3mm油道孔內。該油路的滑油，一部分進入潤滑導管潤滑三聯軸承，另一部分經過減速機匣前部組合的油道孔，對M04單元體的軸承、軸承座等零件進行潤滑和冷卻。

由于滑油流路被堵塞，進入M04單元體和潤滑導管的滑油流量不足，滑油的潤滑、冷卻作用效果大幅減小，造成M04單元體工作中產生的熱量無法被及時帶走，導致單元體軸承座內腔溫度異常升高，單元體前軸承磨損。同時，安裝在M04單元體上傳感器內部的環氧樹脂非金屬灌封物受異常高溫后膨脹，導致傳感器端面鼓包，使雙極轉速傳感器端面與音輪齒頂裝配間隙消失，傳感器端面與音輪出現碰磨。由于滑油流路被堵塞，發動機滑油出油少，同時還造成發動機滑油壓力高現象。

M04、M05單元體的滑油回油由滑油泵中的自由渦輪和減速齒輪箱回油泵抽回，經散熱器、滑油箱再進入滑油總進油路的滑油濾。M04單元體前軸承磨損和雙極轉速傳感器端面碰磨后產生的金屬屑污染了上述油路，金屬屑隨滑油進入滑油總進油路的滑油濾，但是經滑油濾過濾后，不會污染其他油路（即不會污染M01、M02、M03單元體），這與返廠故檢情況相符合。即M05單元體機械式磁性堵頭、滑油總進油路的滑油濾進口有少量金屬屑，其余滑油濾、磁性堵頭未見金屬屑；M04單元體自由渦輪軸承座、導流罩表面上粘有金屬屑；M05單元體的主動齒輪軸承、中間齒輪軸承有輕微磨痕；滑油泵的自由渦輪和減速齒輪箱回油泵殼體拉溝等，而M01、M02、M03單元體檢查未發現異常。

4.4 糾正措施

嚴格按照維護手冊對滑油濾進行安裝和更換，避免配套的密封圈破損缺失；同步完善生產過程中工藝質量控制，裝配過程中加強密封圈類零件安裝前后的檢查，確保狀態完好，保證制造質量。

5 結論

該型發動機雙極轉速傳感器端面鼓包碰磨的原因是減速機匣前部組合的油道被滑油濾濾芯上的密封圈切塊堵塞，導致M04單元體軸承座內腔溫度異常升高，傳感器內部環氧樹脂非金屬灌封物受異常高溫后膨脹，傳感器端面鼓包，雙極轉速傳感器端面與音輪齒頂裝配間隙消失，雙極轉速傳感器端面碰磨音輪所致。