某型輔助動力裝置尾噴管冒白煙故障分析與維修對策

練 兵，張鳴鳴，王 軍，陳 斐

（1．空裝駐襄陽地區軍事代表室，湖北 襄陽 441002；2．襄陽航泰動力機器廠，湖北 襄陽 441002）

某型航空渦輪風扇發動機起動時，需要輔助動力裝置提供一定壓力的壓縮空氣，帶動空氣起動機來起動航空渦輪風扇發動機。輔助動力裝置為獨立的動力源，它的正常工作是保證航空渦輪風扇發動機順利起動的關鍵，而滑油系統是輔助動力裝置正常工作的重要保障系統，輔助動力裝置工作過程中，如果滑油泄漏，滑油量減少，會影響滑油系統的潤滑，導致輔助動力裝置工作異常，航空渦輪風扇發動機無法正常起動。

1 故障現象

2022年6月，在某型輔助動力裝置在地面起動航空渦輪風扇發動機過程中，發現輔助動力裝置尾噴管處出現冒白煙現象，關停輔助動力裝置后，檢查尾噴管出口有滑油油跡，更換輔助動力裝置后故障排除。

2 輔助動力裝置及其滑油系統工作原理

2.1 輔助動力裝置工作原理

輔助動力裝置主要為航空渦輪風扇發動機起動提供壓縮空氣。該裝置主要包括燃油系統、滑油系統、空氣系統、起動系統。按下輔助動力裝置“起動—停車”按鈕后，接通輔助動力裝置控制盒電子電路，起動電機開始轉動，帶轉輔助動力裝置，燃油電磁活門和滑油電磁活門打開，燃油泵將所需的燃油供給燃油系統，并向點火系統供電。帶轉過程中，控制盒接收到從轉速傳感器輸入的轉速信號后，向電液伺服閥提供微小電流，控制燃油回油流量，只允許少量燃油進入燃燒室進行燃燒。當轉速到達約1 000 r/min時，燃燒室的混合氣被點燃，提高了輔助動力裝置兩級渦輪功率；輔助動力裝置轉速增大，穩定在25 000 ～30 000 r/min；隨著輔助動力裝置轉速的增加，控制盒增大了供給電液伺服閥的控制電流，燃油回油流量減少；供給燃燒室的燃油量增加，轉速進一步增加，在轉速到達35 100 r/min時，控制盒切斷起動電機和點火裝置的電源。此后輔助動力裝置在控制盒的控制下，將轉速自動地穩定在慢車轉速43 800 r/min。輔助動力裝置起動成功后，按下航空渦輪風扇發動機起動按鈕，為航空渦輪風扇發動機提供壓縮空氣[1]。

2.2 輔助動力裝置滑油系統工作原理

輔助動力裝置滑油系統主要由①滑油箱、②滑油泵、③滑油分配器、④空氣發生器、⑤滑油電磁活門、⑥燃油電磁活門、⑦安全活門等組成（見圖1），用于確保輔助動力裝置的潤滑，滑油系統為閉式循環系統。

圖1

輔助動力裝置起動時，起動電動機帶動傳動機匣內的齒輪轉動，驅動滑油泵從滑油箱抽取滑油，把它輸送到滑油分配器，滑油分配器中設有一個膜片活門，膜片活門通過感受輔助動力裝置燃油系統供油壓力，打開通向輔助動力裝置減速傳動盒和軸承機匣軸承室的滑油通路，滑油流入減速傳動盒和軸承機匣，用于潤滑減速傳動盒軸承及齒輪、軸承機匣的軸承，軸承機匣封嚴結構采用迷宮封嚴方式（篦齒封嚴結構）；潤滑后的滑油經滑油電磁活門靠自重流回滑油箱。滑油電磁活門關閉時，可防止滑油從滑油箱倒流向輔助動力裝置；安全活門和燃油電磁活門（通氣）用于防止滑油系統滑油箱內壓力過高及滑油泄露。

3 故障可能定位與試驗驗證

3.1 故障可能定位

根據輔助動力裝置及滑油系統工作原理、故障現象分析，輔助動力裝置工作時，在尾噴管處出現冒白煙現象的可能原因有三種：

（1）軸承機匣封嚴失效。軸承機匣軸承支座渦輪端的滑油腔迷宮封嚴套封嚴效果變差，滑油漏出，在尾噴管處出現冒白煙現象。

（2）滑油電磁活門工作異常。輔助動力裝置工作過程中，滑油電磁活門未打開，滑油回油管路處于關閉狀態，滑油積存在軸承機匣軸承支座與滑油電磁活門進油口相連的管路內，滑油積存到一定量時，從軸承支座上迷宮封嚴套漏出，在尾噴管處出現冒白煙現象。

（3）燃油電磁活門(通氣)工作異常。輔助動力裝置工作過程中，燃油電磁活門未打開，導致滑油箱內的空氣無法排出，滑油箱內壓力增加，滑油回油受阻，滑油從軸承機匣軸承支座上迷宮封嚴套漏出，在尾噴管處出現冒白煙現象。

3.2 試驗驗證

3.2.1 故障復現試驗

外觀檢查故障輔助動力裝置，發現尾噴管內部有滑油痕跡，其他機件外觀檢查無異常。

清除故障輔助動力裝置尾噴管內部滑油痕跡后，將輔助動力裝置安裝在試車臺架上，試車前用手轉動離心葉輪，轉子轉動靈活。使用臺架工藝附件（含燃油電磁活門（通氣）、滑油電磁活門、滑油箱等），在起動、87%、100%狀態下試車，試車過程中檢查尾噴管無冒白煙現象，滑油壓力、滑油消耗量符合工藝規定，密封性合格。試車結束后靜置一段時間，檢查輔助動力裝置尾噴管處無油跡，離心葉輪處無油跡。可排除軸承機匣軸承支座上迷宮封嚴套封嚴失效，導致尾噴管處冒白煙的可能。

將試車臺架上的工藝附件燃油電磁活門（通氣），更換為隨輔助動力裝置返回的燃油電磁活門（通氣），在起動、87%、100%狀態下，試車過程中檢查尾噴管處無冒白煙現象，滑油壓力、滑油消耗量符合工藝規定，密封性合格。試車結束后靜置一段時間，檢查輔助動力裝置尾噴管處無油跡，離心葉輪處無油跡。可排除燃油電磁活門（通氣）工作異常，導致尾噴管處冒白煙的可能。

將試車臺架上的工藝附件滑油電磁活門，更換為隨輔助動力裝置返回的滑油電磁活門，在起動、87%、100%狀態下，試車過程中檢查尾噴管出現冒白煙現象；試車結束后靜置一段時間，檢查輔助動力裝置尾噴管出口有油跡，確認為滑油，檢查離心葉輪處有油跡。確認導致尾噴管處冒白煙是滑油電磁活門工作異常造成的。

通過試驗驗證，在確認滑油電磁活門工作異常導致尾噴管處冒白煙后，為查明故障產生的真正原因，對滑油電磁活門進行了進一步的檢查。

3.2.2 滑油電磁活門檢查

在不通電的情況下，在滑油電磁活門進油管口充入滑油，檢查滑油電磁活門出油管口處無滑油漏出，表明滑油電磁活門處于密封狀態。

用兆歐表測量插頭插針（“-”“+”）與殼體之間的絕緣電阻值為0（技術要求插針與殼體之間的絕緣電阻值不低于20 MΩ），不符合技術文件要求。

分開滑油電磁活門線圈和插座部分，發現插座后的導線（-）絕緣層燒熔，金屬絲露出，導線（+）有輕微燒熔痕跡，金屬絲露出，與殼體相接，形成短路。線圈殼體端面和插頭內端面有燒傷痕跡（見圖2），且導線有重疊現象。

圖2

檢查滑油電磁活門其他零組件未見異常。通過對滑油電磁活門的進一步分解檢查，確認滑油電磁活門導線與殼體之間存在短路。滑油電磁活門主要由①線圈組件、②銜鐵、③插座、④活門體、⑤ 蓋 、⑥彈簧、⑦錐體組成(見圖3)。正常情況下，滑油電磁活門通電后，芯桿向上移動，打開滑油進油管口與出油管口之間的油路。斷電時，芯桿在彈簧彈力的作用下將密封錐體壓向活門體，關閉滑油進油管口與出油管口之間的油路。由于滑油電磁活門導線與殼體之間存在短路，通電后，芯桿無法向上移動，滑油進油管口與出油管口之間的油路始終處于關閉狀態。

圖3

4 故障機理分析

輔助動力裝置起動時，起動電動機帶動傳動機匣內的齒輪轉動，滑油泵從滑油箱抽取滑油，把它輸送到滑油分配器，然后通過滑油分配器向輔助動力裝置減速傳動盒和軸承機匣軸承室輸送潤滑用的滑油，潤滑后的滑油經滑油電磁活門流回滑油箱。本次故障發生是由于滑油電磁活門電氣線路存在短路，滑油回油通道未打開，潤滑后的滑油無法正常流回滑油箱，積存在軸承機匣軸承支座與滑油電磁活門進油口相連的管路內，積存一定量后，滑油從軸承機匣軸承支座上的迷宮封嚴套（篦齒封嚴結構）漏出，進入排氣通道，在高溫的作用下，滑油汽化，隨氣流流向尾噴管，使尾噴管處出現冒白煙現象。

5 結論

輔助動力裝置尾噴管冒白煙的原因是滑油電磁活門工作異常，滑油電磁活門工作異常的原因是滑油電磁活門導線短路。為防止滑油電磁活門導線短路故障的產生，可在導線表面增加導線防護套；同時合理控制導線長度，防止導線重疊壓傷。