侯永軍，尚學強

(中國航發(fā)北京航科發(fā)動機控制系統(tǒng)科技有限公司，北京 102200)

0 引言

燃油調(diào)節(jié)器大量應用于直升機發(fā)動機燃油系統(tǒng)中。在現(xiàn)場使用中，該調(diào)節(jié)器頻繁發(fā)生殼體結合面滲油故障，生產(chǎn)廠經(jīng)過分析認為原因是密封圈材料低溫性能不足，故采用了低溫性能更加良好的材料，漏油故障在短期內(nèi)排除，但經(jīng)過一段時間后此故障會再次出現(xiàn)。

通常分析燃油調(diào)節(jié)器漏油的原因，一是橡膠圈老化，裝配不當，引起橡膠圈損傷造成產(chǎn)品漏油[1-4]；二是零件安裝槽加工尺寸偏大，密封圈的壓縮量不能滿足密封要求，進而引起產(chǎn)品漏油。針對裝配問題，采用禁止使用汽油清洗橡膠圈，裝配使用引導工裝，避免劃傷以解決漏油；對于壓縮量不足，則通過增加密封圈壓縮量來解決。本次產(chǎn)品故障采用以上方法后，短時間內(nèi)在常溫下不發(fā)生漏油，但在外場使用一段時間，尤其是在冬季，故障會再次發(fā)生，故針對此故障特點進行分析。

1 故障特點

統(tǒng)計2年內(nèi)發(fā)生滲油故障的25臺燃油調(diào)節(jié)器特點，總結如下：

1)發(fā)生在冬季。燃油調(diào)節(jié)器殼體結合面滲油故障集中發(fā)生在11月份到次年2月份，具體產(chǎn)品故障分布時間及數(shù)量如圖1所示。

2)集中在北方。發(fā)生故障的燃油調(diào)節(jié)器主要分布在中國北方，在北方發(fā)生故障的產(chǎn)品數(shù)量占總故障產(chǎn)品數(shù)量的96%。故障產(chǎn)品的地區(qū)分布見圖2。

3)翻修后的產(chǎn)品多于批產(chǎn)產(chǎn)品(未經(jīng)過翻修的產(chǎn)品)。在產(chǎn)品進行翻修時，用于密封的密封圈、薄膜等橡膠件是必換件。故障產(chǎn)品類型分布見圖3。

圖1 故障時間及數(shù)量分布(單位：臺)Fig.1 Failure time and quantity distribution

圖2 故障地區(qū)分布Fig.2 Failure area distribution

圖3 故障產(chǎn)品類型分布Fig.3 Fault product type distribution

4)殼體結合面滲油占主要方面。將故障按照故障部位進行3處劃分，分別對應3種不同的密封形式，即：殼體結合面處的密封圈形式為端面密封；限壓器薄膜處的密封形式為殼體端面通過粘接壓緊膜片進行密封；限壓器和中間殼體結合面處的密封形式為端面密封和徑向密封。故障位置分布見圖4。

5)故障現(xiàn)象不同。滲油故障發(fā)生在直升機上使用時，現(xiàn)象為滲出的燃油呈滴狀落下；在生產(chǎn)廠內(nèi)的驗收試驗臺上運轉較長時間后，故障現(xiàn)象為殼體結合面出現(xiàn)亮邊。

圖4 故障位置分布Fig.4 Fault location distribution

2 故障分析

按照漏油部位不同，將燃油調(diào)節(jié)器的結合面劃分為5處：泵蓋和調(diào)節(jié)器殼體之間(結合面Ⅰ)、調(diào)節(jié)器殼體和中間殼體之間(結合面Ⅱ)、中間殼體和蓋體之間(結合面Ⅲ)、中間殼體和限壓器殼體結合面處(結合面Ⅳ)、薄膜結合面(結合面Ⅴ)。結合面Ⅰ～Ⅳ的密封形式是O型密封圈被徑向壓縮或端面壓縮形成密封(圖5)。結合面Ⅴ是薄膜粘接在2個殼體端面通過螺釘壓緊進行密封。

圖5 密封形式Fig.5 Sealing form

根據(jù)密封圈的密封機理[5]和薄膜處的密封機理分析可知，能夠引起滲油故障的原因有以下幾個方面：

1)密封圈的壓縮量不符合要求；

2)密封部位的表面粗糙度不符合使用要求；

3)密封材料不滿足溫度的使用范圍；

4)殼體間的壓緊力偏小導致密封圈的壓縮量不足；

5)薄膜的粘接方法不當。

3 驗證

3.1 壓縮量分析驗證

密封圈壓縮量的大小直接影響密封部位的好壞。密封圈的壓縮量太小，在使用中密封圈起不到密封作用；密封圈的壓縮量太大，其老化速率和變形速率加快，可靠性將大幅度降低，使用壽命將縮短。按照國內(nèi)密封圈標準的壓縮量要求[6]，端面密封和徑向密封圈的壓縮量應在11%～20%之間。影響徑向密封壓縮量的因素為尺寸，包含密封圈的尺寸、密封槽的尺寸和安裝孔的尺寸；而對于端面密封的形式，影響壓縮量的因素還有2個殼體結合面通過螺釘緊固的程度。

將產(chǎn)品5個結合面處的密封圈按照相應密封類型分別進行計算，大部分密封圈的壓縮量滿足相關標準的要求。但是，結合面Ⅲ處的1個密封圈最小壓縮量為5.26%；結合面Ⅴ處的1個密封圈最小壓縮量為8.5%，2處密封圈壓縮量偏小是引起故障的原因之一。

3.2 表面粗糙度分析驗證

密封圈所處安裝位置的零件表面粗糙度[7]是影響密封圈密封效果的重要因素之一。如果密封圈所處的孔粗糙度較低，密封圈在安裝過程中易劃傷或磨損；另外，不論徑向密封還是端面密封，如果密封圈和其接觸面接觸質量差，將不能很好地封住燃油，無法起到密封效果。

經(jīng)過復查零件圖紙和檢查零件表面的實際加工情況，密封圈安裝位置的粗糙度符合標準的要求。表面粗糙度不是引起此次滲油故障的原因。

3.3 密封材料分析驗證

此型產(chǎn)品使用的密封圈主要為丁腈橡膠[8]，根據(jù)材料標準對此種密封圈的要求，密封圈的持久使用溫度為-20～120 ℃，限制使用溫度為-20～140 ℃。實際情況是，安裝該密封圈的產(chǎn)品經(jīng)常在新疆、東北等地區(qū)使用，這些地區(qū)氣溫常常在-20 ℃以下。按照評定標準，產(chǎn)品所選密封材料不能滿足實際使用環(huán)境的要求。為了解決此問題，參考國外同類產(chǎn)品中密封圈材料的選擇情況，制作了一批氟硅橡膠的密封圈，氟硅橡膠的使用溫度范圍為-55～250 ℃。

為了驗證材料對密封性的影響[9]，將分別裝氟硅橡膠密封圈和丁腈橡膠密封圈材料的2臺產(chǎn)品進行靜態(tài)低溫存儲試驗。將產(chǎn)品存放在-55 ℃的低溫箱中24 h以上，取出后直接安裝在試驗臺上進行密封性檢查。試驗結果表明：使用丁腈橡膠密封圈的產(chǎn)品滲油；而安裝氟硅橡膠密封圈的產(chǎn)品密封性合格，無滲漏。因此，在低溫情況下，結合面滲油的主要原因是密封圈材料的低溫性能不能滿足使用環(huán)境的要求，產(chǎn)品更換氟硅橡膠可以滿足使用要求。因此，密封材料選擇不當是引起產(chǎn)品在低溫下漏油的重要原因之一。

3.4 端面密封處螺釘?shù)臄Q緊程度

對于端面密封，2個殼體貼合的程度直接影響密封圈的壓縮量。在燃油調(diào)節(jié)器中，殼體貼合的緊度通過螺釘和鋼絲螺套[10]實現(xiàn)。因翻修產(chǎn)品出現(xiàn)滲油故障的數(shù)量要遠大于批產(chǎn)產(chǎn)品，而翻修產(chǎn)品中的密封圈是必換件，螺釘、鋼絲螺套和殼體基本不更換，因此，各零件在使用一個壽命周期后是否出現(xiàn)磨損，緊固力矩是否符合相關規(guī)定，均需要一一驗證。

1)鋼絲螺套驗證。首先，從鋼絲螺套的專業(yè)生產(chǎn)廠家了解到，鋼絲螺套是經(jīng)過冷軋鋼絲纏繞而成，其強度和硬度都很高，在使用中不會出現(xiàn)磨損。后經(jīng)驗證，鋼絲螺套確未磨損。其次，鋼絲螺套在安裝前需要檢驗安裝底孔的螺紋是否合格，按照安裝標準安裝后，使用相應的螺紋通規(guī)、止規(guī)進行檢驗其是否合格。在驗證過程中，不但對發(fā)生故障的產(chǎn)品的鋼絲螺套進行檢查，還對新產(chǎn)品進行多次拆裝試驗檢驗其磨損情況，結果表明：鋼絲螺套沒有被磨損，在經(jīng)過一個或多個壽命周期后，其內(nèi)徑大小符合相關標準的規(guī)定。

2)螺釘磨損檢查。在產(chǎn)品翻修中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)螺釘表明的涂層磨損。但使用螺紋的通環(huán)規(guī)和止環(huán)規(guī)對螺釘?shù)耐饴菁y部分進行檢測時，未發(fā)現(xiàn)不合格情況。因此，螺釘、鋼絲螺套不是產(chǎn)品結合面滲油的原因。

在產(chǎn)品裝配過程中，螺釘?shù)臄Q緊力矩需要緊固到什么程度，裝配技術文件中沒有明確規(guī)定。實際生產(chǎn)中的做法是擰不動為止。參考國外通用技術文件要求和最新的裝配技術條件可知，產(chǎn)品上的每一個螺釘均存在力矩要求。螺釘擰緊力矩的大小直接影響到密封圈的壓縮量，它可能是影響密封效果的一個原因。

3.5 薄膜處滲油的分析和驗證

薄膜粘接是另外一種密封形式[11]，是將2張薄膜分別粘接在2個殼體端面上，通過螺釘緊固完成密封。影響此處密封的因素有3個，即零件表面狀態(tài)、薄膜的粘接方法和殼體間的緊固力矩。因為國內(nèi)外生產(chǎn)技術水平的差異，國產(chǎn)薄膜表面較光，不利于粘接，國外樣件表面織物紋理清晰便于粘接。對于殼體間的緊固力矩，故障產(chǎn)品上螺釘?shù)木o固程度未發(fā)現(xiàn)異常，因此不做討論，主要針對薄膜的粘接方法進行分析對比。

按照相關行業(yè)標準，薄膜粘接的方法有2種：1)薄膜表面涂膠后在室溫條件下停放8 h。2)薄膜表面涂膠后在60 ℃烘箱內(nèi)維持1 h。在實際生產(chǎn)中2種方法均采用。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，室溫停放8 h的方法因受到工作時間和工作環(huán)境限制，停放時長和室溫條件都很難達到要求。為了進一步驗證各方法的實施和效果，分別采用2種方法進行試驗，結果發(fā)現(xiàn)，室溫停放8 h的粘接方法粘接效果持久性好，而烘箱方法迅速，便于控制過程，適合生產(chǎn)加工，但粘接持久性較另一種略差。

經(jīng)過調(diào)整薄膜的粘接方法后，產(chǎn)品在外場使用中再未出現(xiàn)此處滲漏油故障。

4 結論

1)燃油調(diào)節(jié)器滲漏油故障具有頻發(fā)的特點，多發(fā)于北方、冬季，常見于翻修產(chǎn)品。

2)丁晴橡膠密封材料的低溫性能不能滿足產(chǎn)品的使用溫度范圍，是燃油調(diào)節(jié)器滲油故障的主要原因。

3)殼體結合面處的部分密封圈壓縮量偏低，是導致殼體結合面處滲油的原因之一；薄膜粘接時不能有效控制停放期間的溫度和時間，是導致薄膜處滲油的原因之一。

4)結合面處螺釘?shù)木o固力矩沒有明確要求，是導致結合面滲油的可能因素之一。