李旺 曾廣樂 張蕊

摘 要：某型發(fā)動機在外場使用過程中出現(xiàn)了尾噴管嚴重冒煙問題，在整機檢查、驗證試車和分解檢查的基礎上，結(jié)合發(fā)動機通風系統(tǒng)原理進行了冒煙問題原因分析。確定原因為中心拉桿內(nèi)部積碳脫落堵塞回油濾網(wǎng)，導致積聚的滑油從封嚴裝置泄漏至發(fā)動機流道內(nèi)，引起尾噴管冒煙。針對問題原因，提出了兩個改進措施，經(jīng)試驗及使用驗證，措施有效，冒煙問題得到解決。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機;尾噴管冒煙;通風系統(tǒng)

1 問題描述

2019年6月，某型發(fā)動機配裝飛機在外場進行地面開車時，發(fā)動機尾噴管有濃煙冒出?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)動機B腔回油濾積碳嚴重。問題發(fā)生時，該發(fā)動機已累計工作600余小時。

2 廠內(nèi)整機檢查和驗證試車情況

2.1整機檢查

發(fā)動機返廠后，整機分解前檢查滑油泵各級回油濾網(wǎng)，除B腔回油濾網(wǎng)上收集大量片狀積碳（見圖1）外，其余濾網(wǎng)均無異常;整機狀態(tài)下檢查B腔、C腔外觀無漏油痕跡。

2.2 驗證試車

發(fā)動機返廠后，未排放滑油箱內(nèi)的滑油，仍使用外場帶回的滑油進行驗證試車，試車前清除B腔回油濾網(wǎng)積碳。整個試車過程中，發(fā)動機工作正常，無尾噴管冒煙現(xiàn)象，滑油消耗量在限制值范圍內(nèi)。

3 分解檢查情況

3.1 分解檢查

分解檢查發(fā)動機燃氣渦輪軸承座無異常，外表面無積碳現(xiàn)象，檢查動力渦輪軸承座無異常，外表面無積碳現(xiàn)象。

燃氣渦輪轉(zhuǎn)子表面無油跡。

檢查中心拉桿，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部有積碳，部分呈片狀起皮狀態(tài)，如圖2所示。

3.2 計量檢查

對動力渦輪軸承座、燃氣渦輪軸承座等相關(guān)零件進行尺寸精密計量，結(jié)果無異常。

3.3 理化分析

對收集到的積碳進行了理化分析。收集物呈黑色，表面光亮，尺寸約1mm×1mm至4mm×4mm不等，形狀不規(guī)則，經(jīng)紅外光譜、能譜、碳硫分析，收集物主要成分為碳，為酯類油的碳化物。

4 發(fā)動機通風系統(tǒng)及中心拉桿內(nèi)通風簡介

4.1 通風系統(tǒng)工作原理

通風系統(tǒng)是發(fā)動機滑油系統(tǒng)的重要組成部分，對于維持軸承腔的封嚴壓差，保證封嚴裝置正常工作，防止腔內(nèi)滑油（油氣）外泄具有重要作用[1]。通風系統(tǒng)常見形式有：節(jié)流式通風系統(tǒng)、自由式通風系統(tǒng)和軸心式通風系統(tǒng)[2]。

如圖3所示，該型發(fā)動機通風系統(tǒng)為軸心式通風系統(tǒng)，油氣分離過程和系統(tǒng)的通風均融于部件結(jié)構(gòu)設計。

各腔室的通風如下：

A腔的油氣進入動力渦輪軸和測扭基準軸間的環(huán)形槽，油被分離回到油池，分離后的油氣向后流動，經(jīng)動力后蓋板上的孔排出。

B腔的油氣進入中心拉桿和動力渦輪軸間的環(huán)形槽，油被分離回到油池，油氣向前流動至A腔，參與A腔的通風。

C腔的油氣通過測扭基準軸和通氣管間的通道進入基準軸內(nèi)孔，油分離后通過毛細孔至C腔，殘留的油沉積在蓋板，被回油泵抽回，油氣從發(fā)動機尾部排出。

滑油箱和附件機匣腔的油氣進入A腔，參與A腔通風。

4.2 中心拉桿內(nèi)通風簡介

發(fā)動機中心拉桿內(nèi)通風設計示意圖見圖4，B腔油氣進入動力渦輪軸和中心拉桿形成的環(huán)形通道，在旋轉(zhuǎn)離心力的作用下進行油氣分離，油氣中含有的滑油通過甩油凸臺分離后匯集在中心拉桿對應位置的環(huán)形槽中，然后通過中心拉桿上4-Φ4mm的小孔進入燃氣渦輪盤軸頸上對應的環(huán)形槽中，再通過與環(huán)形槽相連的4個排油槽回到B軸承腔?；氐紹軸承腔的滑油被甩到軸承腔壁面上，最后匯集到軸承腔下方通過回油管路回到滑油箱進行滑油循環(huán)。中心拉桿內(nèi)環(huán)進口處的螺紋除了在安裝時施加預緊力外，另外一個作用是螺旋趕油，可將離心力作用下甩到中心拉桿內(nèi)環(huán)進口處內(nèi)壁上的滑油驅(qū)趕回B軸承腔。

5 冒煙原因分析

由于中心拉桿內(nèi)環(huán)面存在凹槽，在發(fā)動機大狀態(tài)工作過程中，通風系統(tǒng)的油氣在凹槽內(nèi)聚集，高溫條件下產(chǎn)生積碳，在積碳厚度、粘結(jié)力、壁面粗糙度、發(fā)動機振動等多種因素的復雜作用下，積碳偶發(fā)性脫落，在發(fā)動機冷運轉(zhuǎn)和起動階段，由于B腔回油泵的抽吸作用，碳塊進入B腔，隨滑油一起被抽到B腔回油濾網(wǎng)處聚集，嚴重時會導致回油不暢，引起滑油在B腔積聚后從封嚴裝置處泄漏至發(fā)動機流道內(nèi)，導致尾噴管嚴重冒煙。

6 設計改進及驗證情況

6.1 改進措施

為解決中心拉桿積碳問題，在該型發(fā)動機改進項目中進行了相應優(yōu)化。采取了以下改進措施：

6.1.1 防止中心拉桿內(nèi)表面積油

如圖5所示，去除中心拉桿在渦輪盤下方對應的位置的凹的內(nèi)環(huán)面，保持中心拉桿內(nèi)表面平直無積油處。

6.1.2 增加B腔油氣分離裝置

如圖6所示，利用中心拉桿上的壓緊螺母和動力渦輪軸上的轉(zhuǎn)動體內(nèi)環(huán)，在B腔內(nèi)部，中心拉桿與動力渦輪軸形成的通道進口處設置較高效的離心式油氣分離結(jié)構(gòu)，盡可能減少滑油進入中心拉桿內(nèi)部。

（1）中心拉桿上的壓緊螺母上設置2排24×φ1mm的通氣孔，通氣孔底部分別設置鍋形收油槽，利用離心力進行油氣初步分離;

（2）內(nèi)環(huán)上設置梯形螺紋，將油氣往油池方向驅(qū)趕，減少滑油進入中心拉桿內(nèi)部。

與改進前比較，B腔油氣設置了兩級分離裝置，并且加裝的油氣分離裝置分離效果更高，從定性上分析，改進后的油氣分離效果應遠高于改進前;另一方面，由于中心拉桿內(nèi)表面平直無積油處，可從根本上解決中心拉桿積碳的問題。

6.2 驗證情況

落實改進措施的該臺發(fā)動機在廠內(nèi)試車情況良好，整個試車過程中，發(fā)動機工作正常，無尾噴管冒煙現(xiàn)象，滑油消耗量在限制值范圍內(nèi)。

同時，中心拉桿積碳導致冒煙問題的改進措施在該型發(fā)動機改進項目中進行了貫徹，落實了改進措施的發(fā)動機在廠內(nèi)首翻期持久試車及外場使用中均未出現(xiàn)此類冒煙問題，使用情況良好。發(fā)動機分解檢查情況較好，中心拉桿內(nèi)積碳僅為薄皮狀，極大的改善了積碳情況，問題得到有效解決。

7 結(jié)論

該發(fā)動機在工作中中心拉桿內(nèi)產(chǎn)生嚴重積碳，發(fā)動機起動階段，積碳脫落后被回油泵抽吸聚集在回油濾網(wǎng)上，其脫落原因與積碳厚度、粘結(jié)力、壁面粗糙度、發(fā)動機振動等多種因素有關(guān)?；赜蜑V網(wǎng)堵塞后，導致B軸承腔回油不暢，從而引起B(yǎng)軸承腔積油，積聚的滑油從軸承腔封嚴處泄漏到主流道中導致發(fā)動機尾噴管冒煙。

采取的防止中心拉桿內(nèi)表面積油、增加B腔油氣分離裝置等措施，可以有效改善中心拉桿內(nèi)積碳情況，解決尾噴管冒煙問題。

參考文獻

[1] 馬枚.航空發(fā)動機軸心通風系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)演變及分析[J].燃氣渦輪與研究，1994（4）：23-30.

[2] 曾廣樂.航空發(fā)動機滑油通風系統(tǒng)研究[D].南京：南京航空航天大學，2014.