龐 昊 ，龐寶仁

(1. 四川亞美動力技術(shù)有限公司技術(shù)部，四川成都610041; 2. 營口職業(yè)技術(shù)學(xué)院人事處，遼寧營口115000)

0 引言

某渦輪軸發(fā)動機(jī)經(jīng)飛行使用一段時間后發(fā)現(xiàn)故障，返回發(fā)動機(jī)原生產(chǎn)制造廠(OEM)修理，更換了高壓渦輪盤及部分軸承.修理后以單元體形式運送回國，未總裝，在用戶庫房封存三年左右后進(jìn)行了外場裝配.對此發(fā)動機(jī)進(jìn)行了單元體組裝、配套附件總裝，并對總裝后的發(fā)動機(jī)進(jìn)行了在翼試車.調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)潤滑系統(tǒng)循環(huán)不暢故障，本文對故障原因進(jìn)行分析，制定排除故障方案，確定解決故障措施，以保證總裝工作安全有序，確保飛行安全.

1 發(fā)動機(jī)的潤滑系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

如圖1所示，該型號渦輪軸發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)由滑油箱、滑油濾、滑油泵、冷卻單元、離心通氣裝置及顯示裝置等組成.其中，滑油泵組件包括一個壓力泵及兩個回油泵，滑油濾其組成為過濾元件、旁通活門(閥門)、預(yù)關(guān)閉壓力開關(guān)和一個堵塞指示燈[1].

在滑油濾的出口位置設(shè)置一個單向活門(閥門)，以阻止?jié)櫥驮诎l(fā)動機(jī)關(guān)閉時回流至發(fā)動機(jī)內(nèi)部，冷卻器使用循環(huán)空氣來冷卻在發(fā)動機(jī)內(nèi)循環(huán)的潤滑油.

此渦輪軸發(fā)動機(jī)的潤滑系統(tǒng)可分為進(jìn)油、回油和通氣三個通道.當(dāng)渦輪軸發(fā)動機(jī)工作時，滑油供油泵將潤滑油泵出，經(jīng)滑油濾過濾后分成兩路，其中一路去前軸承，經(jīng)滑油噴嘴潤滑前軸承，而另一路經(jīng)單向活門(閥門)潤滑燃?xì)鉁u輪及動力渦輪后軸承和附件齒輪箱.潤滑系統(tǒng)停止工作后，潤滑油受重力作用回到發(fā)動機(jī)底部的油池中，隨即被兩個滑油回油泵經(jīng)過回油濾網(wǎng)及冷卻元件抽回滑油箱.

2 裝機(jī)地面試車時的故障現(xiàn)象

將此發(fā)動機(jī)安裝至直升機(jī)后，首先進(jìn)行兩次冷轉(zhuǎn)，觀察發(fā)動機(jī)潤滑油箱的油位有明顯下降，初步判斷潤滑系統(tǒng)工作正常.然后開車，當(dāng)發(fā)動機(jī)狀態(tài)接近地面慢車時，座艙人員未觀察到潤滑系統(tǒng)的壓力顯示(其他數(shù)值一切正常)，同時機(jī)外人員發(fā)現(xiàn)潤滑油箱窗口的油位也基本無變化，為安全起見，試車機(jī)組立即停車檢查.

經(jīng)過現(xiàn)場分析判斷，認(rèn)定發(fā)動機(jī)工作基本正常，但潤滑系統(tǒng)可能存在局部循環(huán)不暢的現(xiàn)象，于是再次開車嘗試延長工作時間來改善此問題.然而，第二次啟動依然存在座艙無潤滑油壓力顯示和油箱油位無變化的現(xiàn)象，遂決定停止試車，進(jìn)行故障分析和故障排除.

3 潤滑系統(tǒng)循環(huán)不暢故障的原因分析和故障排除

3.1 潤滑系統(tǒng)循環(huán)不暢故障的原因分析

(1)故障出現(xiàn)后，對整個組裝過程進(jìn)行了回顧，查閱維護(hù)手冊與中修手冊，認(rèn)真核對工作記錄單，確定總裝過程中無人為差錯，無漏裝錯裝，無其他異?，F(xiàn)象.

(2)調(diào)閱飛行參數(shù)數(shù)據(jù)，分析潤滑系統(tǒng)各項參數(shù).分析發(fā)現(xiàn)，整個系統(tǒng)中燃油壓力、滑油扭矩壓力顯示正常，但是潤滑系統(tǒng)壓力數(shù)值無顯示，而儀表工作正常.

(3)針對出現(xiàn)的潤滑系統(tǒng)管路不暢的問題，綜合分析故障現(xiàn)象及潤滑系統(tǒng)的特點，對可能存在的故障點、故障零件和部件進(jìn)行分析.

①油泵、油濾組件故障.理論上，發(fā)動機(jī)第一次冷轉(zhuǎn)時，油箱內(nèi)潤滑油有明顯減少，說明有潤滑油從油箱被抽入單元體內(nèi)，根據(jù)座艙顯示無滑油壓力顯示而扭矩壓力正常顯示，基本可以斷定油泵工作正常；同時油濾旁通指示無異常，也說明油濾無堵塞，從油泵進(jìn)入滑油濾的通路是暢通的.在拆分油泵、油濾的過程中，也未發(fā)現(xiàn)油泵油濾有異常和明顯故障[2].

②單向活門(閥門)不通.根據(jù)發(fā)動機(jī)機(jī)載多功能顯示儀(VEMD)上僅無滑油壓力顯示，結(jié)合維護(hù)手冊中潤滑系統(tǒng)的原理(如圖1中通往附件齒輪箱內(nèi)部滑油管路的單向活門)分析得出，如果單向活門(閥門)故障或堵塞，來自油泵傳輸過去的潤滑油將無法被傳輸?shù)竭_(dá)附件齒輪箱和M02單元體的油路中，這也會造成M02單元體無滑油供給.實踐中，維修人員拆除了M01單元體的低壓元件上的單向活門，目視檢查活門外觀良好，彈簧狀態(tài)正常，未發(fā)現(xiàn)活門有卡阻和明顯故障，所以判定單向活門無問題.

③潤滑系統(tǒng)氣塞.由于此渦輪軸發(fā)動機(jī)的單元體總裝前存放達(dá)三年之久，在排除前兩項故障模式之后，推斷潤滑系統(tǒng)管路中存在某個“堵點”.此“堵點”可能有兩種情況：其一，之前未排凈的滑油混合污物、雜質(zhì)垢，變質(zhì)成為油泥、油脂等黏性較大的物質(zhì)堵塞滑油管道；其二，滑油系統(tǒng)中有未排放干凈的空氣，造成氣壓大于油壓，對滑油回路造成氣塞導(dǎo)致滑油循環(huán)不暢[3].

3.2 潤滑系統(tǒng)循環(huán)不暢故障的排除

(1)故障出現(xiàn)后，征調(diào)相同機(jī)型的正常發(fā)動機(jī)進(jìn)行試車比較,包括冷運轉(zhuǎn)，地面慢車狀態(tài)，進(jìn)行充分試驗和對比.首先，確定在起動中，發(fā)動機(jī)正常狀態(tài)下，從油箱外的滑油觀察窗觀察滑油油位變化發(fā)現(xiàn)，油位波動明顯，且潤滑油從上部油孔處回油成氣泡狀流下(如圖2所示)；而組裝的故障機(jī)油窗處觀察發(fā)現(xiàn)滑油液位基本無變化，現(xiàn)象有明顯區(qū)別.其次，開車前斷開后軸承滑油供油管接頭(如圖2所示)，并開車?yán)滢D(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)正常機(jī)出油量很大、很明顯，故障機(jī)則流出很少量的滑油.需要說明的是，為對比滑油循環(huán)是否正常，可采用一個直觀有效的方法，即將一個容器連接到斷開的回油管斷口處，正常機(jī)在冷轉(zhuǎn)過程中流出了半瓶左右的滑油，而故障機(jī)只流出了瓶底多的滑油，兩機(jī)出油量有明顯差異.

(2)從飛機(jī)上拆下此渦輪軸發(fā)動機(jī)進(jìn)行逐項分解排查.斷開發(fā)動機(jī)外部滑油管路進(jìn)行檢查，各管道通暢無異常，卻發(fā)現(xiàn)M01齒輪箱單元體管路處油量比較充足，而M02單元體潤滑自由渦輪軸承及燃?xì)鉁u輪后軸承的管路里僅有少量潤滑油，且M02單元體底部回油管也基本無潤滑油，可確定滑油循環(huán)通路的堵塞位置在M01單元體后，M02單元體前.

(3)分解M01、M02單元體檢查，兩單元體連接法蘭和油路接口并無異常.為保險起見，拆分的各管路均進(jìn)行清洗和通暢檢查，同時拆分油泵、油濾進(jìn)行清洗檢測，排清發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)管路內(nèi)部潤滑油與空氣，發(fā)現(xiàn)泵組件正常，無損傷及異?，F(xiàn)象.

(4)在判斷無發(fā)動機(jī)硬件故障與排清發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)內(nèi)部空氣與污物后，按相關(guān)的技術(shù)工藝要求再次組裝發(fā)動機(jī)，重新進(jìn)行冷轉(zhuǎn)與試車.第一次冷轉(zhuǎn)，觀察油位變化較上次更加明顯，下降得更多一些.第二次冷轉(zhuǎn)，斷開后軸承滑油供油管接頭，滑油量明顯上升與正常發(fā)動機(jī)潤滑油量一致，證明潤滑油循環(huán)已經(jīng)正常.點火開車后，成功地由慢車至大車狀態(tài)，運轉(zhuǎn)30 min發(fā)動機(jī)狀態(tài)正常，各參數(shù)符合規(guī)定.后又經(jīng)一次開車驗證，發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)無誤，表明故障徹底排除.

綜上，潤滑系統(tǒng)循環(huán)不暢是由于系統(tǒng)組件或管路中某處產(chǎn)生的氣塞造成的，潤滑系統(tǒng)產(chǎn)生氣塞故障是常見問題，一旦出現(xiàn)類似故障，嚴(yán)禁強(qiáng)行起動，更不要盲目開大車去“沖擊”堵點，這樣很容易造成發(fā)動機(jī)軸承和傳動零件無潤滑工作，導(dǎo)致“燒軸”和“卡死”現(xiàn)象發(fā)生，造成無法修復(fù)的損失.

4 潤滑系統(tǒng)產(chǎn)生氣塞的故障分析

(1)潤滑系統(tǒng)組件堵塞.此發(fā)動機(jī)為修理油封后出廠并長期封存放置，在存放期間，當(dāng)油泵入口管路存在空氣時，油泵可能發(fā)生氣塞并導(dǎo)致油壓小于氣壓，無法泵油致使發(fā)動機(jī)滑油系統(tǒng)工作異常.

原理分析：在發(fā)動機(jī)首次冷轉(zhuǎn)時，滑油泵內(nèi)部構(gòu)件中基本無滑油存在，由于滑油箱位于發(fā)動機(jī)M01單元體底部，滑油泵需克服重力抽取滑油，并且該發(fā)動機(jī)滑油泵為齒輪擺線泵，供油油

壓不高(主滑油壓力200～500 kPa).如圖3所示，當(dāng)油泵入口管路中封存一定量空氣并首次泵起動后，泵前空氣被泵從入口送到出口，P3升高，P2降低，前者推動泵出口的氣體由當(dāng)量噴嘴排出(設(shè)流量為Q1)，之后使P1與P2之間形成壓差，使油箱內(nèi)的油位沿管路上升補(bǔ)充入口管路被排出的部分體積(設(shè)補(bǔ)充流量為Q2)，而P3與P2之間也形成壓差，使泵后空氣通過油泵間隙向前泵回流(設(shè)回流流量為Q3)，設(shè)泵的理論流量為Q，則：

Q=Q1+Q3；Q1=Q2

當(dāng)泵后阻力大于P3時，P3就無法推動泵出口的空氣排出，Q1=0，即Q=Q1=Q2=Q3=0，也就是說，泵的排量等于泵的回流量，滑油泵效率即為0，空氣在泵后堵塞，氣塞形成[4].

這也說明了發(fā)動機(jī)冷轉(zhuǎn)時，油箱油量明顯減少而后不變同時滑油系統(tǒng)壓力讀數(shù)為零的原因了.

(2)潤滑系統(tǒng)管路堵塞.由于此發(fā)動機(jī)存放靜置時間很長，發(fā)動機(jī)內(nèi)部傳導(dǎo)介質(zhì)僅為空氣，首次通油試車極易使得發(fā)動機(jī)管道內(nèi)部潤滑油內(nèi)外側(cè)出現(xiàn)壓力差，特別是當(dāng)潤滑油在發(fā)動機(jī)下部，需克服重力被抽取上來，如果這時管路中存在一小截空氣或者從潤滑油內(nèi)部析出空氣，遇到轉(zhuǎn)角處或截面減小處很有可能導(dǎo)致管路內(nèi)部形成氣塞現(xiàn)象，造成局部內(nèi)壓過大，中斷油路.

總之，當(dāng)發(fā)動機(jī)長時間靜置不用，或者是發(fā)動機(jī)試車時遇到供油泵壓力不大、管路截面變化很大的情況，潤滑系統(tǒng)就容易產(chǎn)生氣塞現(xiàn)象.

5 結(jié)語

本文針對發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)循環(huán)不暢的一種氣塞故障模式，提出故障排查及解決的方法.通過試車驗證，該方法能夠快速、準(zhǔn)確地處理外場實際機(jī)務(wù)工作中遇到的氣塞故障，為發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)外場故障分析與排查提供了新的思路和技術(shù)途徑.