胡秀強(qiáng) 楊立平
摘要:介紹了某型發(fā)動(dòng)機(jī)外場(chǎng)發(fā)生竄油故障的情況,對(duì)竄油故障機(jī)理進(jìn)行了研究驗(yàn)證,確定了故障原因,制定了預(yù)防措施。
關(guān)鍵詞:燃油調(diào)節(jié)器;竄油故障;試驗(yàn)驗(yàn)證
Keywords:fuel regulator;oil channeling fault;experimental verification
1 故障情況
某型發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行50h定檢時(shí)發(fā)現(xiàn)燃油調(diào)節(jié)器滑油濾有煤油味,后對(duì)所有該型發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行檢查,其中70%的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)現(xiàn)燃油調(diào)節(jié)器滑油濾有煤油味問題,檢查滑油箱、主輔滑油濾、附件機(jī)匣、中后軸承回油濾等處的滑油,均無異常。從燃油調(diào)節(jié)器滑油濾處取樣,化驗(yàn)滑油開口閃點(diǎn),檢測(cè)結(jié)果為120℃(技術(shù)規(guī)定為不低于135℃)。初步判斷原因是燃油調(diào)節(jié)器不密封,造成煤油竄入滑油腔內(nèi)。
2 燃油調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)及工作原理簡(jiǎn)介
該型發(fā)動(dòng)機(jī)燃油調(diào)節(jié)器由供油部分、滑油泵部分、控制部分和修正部分組成,其中供油部分的工作介質(zhì)為煤油,其他部分是滑油。兩種介質(zhì)交界部位有兩處:一處為液壓延遲器齒輪軸部位,通過皮碗和膠圈進(jìn)行密封隔絕,煤油不會(huì)竄入滑油腔;另一處是節(jié)流開關(guān)組件部位,襯套與殼體用膠圈密封,活門與襯套之間為間隙配合,工作時(shí)活門在襯套內(nèi)周向轉(zhuǎn)動(dòng)和軸向移動(dòng)(見圖1)。為防止燃滑油互竄,活門上設(shè)計(jì)有6道封嚴(yán)槽(簡(jiǎn)稱迷宮段),襯套上設(shè)計(jì)有2個(gè)Φ2.5mm的回油孔,迷宮段的設(shè)計(jì)間隙為0.008~0.012mm(見圖2、圖3)。
工作時(shí),從滑油泵引來的1.47MPa定壓滑油通到活門的左側(cè),節(jié)流開關(guān)來的煤油(最大約6MPa)通到活門的右側(cè),從迷宮段滲漏的煤油和滑油經(jīng)Φ2.5mm回油孔進(jìn)入燃油調(diào)節(jié)器燃油回油路(壓力為0.25~0.29MPa),再通過主燃油泵、燃油調(diào)節(jié)器進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室消耗掉。
從燃油調(diào)節(jié)器的工作原理來看,發(fā)生竄油的部位只能是節(jié)流開關(guān)組件部位,但在發(fā)動(dòng)機(jī)工作階段,燃油調(diào)節(jié)器節(jié)流開關(guān)組件中兩種油液的交匯部位因滑油的工作壓力始終大于煤油壓力,煤油無法竄入滑油腔,因此需要研究并驗(yàn)證該問題產(chǎn)生的原因。
3 分析驗(yàn)證
3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)試車驗(yàn)證
試車驗(yàn)證的目的是驗(yàn)證燃油調(diào)節(jié)器中煤油是在發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)還是停車過程中由燃油腔竄入滑油腔的。采用對(duì)比法來確定燃油是否竄入滑油腔。采集滑油腔不同時(shí)間的滑油,化驗(yàn)油品的閃點(diǎn),比較閃點(diǎn)的變化即可確定燃油是否竄入滑油。
在發(fā)動(dòng)機(jī)試車階段,共采集油樣20次,其中發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)采樣7次,發(fā)動(dòng)機(jī)停車過程采樣13次。發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)采樣分別在發(fā)動(dòng)機(jī)慢車狀態(tài)、額定狀態(tài)及最大狀態(tài)下進(jìn)行,停車過程采樣則在停車后不同的時(shí)間段進(jìn)行。從采樣油液滑油開口閃點(diǎn)的檢測(cè)對(duì)比中發(fā)現(xiàn),工作狀態(tài)的油樣開口閃點(diǎn)高于停車狀態(tài)的油樣開口閃點(diǎn)。
根據(jù)混合油靜置不同時(shí)間測(cè)量開口閃點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)果分析,測(cè)量誤差在8℃~10℃,依據(jù)此結(jié)果對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)上臺(tái)試驗(yàn)的第一組數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化,優(yōu)化結(jié)果如表1所示。
該試驗(yàn)涉及多次開車及停車,在此數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上將開車過程中及停車50s后取的油樣進(jìn)行人為過濾,生成如圖4所示的曲線圖。
從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)時(shí)滑油腔內(nèi)滑油閃點(diǎn)基本在180℃以上,與試車前滑油閃點(diǎn)對(duì)比無變化,可確定發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中無燃油竄入滑油腔。發(fā)動(dòng)機(jī)停車后,滑油腔內(nèi)的滑油閃點(diǎn)下降了8℃~10℃,能確定該發(fā)動(dòng)機(jī)停車后有微量煤油滲入滑油腔。
在試車臺(tái)上測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)停車過程中燃油調(diào)節(jié)器滑油腔壓力和燃油腔壓力。發(fā)動(dòng)機(jī)停車過程中,燃油調(diào)節(jié)器滑油定壓油壓力與燃油回油壓力均隨轉(zhuǎn)速下降逐漸降低,在50s前,滑油定壓油壓力高于燃油回油壓力;在50~60s之間,兩種壓力基本相同,約為0.28MPa;60s后滑油定壓油壓力低于燃油回油壓力,持續(xù)約4min,最大壓力差約為0.1MPa。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)停車過程中定壓滑油和燃油回油壓力的變化情況可知,滑油壓力下降速度較快,燃油回油壓力下降較慢,60s后定壓滑油壓力低于燃油回油壓力。燃油在壓差作用下,通過節(jié)流開關(guān)間隙滲入滑油腔,導(dǎo)致燃油調(diào)節(jié)器滑油濾處有燃油味。
分析試車結(jié)果,燃油調(diào)節(jié)器滑油濾有煤油滲入,滲入是在發(fā)動(dòng)機(jī)停車過程發(fā)生的,滲入量極少。主要原因是發(fā)動(dòng)機(jī)停車時(shí),節(jié)流開關(guān)左側(cè)的滑油壓力下降迅速,而右側(cè)的工作燃油由于進(jìn)口單向活門、出口單向活門和回油單向活門的關(guān)閉(活門關(guān)閉壓力為0.32~0.57MPa),形成封閉油腔,壓力下降比較緩慢,加之煤油滲透力較強(qiáng),使煤油通過迷宮段的間隙滲入滑油腔,經(jīng)過一段時(shí)間停放后逐漸流至滑油濾部位,造成煤油竄腔。
3.2 摻入煤油后調(diào)節(jié)器性能變化情況
為了驗(yàn)證滑油中竄入煤油對(duì)燃油調(diào)節(jié)器性能的影響,對(duì)燃油調(diào)節(jié)器滑油介質(zhì)摻入不同比例的煤油進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。選取一臺(tái)調(diào)試合格的燃油調(diào)節(jié)器,將設(shè)備滑油箱的滑油依次摻入3%、5%、8%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%煤油,分別檢查燃油調(diào)節(jié)器的節(jié)流特性、加速特性、五級(jí)和八級(jí)放氣活門工作轉(zhuǎn)速、慢車和極限轉(zhuǎn)速,驗(yàn)證結(jié)果表明:
1)節(jié)流特性在整個(gè)驗(yàn)證過程中無明顯變化。
2)加速特性在煤油摻入量低于40%時(shí),流量基本不變;摻入量超過40%時(shí),流量開始變??;摻入量超過60%時(shí),流量急劇變小。
3)五級(jí)和八級(jí)放氣活門工作轉(zhuǎn)速、慢車與極限轉(zhuǎn)速在煤油摻入量低于90%時(shí)基本不變,超過后有變大趨勢(shì)。
3.3 摻入煤油后閃點(diǎn)變化情況
為了驗(yàn)證滑油中竄入煤油對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑效果的影響,在混合滑油(75%8B,25%20號(hào)滑油)中摻入不同比例的煤油進(jìn)行開口閃點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)粘度檢測(cè),具體如表2所示。
3.4 小結(jié)
從閃點(diǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看,所檢查的發(fā)動(dòng)機(jī)僅有少量煤油滲入到燃油調(diào)節(jié)器滑油濾處;從滲漏失效驗(yàn)證情況來看,少量煤油從節(jié)流開關(guān)間隙滲入滑油腔;從滑油中摻入不同比例的煤油試驗(yàn)驗(yàn)證情況來看,少量煤油進(jìn)入滑油腔對(duì)燃油調(diào)節(jié)器性能無影響。從試驗(yàn)驗(yàn)證情況來看,當(dāng)試驗(yàn)設(shè)備滑油箱中摻入的煤油少于20%時(shí),對(duì)燃油調(diào)節(jié)器的性能無影響。大量煤油進(jìn)入滑油腔時(shí),加速特性流量變小,將會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能及從慢車加速到均衡轉(zhuǎn)速的加速過程,五級(jí)和八級(jí)放氣活門工作轉(zhuǎn)速、慢車與極限轉(zhuǎn)速會(huì)變大。
當(dāng)附件機(jī)匣滑油中摻入少量煤油時(shí),運(yùn)動(dòng)粘度下降不大,不影響潤滑油膜的形成,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑無影響。當(dāng)大量煤油進(jìn)入滑油系統(tǒng)時(shí),運(yùn)動(dòng)粘度下降較多,不利于潤滑油膜的形成,可能會(huì)導(dǎo)致齒輪和軸承潤滑不良,滑油溫度升高。
4 應(yīng)對(duì)措施
當(dāng)發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油調(diào)節(jié)器滑油濾有煤油滲入時(shí),飛機(jī)仍然可以參與飛行。飛行前,測(cè)量并記錄附件機(jī)匣內(nèi)腔滑油閃點(diǎn)應(yīng)不低于138℃,第一次飛行后再次測(cè)量附件機(jī)匣內(nèi)腔滑油閃點(diǎn),與飛行前的測(cè)量結(jié)果對(duì)比,降低不應(yīng)超過20℃且不低于138℃時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)可以在外場(chǎng)監(jiān)控使用。飛行過程中應(yīng)注意觀察發(fā)動(dòng)機(jī)滑油油量和滑油溫度無明顯上升。結(jié)合下一次50h定檢工作,檢測(cè)附件機(jī)匣內(nèi)的滑油閃點(diǎn),應(yīng)不低于138℃,發(fā)動(dòng)機(jī)可在外場(chǎng)正常使用。若附件機(jī)匣內(nèi)腔滑油閃點(diǎn)低于138℃,則應(yīng)更換發(fā)動(dòng)機(jī)滑油,進(jìn)行地面試車,試車后再次測(cè)量附件機(jī)匣內(nèi)滑油閃點(diǎn),大于138℃時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)可繼續(xù)使用,若仍低于138℃則進(jìn)行排故。
作者簡(jiǎn)介
胡秀強(qiáng),高級(jí)工程師,從事航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油附件技術(shù)工作。
楊立平,高級(jí)工程師,從事航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油附件技術(shù)工作。