■ 唐湘林 黃漢超 吳學(xué)深 何建/ 陸軍裝備部駐株洲地區(qū)航空軍事代表室 陸軍航空兵學(xué)院

2021年5—6月，某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)在外場使用時(shí)出現(xiàn)超轉(zhuǎn)燈先閃亮后常亮現(xiàn)象，檢查發(fā)現(xiàn)雙極轉(zhuǎn)速傳感器端面鼓包碰磨，后續(xù)更換了2件新品雙極轉(zhuǎn)速傳感器，故障仍然出現(xiàn)，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)返廠維修。

1 故障復(fù)現(xiàn)

發(fā)動(dòng)機(jī)返廠進(jìn)行故障現(xiàn)象驗(yàn)證。按相關(guān)要求拆下發(fā)動(dòng)機(jī)的雙極轉(zhuǎn)速傳感器，安裝1件合格新件，進(jìn)行臺架驗(yàn)證試車。

當(dāng)Ng達(dá)到85%，滑油進(jìn)油溫度為61.58℃時(shí)，總進(jìn)油路的滑油供油壓力（PH）為340～345kPa，M02和M03的供油壓力（PH1）為369.51kPa（見圖1中的PH1隨QHE曲線圖中的“x”），PHR（M04和M05的 供 油 壓 力）為287.25KPa（見 圖1中 的PHR隨QHE變化曲線圖中的“x”），PH1和PHR均高于驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)（見圖1中的兩曲線之間）。

圖1 Ng為85%時(shí)的滑油壓力

試車至28min時(shí)，車臺超轉(zhuǎn)指示燈異常燃亮，試車停止。停車后檢查雙極轉(zhuǎn)速傳感器，發(fā)現(xiàn)新品傳感器端面出現(xiàn)鼓包碰磨現(xiàn)象，見圖2。驗(yàn)證試驗(yàn)出現(xiàn)了滑油壓力高于驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，車臺超轉(zhuǎn)指示燈異常燃亮，雙極轉(zhuǎn)速傳感器端面鼓包碰磨等現(xiàn)象，與外場故障情況一致，發(fā)動(dòng)機(jī)故障復(fù)現(xiàn)。

圖2 雙極轉(zhuǎn)速傳感器對比

2 分解檢查

按照要求對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了分解檢查、尺寸測量、流量試驗(yàn)及理化分析等工作，所有單元體分解至零組件。分解過程中重點(diǎn)檢查發(fā)動(dòng)機(jī)所有滑油流路、滑油濾、磁性堵頭等有無金屬屑或密封圈殘余物，具體情況如下。

1）M05單元體機(jī)械式磁性堵頭、發(fā)動(dòng)機(jī)滑油總進(jìn)油路的滑油濾有少量金屬屑，其余滑油濾、磁性堵頭未見金屬屑。

2）M04單元體自由渦輪軸承座、導(dǎo)流罩表面粘有較多金屬屑，金屬屑均呈燒結(jié)顆粒狀，部分表面呈灰色，其余呈黑色，最大尺寸為3.9mm×4.5mm。

3）減速機(jī)匣前部的滑油進(jìn)油路（孔徑φ3mm）內(nèi)有一段密封圈殘余物，長約6mm，直徑約2.68mm，斷口明顯；未見發(fā)動(dòng)機(jī)上的膠圈有破損現(xiàn)象。

4）滑油泵中的自由渦輪和減速齒輪箱回油泵殼體有深度超過0.1mm的拉溝。

5）M04單元體前軸承外環(huán)整體呈黑色，跑道面及兩側(cè)擋肩部位可見大量黑色黏結(jié)物；內(nèi)環(huán)整體呈黑色，跑道面及兩側(cè)擋肩部位可見大量黑色黏結(jié)物，兩側(cè)擋肩表面可見周向刮磨痕跡；18粒滾子均已磨成腰鼓形，其中有連續(xù)的3粒滾子靠內(nèi)圓側(cè)存在擠壓磨損平面。所有滾子表面均呈黑色，表面可見黑色黏結(jié)物；保持架所有表面均覆蓋有黑色黏結(jié)物，局部表面可見輕微原始金屬色，兜孔內(nèi)部可見與滾子端面的接觸磨損痕跡；M04單元體中軸承內(nèi)環(huán)端面和滾子表面輕微發(fā)藍(lán)；篦齒封嚴(yán)圈篦齒磨損。

6）M05單元體的主動(dòng)齒輪軸承、中間齒輪軸承滾子有輕微磨痕；三聯(lián)軸承2#軸承內(nèi)環(huán)有一處輕微劃痕。

7）其余未見異常。

3 裝配情況復(fù)查

3.1 原始裝配復(fù)查

該 發(fā) 動(dòng)機(jī)于2020年7月25日第一次裝配完成，7月28日進(jìn)行檢驗(yàn)試車，性能、扭矩曲線不合格，M01結(jié)合面有油跡，下臺排故。排故中對M01、M02、M03、M05單元體進(jìn)行分解，M04單元體未分解；排故后于8月14日復(fù)裝，8月17日檢驗(yàn)試車，交付合格。

3.2 雙極轉(zhuǎn)速傳感器復(fù)查

復(fù)查第一次大修時(shí)履歷本上的測量記錄：M04單元體雙極轉(zhuǎn)速傳感器安裝定位凸緣到音輪齒頂尺寸為23.34mm，雙極轉(zhuǎn)速傳感器定位凸緣到端面尺寸為22.91mm，雙極轉(zhuǎn)速傳感器端面與音輪齒頂?shù)拈g隙為0.43mm（技術(shù)要求為0.3～0.46mm），滿足技術(shù)要求。

該臺發(fā)動(dòng)機(jī)共造成4件GZ-18雙極轉(zhuǎn)速傳感器頭部磨損（外場3件、廠內(nèi)1件）。4件傳感器的編號分別為N2882、N3841、N4515、N2310（廠 內(nèi)驗(yàn)證試車用），不屬于同一批次。經(jīng)制造廠復(fù)查出廠數(shù)據(jù)，均合格。

3.3 密封圈狀態(tài)復(fù)查

該發(fā)動(dòng)機(jī)廠內(nèi)第一次大修時(shí)裝機(jī)的滑油濾芯為新件，密封圈裝在滑油濾芯上隨滑油濾芯一起裝機(jī)，廠內(nèi)未更換。本次返廠后分解檢查滑油濾芯編號仍為該新件。該型發(fā)動(dòng)機(jī)隨機(jī)備件目錄中無滑油濾芯密封圈，發(fā)動(dòng)機(jī)出廠時(shí)未配備滑油濾芯密封圈備件到外場。

根據(jù)生產(chǎn)廠家復(fù)查，滑油濾芯（編號1903030）配套的密封圈批次號為1811-9-2。該批次零件使用的是F2018-360批5880T（丁腈橡膠）膠料，其廠家合格證及入廠復(fù)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)均合格?；蜑V芯（編號1903030）配套的密封圈（編號1811-9-2）生產(chǎn)過程中各參數(shù)均符合工藝規(guī)程要求，生產(chǎn)過程受控。

3.4 外場情況復(fù)查

2020年11月16日 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 完 成100h定檢（檢查、清洗滑油濾）；2021年2月3日發(fā)動(dòng)機(jī)完成200h定檢（檢查、清洗滑油濾）；2021年5月10日發(fā)動(dòng)機(jī)完成300h定檢（檢查、清洗滑油濾）；2021年5月14日飛行中超轉(zhuǎn)燈先閃亮后常亮，換上第1件N3841號雙極轉(zhuǎn)速傳感器，在更換雙極轉(zhuǎn)速傳感器前，拆下滑油濾芯檢查，發(fā)現(xiàn)滑油濾芯上的密封圈被切斷缺失，拆下扭矩壓力傳感器轉(zhuǎn)接座、M01及M05單元體磁性堵頭、前測壓點(diǎn)四通接頭進(jìn)行檢查，未找到切斷部分的密封圈；2021年6月1日飛行中超轉(zhuǎn)燈報(bào)警（N3841號雙極轉(zhuǎn)速傳感器工作了15h），換上第2件N4515號雙極轉(zhuǎn)速傳感器；2021年6月5日飛行中超轉(zhuǎn)燈報(bào)警（N4515號雙極轉(zhuǎn)速傳感器工作了8h39min），鑒于故障反復(fù)，發(fā)動(dòng)機(jī)返廠維修。

3.5 維護(hù)資料復(fù)查

根據(jù)該型發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)手冊要求，關(guān)于主滑油濾、堵塞指示器和油濾底座的維護(hù)有如下要求：在安裝油濾時(shí)，若O形封嚴(yán)圈掉入底座內(nèi)會(huì)引起嚴(yán)重后果。因此，裝配前，確信該封嚴(yán)圈正確地位于油濾凸臺處，否則，選一個(gè)新的內(nèi)徑合適的封嚴(yán)圈；裝配中，確信封嚴(yán)圈沒有脫落。

4 故障原因分析

雙極轉(zhuǎn)速傳感器是磁電式傳感器，安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)自由渦輪軸承座上。包含傳感器頭部、插頭、套管、密封圈等。頭部的兩個(gè)凸臺與安裝在自由渦輪軸上的兩個(gè)音輪相對應(yīng)。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，音輪擾動(dòng)傳感器頭部周圍的磁場，傳感器產(chǎn)生交流電信號，通過自身電纜、直升機(jī)電纜傳給發(fā)動(dòng)機(jī)的超轉(zhuǎn)控制盒，超轉(zhuǎn)控制盒控制直升機(jī)座艙的超轉(zhuǎn)指示燈。

發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，直升機(jī)座艙的超轉(zhuǎn)指示燈應(yīng)處于熄滅狀態(tài)。若雙極轉(zhuǎn)速傳感器頭部被磨損，會(huì)造成輸出信號異常，導(dǎo)致超轉(zhuǎn)控制盒控制直升機(jī)座艙的超轉(zhuǎn)指示燈異常燃亮。

雙極轉(zhuǎn)速傳感器頭部結(jié)構(gòu)如圖3所示，頭部及兩個(gè)凸臺的材料均為4Cr13不銹鋼，兩個(gè)凸臺通過鉛基釬料釬焊在頭部上，內(nèi)部填充環(huán)氧樹脂。雙極轉(zhuǎn)速傳感器頭部的允許溫度范圍為-55～250℃，若環(huán)境溫度過高，會(huì)造成環(huán)氧樹脂膨脹，導(dǎo)致傳感器頭部端蓋上的兩個(gè)凸臺貼近發(fā)動(dòng)機(jī)音輪，被音輪磨損。

圖3 雙極轉(zhuǎn)速傳感器示意圖

4.1 故障樹分析

根據(jù)該型發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，建立雙極轉(zhuǎn)速傳感器端面鼓包碰磨故障樹，如圖4所示。

4.2 影響因素排查

由圖4可知共有7個(gè)底事件，對這7個(gè)底事件逐一進(jìn)行分析和梳理。

圖4 故障樹

1）X1、X2、X3間隙不合格：返廠分解后對X1、X2、X3進(jìn)行測量，結(jié)果合格。根據(jù)X1、X2、X3的測量值，按圖5進(jìn)行計(jì)算，可知雙極轉(zhuǎn)速傳感器端面與音輪齒頂裝配間隙合格。復(fù)查外場、上次大修及驗(yàn)證試驗(yàn)時(shí)雙極轉(zhuǎn)速傳感器端面與音輪齒頂裝配間隙，均合格。因此排除X1、X2、X3的影響因素。

2）X4轉(zhuǎn)子定位尺寸不合格：返廠分解后對轉(zhuǎn)子定位尺寸進(jìn)行測量，結(jié)果合格。因此排除X4的影響因素。

3）X5排氣溫度高：無論是外場使用還是廠內(nèi)驗(yàn)證試驗(yàn)過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度均正常。因此排除X5的影響因素。

4）X6隔熱罩損壞：返廠分解后檢查隔熱罩外觀，未見異常。因此排除X6的影響因素。

5）X7滑油油路堵塞：返廠分解后發(fā)現(xiàn)減速機(jī)匣前部的滑油進(jìn)油路（孔徑φ3mm）內(nèi)被密封圈殘余物（長約6mm，直徑約φ2.68mm）堵塞。因此不能排除X7的影響因素。

綜上分析，除X7滑油油路堵塞底事件不能排除外，其余底事件均可排除。

4.3 機(jī)理分析

從滑油濾芯和油濾底座結(jié)構(gòu)分析，導(dǎo)致密封圈切斷的原因可能是滑油濾芯上的密封圈未完全安裝到位。切斷的密封圈殘余物掉入油濾底座進(jìn)油孔內(nèi)，受從滑油增壓泵出來的滑油沖擊，經(jīng)附件機(jī)匣內(nèi)部油路、M05單元體滑油進(jìn)油管進(jìn)入減速機(jī)匣前部組合，最終被潤滑導(dǎo)管阻攔，停留在減速機(jī)匣前部至潤滑導(dǎo)管的φ3mm油道孔內(nèi)。該油路的滑油，一部分進(jìn)入潤滑導(dǎo)管潤滑三聯(lián)軸承，另一部分經(jīng)過減速機(jī)匣前部組合的油道孔，對M04單元體的軸承、軸承座等零件進(jìn)行潤滑和冷卻。

由于滑油流路被堵塞，進(jìn)入M04單元體和潤滑導(dǎo)管的滑油流量不足，滑油的潤滑、冷卻作用效果大幅減小，造成M04單元體工作中產(chǎn)生的熱量無法被及時(shí)帶走，導(dǎo)致單元體軸承座內(nèi)腔溫度異常升高，單元體前軸承磨損。同時(shí)，安裝在M04單元體上傳感器內(nèi)部的環(huán)氧樹脂非金屬灌封物受異常高溫后膨脹，導(dǎo)致傳感器端面鼓包，使雙極轉(zhuǎn)速傳感器端面與音輪齒頂裝配間隙消失，傳感器端面與音輪出現(xiàn)碰磨。由于滑油流路被堵塞，發(fā)動(dòng)機(jī)滑油出油少，同時(shí)還造成發(fā)動(dòng)機(jī)滑油壓力高現(xiàn)象。

M04、M05單元體的滑油回油由滑油泵中的自由渦輪和減速齒輪箱回油泵抽回，經(jīng)散熱器、滑油箱再進(jìn)入滑油總進(jìn)油路的滑油濾。M04單元體前軸承磨損和雙極轉(zhuǎn)速傳感器端面碰磨后產(chǎn)生的金屬屑污染了上述油路，金屬屑隨滑油進(jìn)入滑油總進(jìn)油路的滑油濾，但是經(jīng)滑油濾過濾后，不會(huì)污染其他油路（即不會(huì)污染M01、M02、M03單元體），這與返廠故檢情況相符合。即M05單元體機(jī)械式磁性堵頭、滑油總進(jìn)油路的滑油濾進(jìn)口有少量金屬屑，其余滑油濾、磁性堵頭未見金屬屑；M04單元體自由渦輪軸承座、導(dǎo)流罩表面上粘有金屬屑；M05單元體的主動(dòng)齒輪軸承、中間齒輪軸承有輕微磨痕；滑油泵的自由渦輪和減速齒輪箱回油泵殼體拉溝等，而M01、M02、M03單元體檢查未發(fā)現(xiàn)異常。

4.4 糾正措施

嚴(yán)格按照維護(hù)手冊對滑油濾進(jìn)行安裝和更換，避免配套的密封圈破損缺失；同步完善生產(chǎn)過程中工藝質(zhì)量控制，裝配過程中加強(qiáng)密封圈類零件安裝前后的檢查，確保狀態(tài)完好，保證制造質(zhì)量。

5 結(jié)論

該型發(fā)動(dòng)機(jī)雙極轉(zhuǎn)速傳感器端面鼓包碰磨的原因是減速機(jī)匣前部組合的油道被滑油濾濾芯上的密封圈切塊堵塞，導(dǎo)致M04單元體軸承座內(nèi)腔溫度異常升高，傳感器內(nèi)部環(huán)氧樹脂非金屬灌封物受異常高溫后膨脹，傳感器端面鼓包，雙極轉(zhuǎn)速傳感器端面與音輪齒頂裝配間隙消失，雙極轉(zhuǎn)速傳感器端面碰磨音輪所致。