0 引言

隨著機(jī)械密封技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械密封以其泄漏量少、可靠性高、適用范圍廣、使用壽命長等優(yōu)勢(shì)，大量應(yīng)用在航空離心泵的密封上。然而，在實(shí)際使用過程之中，會(huì)因?yàn)槎喾N因素導(dǎo)致增壓泵機(jī)械密封失效。為減少增壓泵機(jī)械密封失效的情況，延長增壓泵壽命，降低機(jī)務(wù)維護(hù)成本，本文以某型機(jī)上的增壓泵機(jī)械密封失效為例，針對(duì)機(jī)械密封在使用中出現(xiàn)的問題，通過認(rèn)真研究、故障樹排查分析，得到了機(jī)械密封的失效原因，并提出了相應(yīng)的解決措施。

1 增壓泵介紹

航空增壓泵用于某型預(yù)警機(jī)液冷系統(tǒng)，是該系統(tǒng)的重要成品。產(chǎn)品主要功能是為飛機(jī)液冷系統(tǒng)冷卻液進(jìn)行增壓，實(shí)現(xiàn)冷卻液在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖1所示，由交流電動(dòng)機(jī)和泵體兩部分組成。交流電動(dòng)機(jī)為感應(yīng)異步式，它由定子組件、轉(zhuǎn)子組件、殼體組件、風(fēng)扇等組成。泵體部分為單級(jí)離心泵的結(jié)構(gòu)，主要由葉輪、蝸殼、機(jī)械密封裝置等組成。泵體和電機(jī)部分采用花鍵傳動(dòng)、法蘭連接固定。電機(jī)和泵體之間布置有機(jī)械密封裝置，防止冷卻液進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部。

電機(jī)通電后帶動(dòng)電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)通過花鍵軸傳遞扭矩帶動(dòng)泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)葉輪通過泵軸上的平鍵被帶動(dòng)一起轉(zhuǎn)動(dòng)。充滿葉輪中的冷卻液在葉片離心力作用下被甩向外緣，使之得到增速和增壓。此時(shí)，葉輪內(nèi)緣部分產(chǎn)生真空，得以繼續(xù)吸入冷卻液，這樣就形成了冷卻液從葉輪進(jìn)口到出口連續(xù)不斷的流動(dòng)。被甩往葉輪外緣的燃油進(jìn)入蝸殼被收集后輸往泵出口。

2 機(jī)械密封結(jié)構(gòu)和工作原理

航空增壓泵機(jī)械密封結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要包括動(dòng)環(huán)（軸）、靜環(huán)、彈簧、密封圈等零組件。機(jī)械密封的工作原理是通過相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)環(huán)（軸）和靜環(huán)相互貼合，并使端面間維持一層極薄的液體膜而達(dá)到密封的目的[2]。密封裝置內(nèi)的彈簧保證軸和靜環(huán)端面能夠緊密貼合，同時(shí)對(duì)靜環(huán)及軸承的磨損有一定的位移補(bǔ)償。

機(jī)械密封屬于接觸式動(dòng)密封，少量漏油屬于正?，F(xiàn)象，因此產(chǎn)品的性能指標(biāo)允許有一定的漏油量（不大于 ，機(jī)上設(shè)置了專用的排油管，泄漏的燃油通過排油管直接排到機(jī)外，對(duì)飛行安全無影響。同時(shí)，機(jī)械密封失效是一個(gè)漸變的過程，漏油量從開始漏油到增至3mL/min一般需要數(shù)十小時(shí)甚至上百小時(shí)時(shí)間。

3 機(jī)械密封失效原因分析

2023年10月27日，機(jī)務(wù)人員反映機(jī)上的一臺(tái)航空增壓泵“漏液量超標(biāo)”。

3.1 泵性能復(fù)試

產(chǎn)品返廠后進(jìn)行性能復(fù)試，試驗(yàn)記錄如表1所示，產(chǎn)品工作時(shí)最大漏液量為 ，超出指標(biāo)規(guī)定的不大于 ，故障復(fù)現(xiàn)。

3.2 分解檢查

對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分解檢查，機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)面上出現(xiàn)環(huán)狀摩擦溝痕，石墨靜環(huán)密封面也變得毛糙，如圖3、圖4所示。從磨損形貌看，屬于典型的磨粒磨損。

3.3 故障樹分析

該增壓泵石墨靜環(huán)密封面出現(xiàn)了明顯的摩擦溝痕，表面粗糙度已超差（石墨靜環(huán)端面的粗糙度要求為 R a0.2） ，所以密封性能下降，漏液量超標(biāo)。更換新的石墨靜環(huán)后再次試驗(yàn)，該產(chǎn)品密封性能良好。根據(jù)產(chǎn)品的密封結(jié)構(gòu)和工作原理分析，導(dǎo)致石墨靜環(huán)密封面出現(xiàn)溝痕的原因可能有以下幾種，如圖5故障樹所示。

下面對(duì)故障樹的底事件逐條進(jìn)行排查。

3.3.1 機(jī)械密封的設(shè)計(jì)、制造復(fù)查

經(jīng)檢測(cè)，故障件（動(dòng)環(huán)、靜環(huán)）的材料、硬度、彈簧力大小等指標(biāo)均符合圖樣要求，如表2所示，動(dòng)環(huán)硬度明顯高于靜環(huán)硬度，因此，排除設(shè)計(jì)、制造的因素。

3.3.2 磨合試驗(yàn)損傷

配對(duì)的密封摩擦副（動(dòng)環(huán)和靜環(huán)），即使各自的制造質(zhì)量都合格，二者在一起進(jìn)行磨合試驗(yàn)時(shí)也可能產(chǎn)生表面損傷，因此機(jī)械密封需要進(jìn)行磨合試驗(yàn)。清查產(chǎn)品的裝配工藝，雖然要求進(jìn)行磨合試驗(yàn)和試驗(yàn)后的分解檢查，但對(duì)密封面外觀合格的判斷標(biāo)準(zhǔn)不明確，可能存在誤判致使密封面帶傷出廠。因此，該底事件不能排除。

3.3.3 密封零件清洗不干凈

經(jīng)咨詢石墨靜環(huán)制造廠家，石墨靜環(huán)研磨時(shí)添加了金剛石研磨劑，研磨后會(huì)進(jìn)行清洗，但清洗是否干凈僅靠目視檢查。對(duì)故障件石墨環(huán)南京機(jī)電在電子顯微鏡下進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)了白色顆粒，進(jìn)行光譜分析，發(fā)現(xiàn)了Si、A1金屬元素，如圖6、圖7所示。因此，該底事件不能排除。

3.3.4石墨材料疏松

如果石墨材料組織疏松，工作時(shí)有石墨顆粒剝落，則可能在密封面上產(chǎn)生摩擦溝痕。密封靜環(huán)的石墨材料牌號(hào)為M233H，該材料是石墨粉、炭黑和焦炭粉的混合物，以瀝青為粘結(jié)劑，經(jīng)模壓成型，然后在 進(jìn)行焙燒，制得半成品后用環(huán)氧樹脂浸漬填充氣孔而成[3]。通過對(duì)故障石墨靜環(huán)的檢測(cè)，材料的硬度、體積密度、開口氣孔率符合要求，可以排除該底事件。

3.3.5冷卻液中含有雜質(zhì)

一般情況下，動(dòng)靜環(huán)密封面緊密貼合，外界雜質(zhì)不容易進(jìn)入。但在增壓泵啟?；蜣D(zhuǎn)速變化的過程中動(dòng)靜密封面可能瞬間出現(xiàn)分離，雜質(zhì)在離心力作用下可能進(jìn)入密封面并卡在動(dòng)靜環(huán)之間，對(duì)動(dòng)環(huán)形成刮磨。

經(jīng)專業(yè)咨詢，液冷系統(tǒng)中有油濾（精度40m）"，冷卻液中含有雜質(zhì)的可能性也很小，因此該底事件可以排除。

3.3.6花鍵軸磨損金屬屑

該故障產(chǎn)品花鍵軸外觀良好，幾乎無磨損，如圖8所示。因此，該底事件可以排除。

3.4 分析結(jié)論

通過對(duì)故障樹底事件的逐條排查分析，產(chǎn)品磨合試驗(yàn)時(shí)機(jī)械密封面產(chǎn)生損傷未進(jìn)行處理和密封零件清洗不干凈兩個(gè)底事件不能排除。

4解決措施

1）完善增壓泵裝配工藝，明確產(chǎn)品磨合試驗(yàn)后機(jī)械密封面外觀是否合格的判斷標(biāo)準(zhǔn)和處理措施；加強(qiáng)質(zhì)量控制，避免磨合試驗(yàn)已產(chǎn)生損傷的機(jī)械密封交付出廠。

2）制造廠家更改石墨靜環(huán)研磨工藝，最后的精研不再使用研磨劑，改用清水研磨，避免研磨劑顆粒嵌入石墨氣孔內(nèi)。

5 結(jié)束語

本文通過對(duì)某航空增壓泵機(jī)械密封失效的情況進(jìn)行深刻研究和原因分析，提出了相應(yīng)的解決措施，可減少該產(chǎn)品及同類產(chǎn)品機(jī)械密封失效的情況，延長機(jī)械密封的使用壽命，降低故障率和機(jī)務(wù)維護(hù)成本，保證飛機(jī)的出勤率。

[參考文獻(xiàn)]

[1]南京機(jī)電液壓工程研究中心.增壓泵使用維護(hù)說明書[Z]，2015.

[2]劉斌.泵用機(jī)械密封故障分析及對(duì)策[J].機(jī)電信息，2011（18）：97-98.

[3]顧永泉.機(jī)械密封實(shí)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.