China Science & Technology Overview
/工艺设计改造及检测检修
江泉
(中国航发湖南动力机械研究所，湖南株洲412002)
摘要：本文对某型涡轴发动机在地面调试试验中出现漏油故障现象进行分析，建立故障树，通过分解检查、计量对故障树底事 件逐一排查，确定小油腔环形回油通道堵塞是造成漏油的原因，同时从设计和装配2方面分析了故障产生原因，提出针对性整改措施 并进行试验验证，最终排除了故障。
关键词：发动机；漏油；故障中图分类号：V 263
文献标识码：A
文章编号：1671-2064(2020)24-0053-03
航空发动机滑油系统会对发动机的工作性能和使用寿 命产生重大影响。滑油泄漏故障大至可能会导致严重的飞 行事故，小至会导致滑油消耗量大而降低发动机的经济使 用性。
滑油泄漏故障可分为2大类：一是滑油管路和附件泄 漏，滑油主要泄漏于发动机外部或进入燃油系统；二是发 动机气路中润滑部件非正常工作，滑油泄漏到发动机气路 内部。滑油进入发动机压气机和燃烧室中，会导致压气机 效率下降，并有可能导致燃油喷嘴积碳、燃烧室积碳或堵 塞进气孔等；如果未完全燃烧的油滴进入涡轮处，将会附 着在涡轮静子叶片与转子叶片表面继续燃烧，可以造成热 端部件局部超温、烧蚀等，最终影响了热端部件有效使用 寿命，将会给发动机安全运行带来很大危害。
本文针对某型涡轴发动机地面台架试验中出现的滑油 泄漏故障情况，进行故障排查分析，确定了故障位置及原 因，并制定相应改进措施以提高发动机的使用可靠性。
1.故障现象
某曰，某型涡轴发动机进行整机性能录取试验。发动 机持续运行16m in 左右，滑油温度、滑油压力正常。正 常停车后，发现燃烧室漏油口有滑油呈线型流出，发动机 尾喷管内部有滑油滴落并伴有冒青烟现象。
图1发动机示意图
发动机停车冷却后，用孔探仪对发动机内部进行检 查，发现燃烧室火焰筒、部分燃导叶片、部分燃气涡轮叶片后缘、过渡段流道及涡轮流道上有新鲜滑油痕迹，压气 机流道内无漏油痕迹，发动机示意图如图1所示。
2.故障分析和排查
2.1故障分析
发动机发生滑油泄漏故障时，外部管路没有滑油渗漏 痕迹。结合发动机具体漏油位置及流道结构，确定滑油是 从燃气涡与过渡段间泄漏出来。现对发动机滑油泄漏 故障建立如图2所示的故障树|1]，从故障树逐一分析导致 漏油的原因，然后通过分解发动机进行检查、计量等方法 进行故障排查。
X 1-B 腔前篦齿封严压力不足；X 2-B 腔前篦齿封严间隙过大;
X 3-小油腔环形回油通道堵塞；X 4回油泵回油能力不足；
X 5-B 腔回油管路堵塞
图2滑油漏油故障树
收稿日期：2020-11-20
作者简介：江泉（1987—)，男，湖南株洲人，硕士研究生，工程师，研究方向：发动机总体结构设计。
2020年12月下第24期总第348期
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工艺设计改造及检测检修\China Science & Technology Overview
2.2故障排查
对发动机进行分解检查，探查漏油原因。对故障树底 事件进行逐项排查，首先对过渡段组件及连接燃气涡轮轴 承腔（简称B腔）和滑油泵的外部回油管路进行流量检 查，未发现有堵塞现象，排除故障树中的X5出现故障的 可能。
对滑油泵进行流量试验，结果表明滑油泵回油能力满 足要求，排除故障树中的X4出现故障的可能。
对试验前后的监控腔压数据进行分析，B腔前封严篦 齿封严压力大于B腔内压力，且有一定的封严压差，满足 篦齿封严要求，可以排除故障树中X I出现故障的可能。
分解检查篦齿封严结构完整，未出现刮磨，计量各处 封严篦齿封严间隙，满足设计要求，排除故障树中X2出现故障的可能。
对燃气涡轮轴承座进行焚光检查未发现裂纹，目视轴 承座外表面没有漏油的痕迹，排除燃气涡轮轴承座裂纹导 致漏油的可能。
从轴承座上分下三篦齿环，目视检查端面密封胶圈，未发现胶圈碳化受损，排除三篦齿环与轴承座胶圈损坏导 致漏油的可能。
分解下三篦齿封严衬套后，仔细查看小油腔的环形回 油通道，发现轴承外环挡圈轴向向前脱出，将环形回油通 道堵塞近2/3。环形通道堵塞，将会导致小油腔内的滑油 从B腔前三篦齿泄漏出来，然后从燃气涡与过渡段间 泄漏至流道，与故障现象一致。
根据以上对故障底事件进行一一排查，确定故障树中 的X3出现了故障。
2.3故障原因分析
通过故障树分析，结合分解计量排查，确定本次发动 机滑油泄漏故障是由于B轴承腔中的小油腔环形回油通道 堵塞引起的。小油腔是属于B轴承腔内的小腔，从回油路 径上分析，小油腔内的滑油先通过重力作用从环形回油通 道回至B轴承腔后，再通过外部回油管通过滑油泵抽回至滑油箱中。
发动机停车后，由于回油泵停止工作，小油腔内滑油 因环形回油通道堵塞导致回油不畅，滑油无法回到B油腔 内，引起小油腔严重积油。由于停车后篦齿前后封严压差 较小，积存的滑油从三篦齿泄漏出来后，
经燃气涡与 过渡段间流出后，向前流向燃导、火焰筒，向后流向过渡 段、动力涡轮流道。向前流至燃烧室的滑油从燃烧室漏 油口流出，向后流向过渡段和动力涡轮流道的滑油最终从 发动机尾喷管排出。滑油泄漏的分析结果和漏油故障现象 一致。
分析发动机B轴承腔结构，结合分解检查结果，小油 腔环形回油通道堵塞是由于四号轴承外环挡圈从挡圈槽中 脱出引起，挡圈脱出前后示意图见图3。
下面从设计和装配两方面分析挡圈脱出的原因：
2.3.1设计
挡圈是安装在弹支上的挡圈槽中，通过弹支上的凸台 轴向定位，防止挡圈从挡圈槽中脱出。同类型结构类似的 A型发动机从未出现过挡圈脱出的问题。
对两型发动机此处结构进行对比分析，如图4、图5 所示，发现该发动机在弹支的设计上存在细微差别，该型 发动机设计上去除了四号弹支挡圈槽左端凸台的1/4。由于该发动机B轴承座小油腔处的回油槽相对A型发动机 偏窄，为避免四号弹支遮挡轴承座上的回油槽，增大回油 能力，故采用了这一设计。
4号弹支挡圈槽凸台去除1/4，这在设计上就存在挡 圈从挡圈槽脱出的隐患。
图4该型发动机四号弹支三维图
542020年12月下第24期总第348期挡圈脱出前
图3挡圈脱出前后示意图
挡圈脱出后
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图5 A 型发动机四号弹支三维图
2.3.2装配
该发动机四号轴承外环挡圈与A 型发动机上所用挡圈 为同一种挡圈，装配工艺一致，A 型发动机未曾出现挡圈 脱出问题。
从该型发动机挡圈及弹支的实际装配过程上分析，若 挡圈在装配过程中，起始搭接位置正好位于四号弹支挡圈 槽的缺口部位，则会导致挡圈更容易脱出。
发动机分解过程中，挡圈的起始搭接位置正好位于四 号弹支挡圈槽的缺口部位。由于挡圈安装于挡圈槽中轴向 固定贴死，分析认为发动机装配过程中装配工人未按工艺 规程进行装配，将挡圈起始搭接位置置于四号弹支挡圈槽 的缺口部位。
综合上述分析，由于设计上存在挡圈从挡圈槽脱出的隐 患，再加之本次发动机装配时装配工人将挡圈起始搭接位置 置于四号弹支挡圈槽的缺口部位，使得在发动机试车过程 中，挡圈逐步脱出挡圈槽，脱出的挡圈使得四号轴承前通 风槽和回油槽宽度变窄，堵塞回油通道导致小油腔回油能 力下降，迫使滑油沿三篦齿外漏，造成此处滑油泄露。
3.排故措施及试验验证
针对故障产生的原因，采取了如下改进措施：(1)设计上，加工一挡环，安装于挡圈与三篦齿封严
衬套之间，防止挡圈轴向脱出。
(2)装配上，严格按工艺规程重新装配轴承外环挡 圈，着重注意将挡圈起始搭接位置与四号弹支挡圈槽缺口 部位错开。
发动机漏油贯彻了排故措施后，在发动机其他技术状态不变的情 況下重新进行试验，在多次试验过程中，发动机工作正 常。发动机停车后，孔探仪检查发动机内没有出现滑油泄 漏现象，在后续的60h 持久摸底试验中，发动机也未出现 内部滑油泄漏。至此，可以确定此前滑油泄漏故障是由于
四号轴承挡圈脱出导致小油腔环形回油通道堵塞引起的。
4. 小油腔结构改进优化
后续该型发动机研制阶段，对小油腔回油通道局部结 构进行优化，将环形回油槽宽度从原来的2.5m m 增大至 6mm (1.6m m 的挡圈宽度不变)，从设计上规避因挡圈 脱出引起回油通道堵塞而导致漏油的可能。贯彻结构改进 的发动机在后续150h 长试摸底试验中也未出现因回油槽 堵塞引起的滑油泄漏故障。
5. 结论
本文通过故障树分析并结合分解检查，定位了故障原 因。从设计及装配上贯彻相关措施后，经试验验证，排除 了故障。
从故障原因来看，本次挡圈脱出导致滑油泄漏既有设 计原因也有装配原因。发动机系列化发展过程中，对任何 设计的改动，要充分分析其利弊；在整机装配过程中，严 格按照装配工艺规程进行，在细节上确保每一个零件不漏 装、不错装也是最终保证发动机正常运行的关键环节。
参考文献
[1]周海京，遇今.故障模式、影响及危害性分析与故障树分析[M ]. 北京：航空工业出版社,2003.
Fault Analysis on Oil Leak of a Turboshaft Engine
JIANG Quan
(AECC Hunan Aviation Powerplant Research Institute , Zhuzhou Hunan 412002)
Abstract:The A-bearing chamber oil leak of a turboshaft Engine happened frequently in the ground test . Based on oil system principle , the fault tree was set up . The bottom events were checked by overhauling , design review and test verification , and finally it confirms the cause of
oil leak failure is throttling of the oil return lines and invalid seal . The improvement measures proposed were tested and verified , which provided an effective trouble shooting way for inner tube oil system .
Key words :engine;oil leak;failure
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