某型发动机尾喷口冒白烟故障分析
摘要：本文分析了某型发动机尾喷口冒白烟故障，根据发动机滑油系统和空气系统工作机理，分析篦齿封严装置封严失效问题，列出故障树，逐条分析故障树中的底事件，最终确定故障原因。
关键词：航空发动机；尾喷口冒白烟；封严篦齿；石墨层；
0 前言
航空发动机转动件与其相配的固定件之间必定存在间隙，润滑轴承的压力滑油就会从间隙漏出，使得轴承的润滑条件变坏，并增大滑油消耗量，因而要采用密封滑油的装置。在目前所使用的封严装置中，对于高速转动部件，空气封严装置结构简单且效果较好。空气封严是依靠封严装置前后的空气压差，使空气流过该装置很小的环形间隙，从而达到堵住滑油、防止渗漏的效果。
某型发动机中轴承、后轴承的封严是采用带有封严篦齿的空气封严装置来实现的。
1 故障简介
2022年3月，某发动机进行地面试车，停车前发现尾喷管冒白烟，停车后发现尾喷管通调压口的弯管出口处有大量滑油，排查发现该发中、后轴承回油滤内有类似石墨物质，发动机需进行进一步检查分析。
发动机返厂后，按要求进行验证试车，滑油消耗量为1.1L/h，超过技术要求,检查发动机外部，无漏油痕迹。
2 分解检查
发动机漏油发动机进行分解检查，发现：
1）中轴承外封气圈石墨层磨损见钢基，见图1。
图1 中轴承外封气圈磨损情况
2）后轴承封严圈石墨层有磨损且下方石墨层有油迹，见图2。
图2  后轴承封严圈
对中、后轴承封严部位零件的相关尺寸进行计量，发现中、后轴承石墨封严间隙均不合格，间隙值均大于技术要求。
3 中、后轴承腔部位结构
3.1中、后轴承部位滑油系统
该型发动机的滑油系统是闭式循环系统，即：发动机—滑油散热器—发动机，系统内正常消耗的滑油，由辅助滑油泵从滑油箱抽油补充。
发动机正常工作时，滑油经主滑油泵增压后，经滑油滤过滤通往中轴承及后中轴承部位进行润滑冷却，润滑后的滑油分别经中、后轴承回油滤过滤，再经抽油泵抽回。
在中、后轴承腔的封严部分设有通气管路，将轴承腔内产生的油雾通至油雾分离器，将油雾中的滑油与空气进行分离，滑油流入附件机匣进入循环，空气则经管路排至发动机尾喷管以保持与外界大气的联通，改善润滑和平衡腔压。
3.2 中、后轴承封严与通气结构
为保证滑油系统在不同工况下能正常工作，发动机内设置了复杂的封严与通气结构，封严结构是为了防止滑油漏入气流通道以控制滑油消耗量，通气结构是为了使滑油系统与外部联通以保持合适的腔压，腔压值偏高，将影响滑油系统的正常工作。
中轴承腔由外、中、内封气圈及篦齿组成，高压气流经由外封气圈处配合的篦齿渗入中轴承腔。后轴承腔由后轴承封气圈及篦齿组成，高压气流经由后轴承封气圈处配合的篦齿渗入后轴承腔，轴腔由燃烧室机匣的内腔与涡轮轴组合而成。中轴承腔和后轴承腔是通过中后轴承通气管直接与大气相联通，轴腔通过涡轮轴腔油雾导管与油雾分离器相联通，见图3、图4。
为了保持合适的腔压，利用了篦齿封严这一特殊结构：在封气圈上涂覆更具耐磨性能的石墨涂层，涂层与篦齿之间合适的配合间隙能保证正常的系统内压力。随着发动机工作时间的延长，如果因涂层正常磨损导致腔压稍有变化时，可通过更换安装于管路中的中后轴承调压垫组别来调整腔压；如果涂层出现异常磨
损导致腔压较大变化时，将超出节流垫的调整范围，不能将腔压调整至合格范围。
图3 中轴承封严装置原理示意图
图4  后轴承封严装置原理示意图
4 故障分析
4.1 建立故障树
根据验证试车、分解检查、尺寸测量和复查结果，结合滑油系统工作原理和轴承封严、通气结构，尾喷管冒白烟实质上是有滑油从尾喷管通调压口的弯管出口处流出，以尾喷管通调压口弯管出口处有大量滑油为顶事件，绘制故障树如图5所示。
图5 故障树
4.2 故障树排查
分析与排查过程如下：
a.上垂直锥齿轮副断裂X1
分解检查上垂直检查正常，齿轮传动良好，此事件可以排除。
b.上垂直轴承固定座松动X2
分解检查上垂直轴承座正常，无松动现象，此事件可以排除。
c.油雾分离器传动轴装反X3
分解检查油雾分离器传动轴装配正常，此事件可以排除。
d.油雾分离器失效X4
试验进行验证试车时，油雾分离效果良好，油雾分离器引射管无明显油迹。此事件可以排除。