（中国航发湖南动力机械研究所，湖南 株洲 412002）

某发动机滑油系统为燃气发生器滑油与减速器滑油一体化设计的封闭循环系统，为监控滑油系统工作的可靠性，在发动机试验过程中对滑油系统工作参数进行了监控，其中轴承腔压力是重要的监测参数之一。

本文针对某发动机试验期间减速器腔压力异常问题，利用故障树分析方法进行了分析，通过分析排查，定位了故障原因，排除了故障，保证了发动机试验的正常进行。

1.故障描述

某发动机在地面台架试验期间，多台发动机出现了减速器腔压偏高的问题（超出了减速器腔压力的规定值：≯80kPa），腔压值最高达到170kPa，导致发动机在紧急停车情况下尾喷管出现大量的滑油泄漏，引气尾部冒烟的异常情况。

2.故障排查与分析

2.1 滑油系统分析

（1）供油流路。某发动机采用定压式供油，来自滑油箱的滑油经油滤过滤后进入增压泵，增压泵增压后经相关滑油油路被分配至发动机主轴承腔、附件传动腔和减速器中各润滑点。（2）回油流路。工作的滑油由滑油泵回油级抽回，其中1#轴承腔内滑油依靠重力进入回油腔，再通过管路被滑油泵抽回至滑油箱。其余轴承腔滑油通过滑油泵各回油级单独抽回，而后汇集至油气分离器，分离后滑油进入滑油箱，油气则进入离心通风器。（3）油气流路。各轴承腔油气经管进入集气腔，集气腔位于附件机匣顶部，油气主要来源有三路：一是轴承腔通过通气阀排出的油气；二是滑油箱内的油气；三路是经油气分离器分离后的油气。集气腔的油气通过离心通风器进一步进行油气分离，分离出来的气体直接通过外部管路排至发动机尾喷管。

2.2 腔压异常分析

根据滑油系统流路分析可知，减速器腔与1#轴承腔、附件传动腔相通，因此三腔压力一致，任一处腔压偏高时，集气腔的压力势必也会随之升高。

建立减速器腔压异常故障树，见图1，其主要故障模式有：供油或回油异常、进气量异常以及通风系统异常。

供油或回油异常可能因素有滑油泵供油级供油量增加、回油级回油能力减弱或回油油路堵塞。故障底事件为滑油泵异常X1和回油油路堵塞X2。通过串装滑油泵可排查事件X1；通过检查对应回油油路是否堵塞可排查对应事件X2。

图1 减速器腔压偏高故障树

进气量异常可能因素有通气阀异常、1#轴承封严失效或机匣裂纹，导致高压油气或大量封严气体进入油腔，油腔压力升高增加。故障底事件为通气阀异常X5～X8、1#轴承密封失效X3以及机匣裂纹X9～X10。事件X5～X8通过复查对比通气阀尺寸以及串装通气阀进行排查；事件X3通过复查对比1#轴承石墨密封装置尺寸结构排查；事件X9～X10可通过对机匣进行CT扫描，观察是否有裂纹排查。

通风系统异常可能因素有离心通风器流阻异常或通风管路通风不畅，排出的气体量少，腔内压力升高。故障底事件为离心通风器流阻异常X4和通风管路异常X11～X12。事件X4通过离心通风器性能试验及换装试验排查；事件X11～X12通过检查机匣间的通气管路及外部通气管进行排查。

通过对比复查石墨封严装置尺寸以及石墨封严装置泄漏量试验可排查X3～X4。供油或回油异常与减速器腔压偏高供油或回油异常故障类似。

2.3 故障树排查

（1）数据分析。以6#发动机试验数据为分析对象，通过对发动机各腔压数据进行处理，得出其参数随发动机状态变化曲线，由图中可以看出，发动机进入大状态后，减速器腔压与2#轴承腔腔压数据基本一直，且存在一定的跟随性，理论上2#轴承腔压力远大于减速器腔压。

（2）故障排查。对各底事件进行了逐一排查，除事件X3未能排除，其余底事件排查均未发现异常。在结构上，减速器腔与2#轴承腔之间通过1#轴承石墨密封装置封严，根据数据反映的跟随性，可以初步判断1#轴承石墨密封装置封严失效，导致发动机工作过程中2#轴承腔油气进入1#轴承腔，造成减速器腔压力升高。

为确认1#轴承石墨密封装置失效原因，对其实物进行了全面的对比复查：一是核查石墨环的安装状态，发现石墨环存在卡滞现象（正常状态的石墨环可以灵活运动）；二是复查1#轴承石墨密封装置的结构尺寸，发现O型密封圈内径、波纹弹簧内外径与设计值存在差异，见表1。

表1 1#轴承石墨密封装置尺寸

2.4 机理分析

（1）石墨密封装置失效机理。1#轴承石墨密封装置为接触式结构，主要由壳体、波形弹簧、垫片、O形密封圈、碳密封环、挡圈、端面封严环等零件组成。

正常工作情况下，碳密封环5受力平衡（见图2）Fs=Fp+F+Ff，摩擦阻力Ff较小，可忽略不计，碳密封环5与端面封严环7处于紧密贴合状态，实现封严作用。

图2 石墨环受力示意图

波形弹簧2的外径偏大（实物比样件值大2mm），且弹力Fs减弱，在大状态不足以平衡流体力Fp，则接触力Fc减小，接触脱开，封严失效。O型密封圈尺寸偏大，使得摩擦阻力Ff偏大，碳密封环不能在壳体1内灵活运动，处于卡滞状态。

（2）故障现象机理。在发动机工作过程中，当1#轴承石墨密封装置失效时，由于压差关系（2#轴承腔压力远高压1#轴承腔），2#轴承腔内的高压油气会进入1#轴承腔，由于1#轴承腔与减速器腔互通，因此必将导致减速器腔压偏高，从而影响离心通风器的分离效果，大量的油气会从引射管排出，当发动机大状态紧急停车时，由于没有了发动机尾气的射流效应，排出的油气将在发动机尾部聚集，由于尾部还具有较高温度，因此产生烟雾甚至出现着火的情况。

2.5 改进措施及验证

针对故障排查发现的问题，对1#轴承石墨密封装置对应的零件进行了改进，改进后1#轴承石墨密封装置装多台发动机进行了验证试验，减速器腔压符合规定要求（见表2），在紧急停车情况下，发动机尾部未出现喷油及冒烟情况，验证了改进措施的有效性，故障得以排除。

表2 改进后6号机腔压数据

3.结语

本文利用故障树分析方法，对某涡桨发动机滑油系统轴承腔压力异常进行了故障排查与定位，查明了故障原因，排除了技术故障。同时通过本文的分析，可为其他发动机的设计提供技术经验。

（1）当发动机使用石墨密封装置进行密封时，在设计期间应分析配合尺寸的合理性，同时在装配过程应进行配合尺寸的核查，尤其是对于接触式石墨密封装置，装配时应进行弹力检查及安装灵活性检查。

（2）对于研制阶段的发动机，试验期间应重视对轴承腔压力的监控，通常可根据轴承腔压力数据的变化反映滑油腔的封严情况，进而判断发动机工作过程中轴承腔封严是否正常。