航空发动机金属屑末故障分析及思考

何彦良，王铁铮

沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司

航空发动机金属屑末故障分析及思考

何彦良，王铁铮

沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司

航空发动机滑油系统中有金属屑末意味着发动机传动机件之间出现了磨损，本文就飞机突然因滑油中有金属屑末告警，经排查故障的原因为机件损坏，金属屑末堵住滑油回油路，并提供设计改进的思路。

航空发动机；滑油；故障分析

1 引言

航空发动机经常需要在高转速等恶劣的条件下工作，滑油系统的功用是发动机工作时，连续不断地将足够数量的清洁滑油，输送到发动机各传动机件的轴承和传动齿轮的啮合处进行润滑，以减少机件的磨损，带走摩擦所产生的热量和杂质，从而保证各支点轴承及传动齿轮的啮合处实时、有效的润滑。有些发动机的滑油系统还设计有监控装置，如在滑油回油路上设计有金属屑末信号器实时监测转动部件的磨损情况，工作时，当从流经金属屑末信号器的滑油中拾取到较大金属屑时后，信号器内部电路导通，随即向飞机座舱发出告警信号，使操作者适时做出相应的处置。在滑油油路上设置有磁塞用于拾取滑油中携带的磁性金属磨粒，为维护时提供内部转动部件磨损的信息。另外，滑油压力传感器、滑油温度传感器、滑油液位传感器对滑油系统工作时的压力、温度、油量进行实时监测等，确保发动机安全可靠性工作。

2 故障描述

某型号飞机在飞行时座舱突然报“减小转速”告警信号，将油门收回慢车状态“减小转速”信号不消失，发动机被迫关车单发返航。

飞机返场后，从发动机外观检查附件机匣表面颜色发暗，发动机舱下部有大量滑油迹，拆卸下滑油滤、金属末信号器，查看油滤及金属末信号器表面存在较多的金属屑，从滑油箱油标尺看不到油位，高低压转子惯性正常。初步怀疑该发动机空中告警的主要原因为滑油泄漏所致。

发动机返厂后进一步分解发动机，附件机匣几乎所有的密封胶圈缺失，内部某一旋转件损坏严重，大量的金属碎屑堆积在附件机匣回油滤网处，发动机主支点轴承腔内部机件等未见异常。

3 滑油系统工作原理

一般地，航空发动机的润滑系统主要由供油系统、回油系统、通气系统、密封装置增压等系统组成，发动机工作时，滑油从滑油箱中流出后，进入滑油增压泵，利用增压齿轮对滑油进行增压，并利用调压活门对滑油压力进行调压，在调压活门的调节作用下，使供油压力保持在合理范围，增压后的滑油进入主燃滑油散热器，利用温度较低的燃油对滑油的进行冷却。再经油滤过滤掉发滑油中的杂质后分配各供油导管，由滑油导管喷嘴对各主轴承进行润滑或流至附件机匣，经腔内传动部件的搅拌作用，对转动机件的轴承和传动齿轮的啮合处进行润滑。

同样，轴承腔或附件机匣腔内（包括与飞机附件机匣）内携带有大量热量、磨损微粒的滑油经导管由滑油回油泵抽回至滑油箱。在回油路中设置有粗滤网，滤除滑油腔流出较大的金属屑，防止较大体积的金属碎屑进行滑油油路形成堵塞，一般地每一收油池出口位置均设置有一个粗滤网，它应具有足够的面积来收集碎屑，某型机在轴承腔及附件机匣腔体滑油出口位置设计有尖锥形粗滤网，还在滑油流入滑油箱前，设置有金属屑末信号器拾取通过粗滤的滑油中金属屑，经油气分离器分离出中的油气后进入滑油箱。

4 故障分析

根据检查结果，对本次故障进行初步的分析，认为本次故障主要原因是，发动机附件机匣中某旋转件首先发生损坏，残块在附件机匣内齿轮、轴承的撞击、碾压作用下，继续破碎，产生大量金属碎屑，部分小块金属碎屑通过附件机匣腔体滑油出口滤网，通过滑油管路，经金属末信号器拾取，从而触发座舱报“减少转速”信号。部分无法通过回油滤网的较大碎屑，在回油滤网处堆积，堵塞附件机匣回油通道而限流，附件机匣内滑油在齿轮的搅拌作用下，油温持继升高，在较高温度作用下，机匣壳体表面漆层甚至出现碳化发黑，橡胶密封件出现失效，滑油外泄，滑压降低，可再次触发座舱报“减少转速”信号。

5 讨论与思考

这起故障虽然由滑油系统内部某传动部件损坏造成，由于处理得当，未造成严重的飞行事故，但由于滑油回油路堵塞造成滑油温度升高、滑油大量外泄，发动机内部存在一定程度的损伤，需将发动机返厂修理，影响装备正常使用，同时也产生昂贵的修理成本。

发动机工作的可靠性，很大程度取决于的滑油系统是否的安全可靠地工作，因此在进行滑油系统的设计时，要充分考虑部件工作的各种细节。在滑油腔的出口位置设计有粗滤用于滤除滑油腔流出较大的金属屑，防止较大体积金属屑堵塞滑油管路，但在粗油形状、面积、位置的选择时，要慎重考虑，如图1所示，采用尖锥形结构粗油滤可能将所有的较大金属屑过滤下来，但很短时间，金属屑将堵塞住回油通路，局部形成限流，从而造成滑油腔的油温持续升高，融化橡胶密封装置，而造成更为严重的故障；而选择面积大梯形结构的粗滤网（图2所示），并倒置在滑油腔的出口位置上，机件断裂时产生的大量金属碎屑不致于短时间堵住整个回油路，从而为飞行员（或操作者）赢得操作时间，可以防止损伤的加剧，或采用双通道形式，以增加系统的可靠性，无论采用何种方案都需要进行大量的实验验证后方可使用，值得与发动机设计制造人员的商榷。

图1 金属屑堵塞滑油腔锥形回油滤

图2 金属屑部分滑油箱梯形回油滤