V2500发动机主齿轮箱碳封严漏油分析和预防性方案

■ 陈磊/北京飞机维修工程有限公司杭州分公司

0 引言

为了保证发动机和飞机工作正常，现代航空燃气涡轮发动机上设计了各种附属系统，如启动系统、燃油系统、滑油系统等。这些系统中的部分附件，如滑油泵、燃油泵、液压泵、发电机等，由于具有一定的转速、转向和功率要求，需要由发动机来驱动。通常这类附件安装在发动机主齿轮箱（部分发动机厂家称附件齿轮箱）上，由发动机转子通过主齿轮箱内的齿轮来驱动。齿轮箱中的轴承和齿轮需要滑油进行润滑，为了防止滑油从附件和齿轮箱界面外漏，通常在齿轮箱的附件安装座上安装碳封严装置。如果碳封严密封失效，在滑油压力作用下会出现滑油泄漏[1]，极易导致航班延误，因而对发动机滑油泄漏的限制非常严格。如果空中出现滑油快速泄漏，甚至会导致发动机空中停车，威胁飞行安全。

2016～2017年，国内某航空公司装配V2500发动机的空客A320机队因主齿轮箱碳封严漏油导致多起航班长时间延误事件，对机队的安全运行产生了极大影响，本文对此进行分析研究。

1 系统原理

V2500发动机主齿轮箱采用的是弹簧加载型封严组件（SPRING-LOADED SEAL）[2]，包括转动环（也称动封严）和碳封严（也称静封严）。弹簧加载的碳封严通过弹簧的预紧力将碳面紧紧压在转动环的金属面上，并与O型橡胶封圈相配合实现封严作用（见图1）[3]。

2 失效分析

随着使用时间的积累，碳封严碳面上出现磨损或破损现象（见图2），O型封圈也出现老化。发动机运转时，滑油会从转动环老化的O型封圈处或损坏的碳面和转动环结合面渗出，流向发动机排放总管。

从航线运行情况来看，主齿轮箱碳封严O型封圈失效相对较少，碳面损伤是导致漏油的主要原因。碳封严碳面的失效与转动环的转速以及碳封严的使用时间呈强相关性，转动环转速越高或碳封严使用时间越长，碳封严失效的可能性则越高。V2500发动机主齿轮箱附件中对应转动环的最高转速分别为：启动机13300rpm、油气分离器9000rpm、整体驱动发电机8500rpm。因此，这三处碳封严在航线运行中的漏油问题最为凸显。其余附件对应的转动环由于转速较低，碳封严寿命普遍较长，均能持续使用到发动机到寿进厂修理时再更换，在航线运行时基本不会出现漏油问题。

为了减少V2500发动机主齿轮箱碳封严漏油问题对机队的影响，对上述三处主要的碳封严设置软时限进行预防性更换。下面对这三处碳封严2015～2017年的更换数据进行统计和分析。

油气分离器碳封严拆换统计数据如表1所示，根据表1制作油气分离器碳封严失效使用时间直方图，如图3所示，由此分析得出油气分离器碳封严的可靠性寿命为15000FH。

整体驱动发电机碳封严拆换统计数据如表2所示，根据表2制作整体驱动发电机碳封严失效使用时间直方图，如图4所示，由此分析得出整体驱动发电机碳封严的可靠性寿命为16000FH。

启动机碳封严拆换统计数据如表3所示，根据表3制作启动机碳封严失效使用时间直方图，如图5所示，由此分析得出启动机碳封严的可靠性寿命为15000FH。

图1 V2500发动机碳封严工作原理图

图2 碳封严失效图

表1 油气分离器碳封严拆换数据表

图3 油气分离器碳封严拆换直方图

图4 整体驱动发电机碳封严拆换直方图

图5 启动机碳封严拆换直方图

3 预防性维修方案

根据上述统计数据，分别对V2500发动机主齿轮箱油气分离器碳封严、整体驱动发电机碳封严、启动机碳封严设定15000FH、16000FH、15000FH的预防性更换软时限。

该航空公司从2018年开始对配备了V2500发动机的A320机队使用上述软时限对相应碳封严进行预防性更换，之后主齿轮箱碳封严漏油问题大为减少，航线运行中未再发生碳封严漏油而导致的航班延误。

表2 整体驱动发电机碳封严拆换数据表

表3 启动机碳封严拆换数据表

4 总结

本文对V2500发动机碳封严漏油原因、常见漏油碳封严及其可靠性情况进行了统计，分析了碳封严的可靠性寿命，并以此设定预防性维修方案，既控制了航材成本又改善了主齿轮箱碳封严漏油问题，取得了良好的实际效果。当前主流民航发动机主齿轮箱的封严类型大体相同，希望通过上文的阐述能够给予有同样需求的业内同行一定的参考。