某型发动机燃油调节器油门轴漏油故障诊断研究

牟春妍，王巧玲，赵洋，黄成瑞，熊丽，王云

(航泰动力机器厂，湖北 襄阳 441002)

1 故障描述

2017年11月，某型发动机在地面试车过程中，出现燃油调节器油门轴处漏油，呈滴状，每分钟6~10滴。该燃油调节器为2017年6月份合格出厂，本次使用时间52 h41 min。

2017年10月至2018年1月，该型发动机共累积发生8起燃油调节器油门轴漏油故障（见表1），故障发生时使用寿命如表1所示。

表1 燃油调节器油门轴漏油故障统计表

2 原因分析及确认

2.1 原因分析

油门轴处封严结构见图1，由壳体66、密封圈67、封严座69、密封用皮碗68和油门轴65共同组成，密封用皮碗68内外表面和密封圈67表面为封严面，当其中任意一处封严面失效，均可能导致油门轴漏油。

故障燃油调节器返厂分解检查后，发现密封圈完好无损，密封用皮碗内唇口、外圆尺寸整体缩小（见图2、表2）并失去弹性，导致皮碗外径与封严座的过盈配合变为间隙配合，无法起到封严作用，油门轴漏油。

图1 油门轴处封严结构示意图

油门轴漏油故障原因定位为密封用皮碗失效。经查，失效皮碗为工厂自制皮碗。

2.2 原因确认

2.2.1 从皮碗制造、装配、试验工艺流程查皮碗失效原因

经查，8件失效皮碗为4个批次制造，批次分散，交付日期跨度大，产品图样、工艺规程正确、完整、现行有效；首件鉴定文实有效；各批次质量记录完整规范，记录数据符合工艺要求；加工设备、工艺装备和计量器具满足制造要求；操作人员和检验人员资质合格；生产环境满足工艺文件要求。综上所述，可排除因制造缺陷导致皮碗失效的可能性。

检查《燃油调节器装配》和《燃油调节器试验》工艺规程可知，密封用皮碗在装配过程中使用皮碗专用夹具和皮碗导套装配到油门轴上，装配方法得当、无致使皮碗损坏或装配歪斜因素存在。

检查故障皮碗装配环境，皮碗被封严在封严座上，内唇口装配在油量操纵套轴上，封严座和套轴光洁无锐边，与皮碗接触的部位粗糙度符合图样要求。

从故障件故障形貌分析，装配试验过程中因操作不当或装配部位缺陷造成皮碗破损失效的原因可排除。

图2 密封用皮碗

2.2.2 自制皮碗、进口皮碗材料牌号比对

自制皮碗按工厂现行有效图样胶料牌号为丁腈橡胶5870（以下称5870）。

表2 密封用故障皮碗尺寸记录表

经调拨进口皮碗图样，材料牌号为橡胶ИПР1078 НТА ТУ 005 1166-87。查阅《俄中材料牌号对照》技术文件，ИРП-1078对应相似的中国牌号为丁腈橡胶5080（以下称5080）。经俄文翻译ИРП和ИПР一致，均代表“工业橡胶制品”，对橡胶牌号确认无异议。

2.2.3 材料性能差异化比对

查阅HG6-407-1979和GJB250A-1996标准， 5870胶料和5080胶料主要性能指标如表3所示。

表3 5870胶料和5080胶料性能差异对照表

通过对比， 5870皮碗比5080皮碗硬度低、柔韧性好、强度低，考虑皮碗安装环境，两类皮碗均能满足使用要求。5870皮碗耐低温性能优于5080皮碗，5870皮碗可以在低于-48 ℃的环境下工作，而5080皮碗只能在不低于-42 ℃的环境下工作。根据发动机使用工况，冬季最严寒的北方温度在-40 ℃左右，5080皮碗与5870皮碗均能满足使用要求。5080皮碗在燃油、滑油中的体积和重量变化表现为膨胀，有利于密封，而5870皮碗在燃油中体积增大，在滑油中重量变化表现为收缩，会导致漏油。5080皮碗在滑油中的密封性能优于5870皮碗。

查阅航空材料手册中，可以看出。5080皮碗在燃油和滑油系统都能使用，而5870皮碗只能在燃油系统中工作（见表4）。

表4 5080制品和5870制品的应用范围

从上文可以看出：5080制品和5870制品的主要性能差异是5080在滑油中的密封性能优于5870。

3 故障重现及解决措施

通过以上研究分析得出，在安装部位、工作环境一致的条件下，用了一个寿命周期的进口皮碗依然富有弹性，而自制皮碗在使用过一段时间后就会变硬变脆失去弹性，尺寸整体缩小。最主要的区别是两者所使用的胶料的牌号不同，进口皮碗对应的国产胶料牌号是5080，自制皮碗胶料为5870。

皮碗全寿命周期工作环境分析：皮碗在生产、制造和保管期间接触的介质为空气；皮碗装配到燃油调节器时，表面涂覆一层20号航空润滑油；燃油调节器装入发动机后，厂内油封介质为脱过水的8B润滑油，油温为60~80 ℃；发动机交付装入飞机启封并开始工作后，工作介质才由8B润滑油更换为RP-3煤油，工作温度为-40~80 ℃。

我们针对5870皮碗和5080皮碗模拟进行了全寿命周期的工作介质的耐介质性能测试。测试方法依据GB/T 1690—1992《硫化橡胶耐液体试验方法》进行。分别选取新品自制5870皮碗和试验件5080皮碗各两组，在8B润滑油、RP-3燃油中各浸泡240 h，每天记录皮碗的尺寸变化情况，浸泡结束后取出皮碗擦干，检查皮碗尺寸及外观变化情况。结果显示：浸泡在RP-3燃油中的5870皮碗和5080皮碗取出擦干后，外观及尺寸与浸泡前无明显变化，皮碗光亮有弹性；浸泡在8B润滑油中的5080皮碗取出晾干后，外观及尺寸与浸泡前无明显变化，皮碗光亮有弹性；浸泡在8B润滑油中的5870皮碗取出晾干后，尺寸明显缩小，且皮碗变硬变脆，弹性变差，故障重现，说明5870皮碗耐8B润滑油性能明显低于5080皮碗。

综上分析所得，5870胶料在8B润滑油介质里，胶料中的增塑剂（油类、石蜡等）、防老剂（胺类复合抗氧剂）与8B滑油中的聚烯烃合成油和抗氧剂相似相容，胶料中的增塑剂、防老剂成分被8B润滑油抽提，分子链间距离减小，分子间作用力增大，摩擦力增大，皮碗体积缩小，胶料逐渐变硬变脆，弹性变差，从而失去密封性能。用耐燃、滑油性能均佳的5080胶料加工的密封用皮碗后，燃油调节器油门轴漏油故障可排除。