程鹏 杨忠豪 付文俊 张世学 王仕鹏
中国航发南方工业有限公司,湖南 株洲 412000
【摘要】本文通过某个滑油泵抱轴故障的排查与分析,介绍滑油泵结构原理,通过分解检查、原因分析,确定故障机理,给同类型的故障提供参考意义。
【关键词】航空发动机 滑油泵 抱轴 故障分析
0引言
滑油泵为发动机滑油系统滑油循环提供动力。如果滑油泵抱轴,滑油循环效率降低,发动机内部各润滑部位会出现少油的情况,最终可能导致轴承等出现磨损,影响发动机使用安全。
1滑油泵的结构原理
此滑油泵是两级齿轮泵,一级作增压用,一级作回油用。由壳体、上盖、下盖、增压级主从动齿轮及回油级主从动齿轮等组成,见图1。
滑油泵工作时,滑油被齿轮增压后流经端面间隙形成内部泄露,使齿轮与壳体结合面生成一层动态压力油膜,补偿端面磨损,润滑齿轮端面与盖板结合面(固定间隙为0.095~0.175mm)。在壳体内压有4个青铜衬套,并用螺纹销保险,作为2个齿轮轴的滑动轴承。青铜衬套与壳体配合过盈为0.023~0.077mm,齿轮轴与青铜衬套的间隙为0.06~0.12mm。在壳体上的每2个青铜衬套之间,开有Φ6的润滑油孔,与增压级的输出端连接,引来压力油润滑滑动轴承。
1.油泵上盖;2.回油级从动齿轮;3.回油级主动齿轮;4.增压级主动齿轮;5.青铜衬套;6.油泵下盖;7.增压级从动齿轮。
图1 滑油泵局部结构示意图
2故障现象
清洗发动机滑油滤时,发现油滤里有大量金属屑,检查滑油泵油腔里有细小金属末。金属屑呈两种不同的表面颜色,一种为灰白色,能谱分析该金属屑为铝合金材料;另一种为黄铜色,能谱分析该金属屑类似铅锡铜合金。
3故障分析
3.1分解检查
分解滑油泵至零组件,发现回油级主动齿轮与滑油泵壳体上、下两个衬套抱轴。滑油泵上盖与回油级主动齿轮端面接触面周向磨损严重,下盖与增压级齿轮端面接触面有周向磨损,壳体衬套安装孔磨损严重,衬套与主动齿轮轴颈抱死无法分下,壳体上增压级、回油级主动齿轮安装孔端面均有磨损,回油级与增压级齿轮端面均有磨痕。
3.2故障树分析
以滑油泵抱轴为顶事件,结合滑油泵结构原理分析,绘制故障树,见图2。
图2 滑油泵抱轴故障树
故障树包括6个底事件,分析与排查过程如下:
3.2.1泵壳体加工不合格X1
机理:滑油泵壳体加工尺寸不合格,衬套与齿轮发生偏磨挤压,导致抱轴。
验证:复查滑油泵壳体加工记录,合格;分解检查衬套与齿轮无偏磨现象,此因素可以排除。
3.2.2齿轮加工不合格X2
机理:回油级从动齿轮加工尺寸不合格,衬套与齿轮发生偏磨挤压,导致抱轴。
验证:复查回油级从动齿轮加工记录,合格;分解检查衬套与齿轮无偏磨现象,此因素可以排除。
3.2.3衬套硬度不合格及松动X3
机理:衬套硬度不合格,工作过程中局部磨损,磨粒引起衬套与齿轮轴颈磨损,导致抱轴;滑油泵工作过程中,衬套松动,衬套与壳体及齿轮轴存在相对运动,引起轴颈磨损,磨粒进入衬套内孔与齿轮轴颈发生磨擦,导致齿轮与衬套发生抱轴。
验证:复查青铜衬套加工记录,硬度合格,对故障泵从动齿轮衬套进行硬度检查,硬度合格;壳体与衬套之间为过盈配合,每个衬套均有螺塞防松,每个螺塞均冲点防松,复查从动级衬套未发现松动;此因素可以排除。
3.2.4衬套与齿轮间隙不合格X4
机理:衬套与齿轮间隙过小,滑油泵工作过程中,衬套与齿轮易发生磨擦,青铜衬套发热膨胀,导致与齿轮发生抱轴。
验证:复查衬套与齿轮的间隙为0.09mm(要求值:0.06~0.12mm),合格;此因素可以排除。
3.2.5泵端面磨损产生多余物X5
机理:滑油泵齿轮与壳体磨损产生多余物,随滑油进入衬套与齿轮之间,造成滑油泵工作卡滞、磨损,最终抱轴。
验证:复测滑油泵齿轮与壳体配合尺寸,结果合格;滑油泵经滑油综合试验器磨合试验后进行分解检查,各零件检查正常;随发动机试车后对油滤进行检查,未发现金属屑;发动机在外场定期进行滑油滑油磨粒检查和清洗滑油滤,至本次故障前检查正常;此因素滑油泵端面磨损产生多余物X5可以排除。
3.2.6发动机内部或滑油带入多余物X6、X7
机理:发动机内部或外部滑油箱带入多余物进入滑油泵,卡在衬套与齿轮之间,造成滑油泵工作卡滞、磨损,最终抱轴。
验证:冶金对故障零件进行了外观、电镜及能谱分析和成分、高倍检查,青铜衬套与主动齿轮相互粘结的材料除滑油泵本体材料外,还有铝材质多余物成分;X6、X7因素不能排除。
通过对7个底事件进行分析,除多余物因素X6、X7不能排除外,其余底事件均可以排除。
4故障机理
滑油泵回油级主动齿轮与青铜衬套之间进入了铝材质多余物,滑油泵工作过程中,齿轮轴挤压多余物,对衬套造成刮磨,产生衬套及内孔铅锡镀层的屑末,磨损产生的屑末逐渐积累,减少了齿轮与衬套的间隙。同时,由于挤压、刮磨使齿轮与衬套发热升温并融合,衬套随齿轮转动,切断衬套固定销钉,衬套与齿轮抱轴在滑油泵壳体孔内转动,对壳体造成磨损,产生铝合金屑末,青铜屑末和铝合金屑末随滑油回流至滑油滤。
5故障结论
多余物随滑油回流至滑油泵回油级,使回油级主动齿轮与衬套磨损后抱轴,导致滑油泵与壳体磨损,磨损产生金属屑进入滑油滤。
参考文献
[1]某型发动机技术说明书[M].株洲:中国航发南方工业有限公司,2018.
[2]某型发动机维修手册[M].株洲:中国航发南方工业有限公司,2018.
作者简介:程鹏(1993-),男,湖南常德人,本科,助理工程师,研究方向:航空发动机产品诊断与维护。