基于故障树的发动机滑油泄露故障分析

曾闻鼎 王海勇

摘 要：针对某型航空涡轮轴发动机科研阶段台架试车过程中出现的尾喷管漏油的故障，应用故障树法结合滑油系统原理对漏油原因进行了分析，建立了发动机尾喷管漏油的故障树。采用定性分析结合发动机分解检查结果得到了故障的最小割集，确定了故障原因。通过试验验证，排除了故障，结果表明故障树法是简单有效的。

关键词：发动机;故障树分析;滑油泄漏

中图分类号：U472 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）13-0049-02

0 引言

某涡轴发动机地面台架试验过程中，发动机进行冷吹后，出现尾喷管滑油大量泄漏（呈线状流出）的故障，严重影响了发动机地面台架试验。

故障树分析法简称FTA，或称失效树分析法，是以故障树为工具分析故障发生的各种途径，对系统安全性或可靠性进行评价的图形演绎方法[1]。FTA被认为是一种对复杂系统进行安全性和可靠性分析的一种好方法[2]。

本文以某型涡轴发动机地面台架试验过程尾喷管滑油泄漏为例，应用故障树分析法进行分析排故。

1 故障树分析

1.1 发动机漏油故障简介

某型涡轴发动机地面台架试验时，冷吹后检查发现尾喷管有大量滑油呈线状流出;更换滑油泵后进行冷吹，尾喷管漏油故障仍然存在。随后发动机下台分解进行漏油排故工作。

1.2 发动机滑油系统原理

发动机滑油系统主要由滑油箱、滑油泵、滑油滤、各滑油腔（附件传动、A滑油腔、B滑油腔、C滑油腔）、回油泵、回油滤、喷嘴及外部管路组成，见图1。

滑油箱中的滑油通过滑油泵进入供油管路，随后增压后的滑油经过滑油滤过滤后，分别供给附件传动机匣腔、A轴承腔、B轴承腔及C轴承腔的喷嘴，对各个轴承和齿轮进行润滑和冷却，并带走轴承腔中的磨粒，使它们不再进入下一个循环。之后滑油经过回油滤过滤后，通过回油泵进入附件机匣总回油管路，经过磁性屑末检测信号器的检测和燃滑油散热器、空气散热器散热后，回到滑油箱。

1.3 建立故障树

故障树分析法的关键是正确建造故障树，故障树的完善程度将直接影响定性分析和定量计算的准确性。故障树分析中的结果事件称为顶事件，是故障树中首先要分析的系统故障事件;把导致顶事件发生的根本原因称为底事件;顶事件和底事件之间的中间结果事件称为中间事件[2]。

根据发动机滑油系统原理可知，参考文献[3][4][5]的排故经验，建立故障树。导致顶事件发生的直接原因可能是“A腔滑油泄漏”、“B腔滑油泄漏”、“C腔滑油泄漏”。引起滑油腔滑油泄漏的原因可能是：各滑油腔回油不畅，各滑油腔密封失效。引起各滑油腔回油不畅的原因：燃滑油散热器堵塞，磁性屑末检查信号器堵塞，旁通活门堵塞，回油滤堵塞，滑油压力传感器漏气，滑油泵回油能力不足，各滑油腔回油管路节流和密封失效或裂开破损，都会引起滑油腔回油不畅，导致滑油泄漏。这些因素分别标识为底事件X3～X9、X12～X14、X16、X17。为了保证良好的密封效果，各滑油腔采用了不同的密封措施，其中包括石墨密封、篦齿密封、O型胶圈密封。任何一处密封间隙不合格、石墨和胶圈损坏或者封严引气压力偏低、轴承腔腔压偏高，都会导致封严失效引起滑油泄漏的发生。这些失效事件分别标识为底事件X1、X2、X10、X11、X15、X18、X20～X23。

将上述分析得到的顶事件、中间事件和底事件按照故障树的符号逻辑的连接起来，就得到如图2所示的发动机尾喷管滑油泄漏的故障树。采用下行法得到故障的最小割集为：{X1}～{23}，表明存在23种导致发动机的尾喷管滑油泄漏的因素。

2 故障排查及定位

按照图2所确立的故障树，某型发动机发生尾喷管滑油泄漏故障后，在台架进行了一系列的排查工作，随后进行了分解检查，以及针对底事件的专项试验等，通过排除各个可能的因素，最终确定了故障发生的真实原因。

故障发生后，在台架仔细检查了发动机的各回油管路及接口处，均未发现裂开破损，滑油渗漏情况。随后在台架更换了一个功能正常的滑油泵，故障依然存在，可排除X8。

发动机下台分解后，目视检查了5个回油滤，滑油滤，燃滑油散热器，磁性屑末检查信号器，旁通活门，均未发现堵塞，可排除事件X4、X5、X6、X7。对各滑油腔外部回油管路进行了冲洗，未发现任何异物;并对外部回油管路进行了密封性试验和流量试验，结果均正常，排除X13、X17。随后将起动机分解至零组件状态并进行了相应检查和试验。

A滑油腔前端通过石墨盒和O型胶圈密封，后端通过篦齿封严。目视检查输出轴胶圈正常，石墨密封盒没有异常磨损，进气流道内无滑油痕迹，可以判断A腔前端石墨盒和胶圈密封没有失效，排除了底事件X2。目视检查压气机流道内没有滑油，可以确定A腔后封严篦齿密封正常，排除底事件X1。对A腔回油路进行了流量和密封性试验，结果均正常，排除X3、X9。检查动力涡轮传动轴前端通气孔和输出轴上的通气口，未发现任何堵塞现象;对引气封严气路进行流量检查，结果正常，排除X18、X19。

分解后检查B腔发现燃烧室火焰筒内部有大量滑油，燃气涡轮叶片表面，以及流道的内壁和外壁也有油迹，说明B滑油腔发生滑油泄漏。按照故障树对B腔进行仔细检查。在组件状态对B腔回油管路进行了流量试验和密封性试验，试验结果正常，排除了X13、X14。针对中间事件B腔封严失效，对B腔前篦齿封严和后篦齿封严进行了精密计量，得到的前后篦齿间隙均在设计范围内;对篦齿封严引气气路进行检查，未發现任何堵塞和节流现象，说明篦齿封严正常，排除X10、X11、X20。检查转动密封件、转子连接轴和涡轮连接轴上通气小孔，均正常，排除X21。拆下滑油压力传感器检查发现，与滑油压力传感器连接的B腔基准压力管没有滑油痕迹，说明滑油压力传感器存在漏气，底事件X12存在故障。