飞机液压泵传动轴密封失效故障的判断及处置

李彪 罗峰

摘 要：本文针对某型飞机一起液压油泵传动轴密封失效故障，依次对该泵进行漏油腔加压试验、回油压力与漏油量变化关系实验、回油压力与出口压力变化关系实验，经分析判断，液压油泵本身脉动与飞机负载在某个特定条件下产生共振，导致回油腔与漏油腔之间的密封装置瞬间失效，故障比较典型危害性比较大。本文在最后提出“示波动态监测程序”，以供参考。

关键词：液压油泵 传动轴密封失效  判断处置

一、现象及危害

某单位在飞行后检查时，发现一架飞机液压油泵后盖组件处皮碗外翻、弹簧圈挤出约四分之一，周边有残余油液。经初步检查、分析，造成这次液压泵故障的原因是：飞机液压系统某种原因产生流固耦合共振，导致漏油腔油压骤增，致使皮碗被挤出，传动轴密封失效。

如果液压泵压力脉动长期激励管道强迫振动，随着飞行时间增加，脉动频率（流体的谐振频率）与固体管道的固有频率逐渐接近，振动会进一步加强，产生流固耦合共振。由于液压系统共振时，工作压力冲击来的突然，时间很短，瞬时压力峰值会比正常工作压力高几倍，它会破坏液压油泵密封装置，以及脆弱的液压管道系统，严重危害飞行员生命安全。

二、实验分析

（一）漏油腔加压试验

因为外翻的皮碗只与漏油腔相连通，且依据皮碗处有油液渗出的故障现象，可以判定该皮碗是被漏油腔油压挤出。直接通过漏油嘴加压，当压力升至0.2MPa时，发现皮碗被挤出，故障现象再现。

实验证明：皮碗外翻是因为漏油腔油压过大，回油腔进入漏油腔的油量过大，从漏油腔的φ1mm孔不能及时排出。

（二）回油压力与漏油量变化关系试验

为进一步寻找油泵在飞机上时漏油腔油压的来源，我们对油泵的内部结构进行分析（如图1所示）：油泵内部与漏油腔相邻的是回油腔，回油腔是通过轴封部件与漏油腔隔离的。正常情况下，回油腔内的油液允许经过轴封部件少量进入漏油腔，再通过一个1mm的小孔进入漏油管嘴排出油泵。相关技术文件规定，在油泵出口压力最大（油泵最大供油压力21MPa）的情况下，漏油管嘴的漏油量每小时不大于5毫升（约为每分钟2.5滴）。

（三）回油压力与出口压力变化关系实验

漏油量过大，轴封部件又没有失效，说明回油腔内可能会发生瞬间高压，或压力异常波动。回油压力产生的主要途径是转子与分油盖之间的回油槽，此回油槽与分油盘相通，分油盘的分油孔直接通往油泵出口，说明回油压力与油泵的出口压力有密切的关系。

我们在不同的供油压力（出口压力）下进行试验，检查回油压力和漏油嘴的漏油情况。（表2）

（四）结论

该型飞机液压油泵是变量柱塞泵，在旋转和往复吸排油的过程，会产生气穴、气蚀问题，高压腔压力高于柱塞孔压力，两腔接通时，会有流量倒灌现象，流量脉动很大，使液压泵成为流体振动的根源，脉动式的流量输出是其固有特性。

如果油泵本身脉动与飞机负载在某个特定条件下产生共振，瞬时供压峰值会比正常工作压力高几倍，漏油量瞬间增大，导致大量油液窜入漏油腔，压力激增，造成皮碗外翻，密封系统失效。如果振动进一步加强，产生流固耦合共振，会严重损害液压油泵和液压管路系统，危害飞行员生命安全。

三、处置方法

“液压泵轴封失效”的故障原因很多，但主要原因是发生共振，直至产生“流固耦合共振”，这不但对液压泵本身造成很大损坏，也对整个飞机液压系统造成很大损坏，所以我们要引起高度重视：

（一）通过外观检查，初步判断液压系统共振源。依次检查液压油泵轴尾有无漏油、皮碗是否外翻、弹簧是否挤出，固定管夹是否松动，油滤滤芯是否变脏，蓄压器是否损坏等，或者其他一些系统问题。

（二）动态监测脉动频率，进一步确认液压系统共振源。影响液压系统脉动的部附件主要有四个：一是液压油泵，本身工作原理产生的脉动，其特点是比较稳定，可以上试验台检查脉动频率;二是固体管道，由液压泵压力脉动激励管道强迫振动产生，随着飞行时间增加，接触结构逐渐磨损，甚至松动，管道支撐结构刚度会下降;三是蓄压器，实践证明，蓄压器能使振动和噪声明显降低;四是油滤，如果油滤滤芯污染堵塞，流通能力下降，同样也会在油滤内产生大幅值的压力脉动与噪声。

（三）利用液压脉动示波器等设备，测量分析示波结果。飞机液压系统正常的谐振频率和振幅比较稳定，对系统的稳定性和动态性能有一定影响，但是在可控范围之内。如果谐振产生的突然，振幅较大，使用示波器显示压力输出曲线，有“毛刺”，经将“毛刺”拉平放大后，测量其振幅、频率稳定，则说明液压环节有谐振。在测量液压泵供油压力的谐振，如果谐振频率、波形、当量幅值一样，说明谐振是由液压泵引起的。

（四）开发类似于“飞机液压系统动态监测与故障诊断专家系统”等诊断设备，把故障消灭在萌芽状态，防患于未然，可参考下述程序进行监控诊断（图2）。

[1]杜来林  宋晓军，飞机附件检修，航空工业出版社，2006年5月，51页-74页。

[2]机床与液压（飞机液压系统专刊），中国机械工程学会，2012年12月，77页-98页。

[3]吕伯平 陈名华，航空油液监测技术，中国航空工业出版社，2006年8月，1页-11页。

专家点评

该论文通过对液压泵漏油量、供油压力、回油压力等关系进行上机实验，准确分析判断出“因为飞机系统某种共振导致液压泵瞬时供压峰值过大，引起传动轴密封失效故障”，其研究结果具有一定的科学性，为部队飞行保障工作中出现类似情况提供了很好的参考资料，尤其是作者建议提出“开发飞机液压系统动态监测与故障诊断专家系统诊断设备”，为未来机务一线维修保障中提供了很前瞻性的思路。