某小型涡喷发动机滑油渗漏问题研究

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摘 要：某小型涡喷发动机加注滑油后，出现滑油渗漏现象，影响发动机轴承的正常工作，可能会导致发动机工作异常。本文通过对滑油加注部件的装配关系、装配工艺及密封原理进行分析研究，对如何防止滑油渗漏提出了改进措施，并进行了试验验证。

关键词：涡喷发动机；滑油加注；密封原理

1 概述

某小型航空发动机（以下简称WP发动机）是一种单轴涡轮喷气式发动机，其系统包括供油装置、滑油箱、喷嘴、油气分离器及供油、回油管路等。发动机工作时，滑油系统连续不断地将足够数量的清洁滑油输送到发动机各转动机件的轴承和传动齿轮的啮合处进行，以减少机械结合面得摩擦和磨损，防止它们腐蚀和表面硬化，同时传走摩擦所产生的热量和高温零件传给滑油的热量，并带走结合面之间形成的硬夹杂物。滑油不断渗漏致使滑油量不足，发动机轴承等部件在无充分的条件下磨损，导致发动机工作异常。

文章通过对某型发动机滑油加注部件的装配关系、装配工艺及密封原理进行分析研究，对如何防止滑油渗漏提出了改进措施，并进行了试验验证。

2 滑油加注部件简介

2.1 组成及装配工艺

滑油加注口由磁堵、常闭活门、O型密封圈、垫片、常闭活门支座组成。各部件具体装配方式见图1。

图1 滑油加注口装配图

滑油加注口零部件装配流程为：（1）将垫片放在常闭活门支座中心位置，将常闭活门通过外螺纹拧入常闭活门支座；（2）将滑油加注管与发动机滑油箱底部出口连接；（3）将两个O型圈装入磁堵；（4）将磁堵推入常闭活门，顺时针旋转到位。

2.2 滑油加注工艺

WP发动机滑油加注有以下步骤：（1）适当用力推压磁堵，逆时针旋转后卸下磁堵；（2）将滑油加注装置的注油塞插入滑油常闭活门，顺时针旋转到位、锁紧；（3）推动滑油加注装置活塞，将滑油全部注入发动机滑油箱中；（4）逆时针旋转注油塞，拔出滑油加注装置的注油塞完成滑油加注；（5）将磁堵插入常闭活门，顺时针旋转到位、锁紧。

2.3 密封原理

从滑油加注口的装配方法以及滑油加注方式可知，常闭活门与常闭活门支座之间安装垫片后，二者通过内外螺纹连接到位，磁堵未安装时，常闭活门保持闭合状态，由垫片保证常闭活门与常闭活门支座之间的密封性；磁堵安装时，顶住常闭活门内弹簧向里推动，此时油路打开，顺时针旋转磁堵至凹槽，磁堵安装到位，此时常闭活门打开，由O型密封圈和垫片密封，防止滑油泄露。

3 滑油渗漏原因分析

3.1 滑油渗漏分析

检查渗油产品情况，发现磁堵上的O型密封圈均不同程度出现破损或切圈现象，从系统密封原理看，加注燃油后从磁堵到滑油箱为油路打开状态，滑油完全靠O型密封圈和垫片密封，密封圈破损必然导致滑油的渗漏。

3.2 O型密封圈破损或切圈分析

WP发动机用O型密封圈，结构简单，密封性能好，密封结构体积小，拆装方便，可起双向密封作用，然而由于其材料较软，在运动摩擦中受力过大时会出现磨擦破损问题。因此，与密封圈接触的常闭活门内表面的粗糙度、磁堵与内孔的配合间隙及磁堵槽边缘的加工情况都是影响密封圈使用寿命和密封结构摩擦力的主要因素。密封圈破损或切圈原因可从这些方面考虑。

磁堵装入常闭活门内孔时，磁堵上的O型密封圈部分地被挤入磁堵与常闭活门的配合间隙内，如图2所示。在m点上密封圈应力最大， 严重时将发生破坏，当用力快速推入磁堵时，密封圈被挤入部分的磨损加剧，摩擦力增大，在变动压力作用下将更为严重，挤入量随工作压力的增大而增大，橡胶材料的密封圈材质较软，在此情况下易出现破损或切圈现象。

a.不受工作压力时的密封状态 b.受工作压力后的密封状态

图2 密封圈状态

由于常闭活门与支座安装时，未明确装配安装力矩要求，装配时采用2个扳手安装，往往安装力矩过大，造成常闭活门内孔有不同程度的变形，变形（圆度）主要发生在距常闭活门外端面约5mm处（该处的厚度为1.45mm，容易变形）；内孔变形将导致其表面粗糙度增加，配合间隙发生变化，O型密封圈在挤入时，受力不均、局部磨损加剧，造成密封圈破损或切圈；内孔严重变形时会导致磁堵都无法安装。

综上所述，造成滑油口渗油的原因为O型密封圈破损或切圈，造成该现象的原因有两个：（1）磁堵安装时，用力快速推入使O型密封圈挤入配合间隙内的部分所受摩擦力加剧；（2）常闭活门装配时未控制装配力矩，常闭活门内孔变形使装配间隙发生变化。

4 改进措施

针对以上分析结果，改善滑油渗漏问题需从两方面着手：一是尽量减少O型密封圈在推入时，其挤入部分所受的摩擦力；二是采取措施避免在装配时出现常闭活门内孔变形状况。

4.1 减小挤入部分摩擦力

针对减小摩擦力所采取的措施：安装磁堵时，需将O型密封圈装在磁堵上，浸泡滑油后，缓慢平推磁堵，使其顶到常闭活门端面，顺时针旋转到位。磁堵O型圈和常闭活门内孔无足够的是导致安装过程中密封圈破损或切圈的主要原因。浸泡滑油后再进行后续操作可避免密封圈干磨破损现象。

4.2 新的密封方式

针对常闭活门内孔变形的措施：常闭活门安装时，保持垫片处在常闭活门支座中心位置，使用力矩扳手进行拧紧操作，拧紧力矩为25N・m。使用力矩扳手控制装配力度，可避免装配时用力过大导致常闭活门内孔变形。

4.3 试验验证

在采用改进措施装配的产品中随机抽取3枚产品进行措施验证试验，试验方法是，按正常滑油加注方法加注滑油，产品放置至少24h，若无渗油情况，则合格。试验结果表明3枚产品均无滑油渗漏情况，改进措施有效可行。

5 结束语

通过对某小型航空发动机滑油加注部件的装配关系、装配工艺及密封原理进行研究，找出滑油渗油原因并提出改进措施，改进后的验证试验证明该措施有效可行，解决了该滑油口渗油问题，提高了发动机的工作可靠性。