渦軸發動機滑油中斷試驗研究

岳洋 周臣

中國航發湖南動力機械研究所

摘 要：

主要依據《航空渦輪螺槳和渦輪軸發動機通用規范》（GJB 242—87）和某型渦軸發動機的具體要求，在參考其他類型航空發動機滑油中斷試驗經驗方法的基礎上，對渦軸發動機滑油中斷整機試驗裝置進行了研制改造，對試驗方案及試驗前后工作等內容開展方法研究，并對兩次試驗結果進行總結分析，得到了一套操作性極強的滑油中斷試驗裝置及其試驗方法，為該型渦軸發動機的設計定型提供了有力依據，對后續該類型相關試驗也具有參考意義。

0引言

航空渦軸發動機作為高速旋轉機械，滑油對其內部齒輪和軸承起著潤滑、冷卻以及帶走磨粒的作用，所形成的油膜在一定程度上還有緩沖減振的效果。發動機在運行過程中遭遇故障、機動飛行、重復的瞬間過載飛行、不正確使用等情況時，其內部齒輪和軸承將立即進入無潤滑的極其惡劣的工作環境，齒輪和軸承等傳動元件摩擦副產生的大量摩擦熱將使傳動系統內部零部件溫度隨時間延長而急劇上升，從而導致發動機失效。因此，在研制階段對發動機進行滑油中斷試驗，驗證其是否具有設計要求的干運轉能力是十分必要的[1]。

發動機結構復雜，流、固、熱多相耦合工作，因此部件級的試驗無法驗證發動機真實工作條件下滑油中斷的情況，為保證飛行安全，應對發動機滑油中斷做地面整機試驗，對發動機性能進行鑒定。本文對某渦軸發動機滑油中斷試驗進行了研究，在保證試驗質量和安全的前提下，設計出一套滑油中斷試驗裝置，并通過試驗驗證，對該裝置進行了改進，最終順利完成了滑油中斷試驗，為該類型試驗積累了經驗。

1試驗要求

國家軍用標準GJB 242—87中要求渦軸發動機要進行滑油中斷試驗。根據這一要求，滑油中斷時，僅向滑油泵進口供氣，發動機在中間狀態工作30 s。在滑油中斷期間和隨后恢復正常潤滑的30 min內，發動機應無損壞地工作。分解檢查發動機各零部件并重點檢查發動機各潤滑件無損壞，則認為完成了試驗[2]。

滑油中斷試驗已超過發動機正常工作范圍，有一定風險性，可能干運轉會引起磨損、過熱而導致零部件損壞，首當其沖的便是與潤滑有關的零部件，如軸承、齒輪、滑油泵、封嚴環等。因此，試驗過程中應嚴格落實與試驗有關的監控措施。對于發動機平穩運行最敏感的參數就是振動，試驗中應密切注意監控參數的變化，確保發動機安全運轉[3]。

2試驗方案

試驗對象為某型渦軸發動機，其由粒子分離器、組合壓氣機、燃燒室、燃氣渦輪、動力渦輪及附件傳動機匣組件、自給式滑油系統等組成?；椭袛嘣囼炘诮涷炇蘸细竦恼麢C試驗臺上進行。

2.1 試驗裝置設計

本次試驗發動機，本身結構集成度高，在滑油箱與滑油泵附件之間沒有外部管路。為了滿足試驗要求，達到試驗目的，要設計一套便于操作、易于控制、反應迅速、工作可靠的發動機外部滑油中斷試驗裝置。

圖1給出了原滑油路以及滑油中斷試驗裝置的滑油路示意圖。在原滑油路中，滑油從滑油箱的油濾吸入至滑油泵及附件進入軸承腔，再回到滑油箱形成滑油路閉環。在滑油中斷試驗裝置中，用轉接管替換油濾形成通路，將滑油放油口通過通/斷油裝置與轉接管相連，形成發動機外部滑油路。這樣，滑油從放油口進入通/斷油裝置，通過轉接管吸入至滑油泵及附件進入軸承腔，再回到滑油箱形成滑油路閉環。通過遠程控制通/斷油裝置即可控制大氣與滑油的切換，進行滑油中斷試驗。

2.2 試驗內容

（1）發動機穩態性能錄取試驗；

（2）滑油中斷試驗。

2.3 試驗程序

滑油中斷試驗開始前進行一次常規試車，錄取發動機性能，并檢查發動機工作穩定性。性能錄取試驗結束后取50 mL滑油做光譜分析，清理磁性屑末檢測信號器，更換滑油濾芯。

滑油中斷試驗程序如圖2所示，在發動機到達規定狀態后停留3 min，然后切換通/斷油裝置，中止滑油箱向發動機供滑油，同時滑油泵增壓級進口通大氣，在此狀態保持30 s。在試驗過程中，密切監控發動機工作情況及各測量參數的變化情況并記錄，如有異常立即停車?；椭袛?0 s后，立即恢復正常供油，在該狀態停留3 min后，逐步下拉發動機狀態進行剩余試驗直至滑油中斷試驗完成。試驗結束后，檢查磁性屑末檢測信號器和滑油濾芯，并取50 mL滑油做光譜分析。

3試驗結果、分析及設備改進

按照上述試驗程序進行兩次滑油中斷試驗。其中第一次試驗，通/斷油裝置由兩個電磁閥組成，試驗過程中因為通/斷油裝置無法恢復滑油供應而終止；對設備進行改進后，第二次成功地完成了滑油中斷試驗。

3.1 第一次滑油中斷試驗

試驗前，按照圖1對滑油中斷裝置進行安裝，其中通/斷油裝置如圖3所示。在正常試驗時，滑油進口處電磁閥2接通，通大氣側電磁閥1關閉，滑油通過滑油箱放油口至電磁閥2進入滑油泵，再進入軸承腔等；當滑油中斷時，通大氣側電磁閥1接通，滑油進口處電磁閥2關閉，僅有空氣進入滑油泵，從而形成滑油中斷的效果。

如圖4所示，在第一次滑油中斷試驗時，在中間狀態中斷滑油，滑油壓力下降為0，30 s后恢復供油，滑油壓力仍為0，2 min后滑油壓力仍未恢復，下拉發動機狀態，在下拉過程中有異響，振動報警達到60 mm/s，進行緊急停車。停車后從滑油箱中只放出1 L滑油，大量滑油泄漏。

經檢查，電磁閥關閉時靠閥兩側壓差對閥本身進行壓緊，從而起到緊閉的作用，滑油大量從電磁閥1泄漏。通/斷油裝置由兩組電磁閥組成的方案存在問題，需改進。

本次滑油中斷試驗最終因設備問題而終止，但是在滑油中斷期間，發動機穩定運行，各主要參數無明顯變化，振動值整體有所上升，其原因在于，當滑油切斷后，擠壓滑油油膜阻尼器減振效果下降，轉子及發動機振動響應增大，但未超過極限值。后續下拉發動機狀態過程中的振動值超限，原因是滑油大量泄漏，導致與潤滑相關的零部件長時間處于無潤滑狀態，引起了磨損、過熱等問題，加上發動機狀態改變這個因素，最終導致了振動值超限。

3.2 第二次滑油中斷試驗

總結上一次試驗經驗，按照圖5對通/斷油裝置進行改進，將兩組電磁閥改為二位三通電動閥。其中，二位三通閥的進口A與滑油箱放油口連接；二位三通閥的一個接口B與轉接管相連，A→B為滑油通道，保證發動機在供應滑油的狀態下正常工作；二位三通閥的另一個接口C通大氣，C→B為空氣通道，該通道工作時，滑油通道關閉，滿足滑油中斷試驗僅有空氣進入滑油泵，使發動機在一定時間內無滑油供應的狀態下工作的要求。

如圖6所示，整個試驗過程中，發動機工作正常，滑油中斷過程中，滑油供油壓力正常變化，中斷開始時，壓力在2 s內降低到0，恢復供油后，2 s左右壓力回到正常值，滑油供油溫度和回油溫度無明顯變化。在滑油中斷的31 s內發動機的功率、動力渦輪前溫度、燃氣渦輪轉速等重要性能參數均未發生明顯變化，發動機各振動參數均有所增大，但所有振動參數均在規定范圍之內。整個試驗過程中磁性屑末檢測信號器未報警，滑油濾未發現堵塞指示或堵塞報警。

3.3 試驗后檢查

對所取滑油樣品進行光譜分析，表1給出了滑油光譜分析結果，分析表明，滑油中斷試驗前后滑油中金屬元素的含量無明顯變化，說明滑油中斷期間各軸承并無明顯磨損。

發動機完成滑油中斷試驗后分解，以檢查滑油中斷對發動機的損傷情況。檢查結果表明，發動機各部件未發現異常；對發動機軸承進行分解、目視檢查顯示正常，返回相應承制單位返廠檢查，軸承尺寸精度、旋轉精度及游隙等均在正常要求范圍內。

綜上所述，試驗數據滿足合格判定準則，可以認為順利通過了滑油中斷試驗。

4結論

本文對某型渦軸發動機進行了滑油中斷試驗研究，在本文試驗范圍內，可以得到如下結論：

（1）本次滑油中斷試驗的成功表明，該滑油中斷試驗裝置設計合理可行，結構簡單，操作方便，響應迅速，控制精度高，可在今后同類型試驗中進行廣泛推廣。

（2）在滑油中斷期間，發動機振動值整體會有所增大，原因在于，滑油中斷會導致擠壓滑油油膜阻尼器減振效果下降，潤滑零部件會發生相應變化，導致轉子及發動機振動響應增大，是滑油中斷后發動機的正?，F象。

（3）某型渦軸發動機在滑油中斷期間和隨后恢復正常潤滑的試驗過程中工作正常，性能均符合要求，順利完成了滑油中斷試驗，為該型號發動機設計定型提供了強有力的技術支持與依據。

審核編輯：湯梓紅