■ 唐湘林 黄汉超 吴学深 何建/ 陆军装备部驻株洲地区航空军事代表室 陆军航空兵学院
2021年5—6月，某型涡轴发动机在外场使用时出现超转灯先闪亮后常亮现象，检查发现双极转速传感器端面鼓包碰磨，后续更换了2件新品双极转速传感器，故障仍然出现，导致发动机返厂维修。
发动机返厂进行故障现象验证。按相关要求拆下发动机的双极转速传感器，安装1件合格新件，进行台架验证试车。
当Ng达到85%，滑油进油温度为61.58℃时，总进油路的滑油供油压力（PH）为340～345kPa，M02和M03的供油压力（PH1）为369.51kPa（见图1中的PH1随QHE曲线图中的“x”），PHR（M04和M05的 供 油 压 力）为287.25KPa（见 图1中 的PHR随QHE变化曲线图中的“x”），PH1和PHR均高于验收标准（见图1中的两曲线之间）。
图1 Ng为85%时的滑油压力
试车至28min时，车台超转指示灯异常燃亮，试车停止。停车后检查双极转速传感器，发现新品传感器端面出现鼓包碰磨现象，见图2。验证试验出现了滑油压力高于验收标准，车台超转指示灯异常燃亮，双极转速传感器端面鼓包碰磨等现象，与外场故障情况一致，发动机故障复现。
图2 双极转速传感器对比
按照要求对发动机进行了分解检查、尺寸测量、流量试验及理化分析等工作，所有单元体分解至零组件。分解过程中重点检查发动机所有滑油流路、滑油滤、磁性堵头等有无金属屑或密封圈残余物，具体情况如下。
1）M05单元体机械式磁性堵头、发动机滑油总进油路的滑油滤有少量金属屑，其余滑油滤、磁性堵头未见金属屑。
2）M04单元体自由涡轮轴承座、导流罩表面粘有较多金属屑，金属屑均呈烧结颗粒状，部分表面呈灰色，其余呈黑色，最大尺寸为3.9mm×4.5mm。
3）减速机匣前部的滑油进油路（孔径φ3mm）内有一段密封圈残余物，长约6mm，直径约2.68mm，断口明显；
未见发动机上的胶圈有破损现象。
4）滑油泵中的自由涡轮和减速齿轮箱回油泵壳体有深度超过0.1mm的拉沟。
5）M04单元体前轴承外环整体呈黑色，跑道面及两侧挡肩部位可见大量黑色黏结物；
内环整体呈黑色，跑道面及两侧挡肩部位可见大量黑色黏结物，两侧挡肩表面可见周向刮磨痕迹；
18粒滚子均已磨成腰鼓形，其中有连续的3粒滚子靠内圆侧存在挤压磨损平面。所有滚子表面均呈黑色，表面可见黑色黏结物；
保持架所有表面均覆盖有黑色黏结物，局部表面可见轻微原始金属色，兜孔内部可见与滚子端面的接触磨损痕迹；
M04单元体中轴承内环端面和滚子表面轻微发蓝；
篦齿封严圈篦齿磨损。
6）M05单元体的主动齿轮轴承、中间齿轮轴承滚子有轻微磨痕；
三联轴承2#轴承内环有一处轻微划痕。
7）其余未见异常。
3.1 原始装配复查
该 发 动机于2020年7月25日第一次装配完成，7月28日进行检验试车，性能、扭矩曲线不合格，M01结合面有油迹，下台排故。排故中对M01、M02、M03、M05单元体进行分解，M04单元体未分解；
排故后于8月14日复装，8月17日检验试车，交付合格。
3.2 双极转速传感器复查
复查第一次大修时履历本上的测量记录：M04单元体双极转速传感器安装定位凸缘到音轮齿顶尺寸为23.34mm，双极转速传感器定位凸缘到端面尺寸为22.91mm，双极转速传感器端面与音轮齿顶的间隙为0.43mm（技术要求为0.3～0.46mm），满足技术要求。
该台发动机共造成4件GZ-18双极转速传感器头部磨损（外场3件、厂内1件）。4件传感器的编号分别为N2882、N3841、N4515、N2310（厂 内验证试车用），不属于同一批次。经制造厂复查出厂数据，均合格。
3.3 密封圈状态复查
该发动机厂内第一次大修时装机的滑油滤芯为新件，密封圈装在滑油滤芯上随滑油滤芯一起装机，厂内未更换。本次返厂后分解检查滑油滤芯编号仍为该新件。该型发动机随机备件目录中无滑油滤芯密封圈，发动机出厂时未配备滑油滤芯密封圈备件到外场。
根据生产厂家复查，滑油滤芯（编号1903030）配套的密封圈批次号为1811-9-2。该批次零件使用的是F2018-360批5880T（丁腈橡胶）胶料，其厂家合格证及入厂复验记录数据均合格。滑油滤芯（编号1903030）配套的密封圈（编号1811-9-2）生产过程中各参数均符合工艺规程要求，生产过程受控。
3.4 外场情况复查
2020年11月16日 发 动 机 完 成100h定检（检查、清洗滑油滤）；
2021年2月3日发动机完成200h定检（检查、清洗滑油滤）；
2021年5月10日发动机完成300h定检（检查、清洗滑油滤）；
2021年5月14日飞行中超转灯先闪亮后常亮，换上第1件N3841号双极转速传感器，在更换双极转速传感器前，拆下滑油滤芯检查，发现滑油滤芯上的密封圈被切断缺失，拆下扭矩压力传感器转接座、M01及M05单元体磁性堵头、前测压点四通接头进行检查，未找到切断部分的密封圈；
2021年6月1日飞行中超转灯报警（N3841号双极转速传感器工作了15h），换上第2件N4515号双极转速传感器；
2021年6月5日飞行中超转灯报警（N4515号双极转速传感器工作了8h39min），鉴于故障反复，发动机返厂维修。
3.5 维护资料复查
根据该型发动机维护手册要求，关于主滑油滤、堵塞指示器和油滤底座的维护有如下要求：在安装油滤时，若O形封严圈掉入底座内会引起严重后果。因此，装配前，确信该封严圈正确地位于油滤凸台处，否则，选一个新的内径合适的封严圈；
装配中，确信封严圈没有脱落。
双极转速传感器是磁电式传感器，安装在发动机自由涡轮轴承座上。包含传感器头部、插头、套管、密封圈等。头部的两个凸台与安装在自由涡轮轴上的两个音轮相对应。发动机工作时，音轮扰动传感器头部周围的磁场，传感器产生交流电信号，通过自身电缆、直升机电缆传给发动机的超转控制盒，超转控制盒控制直升机座舱的超转指示灯。
发动机正常工作时，直升机座舱的超转指示灯应处于熄灭状态。若双极转速传感器头部被磨损，会造成输出信号异常，导致超转控制盒控制直升机座舱的超转指示灯异常燃亮。
双极转速传感器头部结构如图3所示，头部及两个凸台的材料均为4Cr13不锈钢，两个凸台通过铅基钎料钎焊在头部上，内部填充环氧树脂。双极转速传感器头部的允许温度范围为-55～250℃，若环境温度过高，会造成环氧树脂膨胀，导致传感器头部端盖上的两个凸台贴近发动机音轮，被音轮磨损。
图3 双极转速传感器示意图
4.1 故障树分析
根据该型发动机的结构，建立双极转速传感器端面鼓包碰磨故障树，如图4所示。
4.2 影响因素排查
由图4可知共有7个底事件，对这7个底事件逐一进行分析和梳理。
图4 故障树
1）X1、X2、X3间隙不合格：返厂分解后对X1、X2、X3进行测量，结果合格。根据X1、X2、X3的测量值，按图5进行计算，可知双极转速传感器端面与音轮齿顶装配间隙合格。复查外场、上次大修及验证试验时双极转速传感器端面与音轮齿顶装配间隙，均合格。因此排除X1、X2、X3的影响因素。
2）X4转子定位尺寸不合格：返厂分解后对转子定位尺寸进行测量，结果合格。因此排除X4的影响因素。
3）X5排气温度高：无论是外场使用还是厂内验证试验过程中，发动机工作温度均正常。因此排除X5的影响因素。
4）X6隔热罩损坏：返厂分解后检查隔热罩外观，未见异常。因此排除X6的影响因素。
5）X7滑油油路堵塞：返厂分解后发现减速机匣前部的滑油进油路（孔径φ3mm）内被密封圈残余物（长约6mm，直径约φ2.68mm）堵塞。因此不能排除X7的影响因素。
综上分析，除X7滑油油路堵塞底事件不能排除外，其余底事件均可排除。
4.3 机理分析
从滑油滤芯和油滤底座结构分析，导致密封圈切断的原因可能是滑油滤芯上的密封圈未完全安装到位。切断的密封圈残余物掉入油滤底座进油孔内，受从滑油增压泵出来的滑油冲击，经附件机匣内部油路、M05单元体滑油进油管进入减速机匣前部组合，最终被润滑导管阻拦，停留在减速机匣前部至润滑导管的φ3mm油道孔内。该油路的滑油，一部分进入润滑导管润滑三联轴承，另一部分经过减速机匣前部组合的油道孔，对M04单元体的轴承、轴承座等零件进行润滑和冷却。
由于滑油流路被堵塞，进入M04单元体和润滑导管的滑油流量不足，滑油的润滑、冷却作用效果大幅减小，造成M04单元体工作中产生的热量无法被及时带走，导致单元体轴承座内腔温度异常升高，单元体前轴承磨损。同时，安装在M04单元体上传感器内部的环氧树脂非金属灌封物受异常高温后膨胀，导致传感器端面鼓包，使双极转速传感器端面与音轮齿顶装配间隙消失，传感器端面与音轮出现碰磨。由于滑油流路被堵塞，发动机滑油出油少，同时还造成发动机滑油压力高现象。
M04、M05单元体的滑油回油由滑油泵中的自由涡轮和减速齿轮箱回油泵抽回，经散热器、滑油箱再进入滑油总进油路的滑油滤。M04单元体前轴承磨损和双极转速传感器端面碰磨后产生的金属屑污染了上述油路，金属屑随滑油进入滑油总进油路的滑油滤，但是经滑油滤过滤后，不会污染其他油路（即不会污染M01、M02、M03单元体），这与返厂故检情况相符合。即M05单元体机械式磁性堵头、滑油总进油路的滑油滤进口有少量金属屑，其余滑油滤、磁性堵头未见金属屑；
M04单元体自由涡轮轴承座、导流罩表面上粘有金属屑；
M05单元体的主动齿轮轴承、中间齿轮轴承有轻微磨痕；
滑油泵的自由涡轮和减速齿轮箱回油泵壳体拉沟等，而M01、M02、M03单元体检查未发现异常。
4.4 纠正措施
严格按照维护手册对滑油滤进行安装和更换，避免配套的密封圈破损缺失；
同步完善生产过程中工艺质量控制，装配过程中加强密封圈类零件安装前后的检查，确保状态完好，保证制造质量。
该型发动机双极转速传感器端面鼓包碰磨的原因是减速机匣前部组合的油道被滑油滤滤芯上的密封圈切块堵塞，导致M04单元体轴承座内腔温度异常升高，传感器内部环氧树脂非金属灌封物受异常高温后膨胀，传感器端面鼓包，双极转速传感器端面与音轮齿顶装配间隙消失，双极转速传感器端面碰磨音轮所致。
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