□ 楊紅英

西安航空動力控制科技有限公司 西安 710077

1 故障現(xiàn)象

燃油泵的功能是向系統(tǒng)輸送具有一定壓力的燃油。一旦燃油泵發(fā)生泄漏故障，若滑油泄漏量過大，主機工作時就不能保證有足夠的滑油潤滑、散熱，會使滑油循環(huán)加快，引起滑油溫度過高，燒壞軸承、機匣等，危害嚴重。若燃油泄漏量較大，滑油端機械密封同時失效，燃油通過滑油端機械密封進入滑油系統(tǒng)，引起燃滑油摻混，導致滑油系統(tǒng)異常［1］。故障集中發(fā)生引起用戶強烈不滿，要求工廠短期內(nèi)找出故障原因，采取改進措施。筆者以其中一起泄漏故障為例展開研究分析，通過故障現(xiàn)象、燃油泵的密封原理，以及所作的故障排查、分析、試驗驗證等，逐步縮小排查范圍，鎖定故障部位，確定分析結論，并提出解決措施，為同類故障的分析和處理提供借鑒和指導。

某主機工作后發(fā)現(xiàn)主機上的聯(lián)合漏油管漏油量超標，停車狀態(tài)時油液呈線狀流出。分開聯(lián)合漏油收集器上的各處漏油管，開車檢查，確定異常情況為燃油泵漏油管漏油。

2 故障定位

2.1 密封原理

燃油泵漏油管接頭收集來自燃油端與滑油端的漏油，燃油端和滑油端均采用機械密封結構，如圖1所示。影響接頭漏油量超標的密封部位共有三處，其中一處為動密封。動密封依靠彈簧對靜環(huán)提供一個預緊力，使靜環(huán)與動環(huán)始終處于貼合狀態(tài)，達到密封作用。另兩處為靜密封，由密封圈和封嚴碗實現(xiàn)密封。密封圈保證壓環(huán)與傳動殼體之間的密封性，封嚴碗保證石墨環(huán)殼體組件的密封性。封嚴碗唇口依靠來自彈簧片的張力及液體的液壓力，達到與石墨環(huán)殼體緊密貼合的密封效果。

2.2 性能試驗

2.2.1 成品密封性試驗

在試驗器上檢查成品漏油量，靜態(tài)時漏油量超標，工作狀態(tài)時漏油量合格，試驗數(shù)據(jù)見表1。

表1 成品密封性試驗數(shù)據(jù) mL/min

2.2.2 靜壓密封性試驗

拆解燃油泵，分別從燃油端、滑油端通油，檢查產(chǎn)品密封性，進一步界定漏油部位。試驗結果為燃油端漏油量超出設計要求，燃油端密封性不合格，滑油端密封性合格。試驗數(shù)據(jù)見表2。

2.2.3 組件密封性試驗

將機械密封組件從燃油泵上拆解，進行組件密封性試驗。燃油端在小壓力狀態(tài)下漏油量超出設計要求，在大壓力下漏油量合格，滑油端符合設計要求。試驗數(shù)據(jù)見表3。

▲圖1 燃油泵密封機械結構

表2 靜壓密封性試驗數(shù)據(jù) mL/min

表3 組件密封性試驗數(shù)據(jù) mL/min

通過性能試驗得出結論為機械密封組件密封性不合格。

機械密封組件進行密封性試驗時，動環(huán)及密封圈并不參與密封工作，但試驗結果還是不合格，因此可以排除動環(huán)、密封圈不合格導致漏油，問題主要集中在封嚴碗密封部位。

2.3 封嚴碗密封原理

機械密封的輔助密封裝置采用的是U形聚四氟乙烯封嚴碗，靠彈簧載荷和液壓載荷達到密封作用，其唇邊緊貼在軸、軸套上進行密封，內(nèi)外徑與軸、孔有適當?shù)倪^盈配合，依靠彈簧力和液壓力使唇邊達到密封效果［2-3］。唇邊的形狀對密封的影響較大，若封嚴碗唇口與石墨環(huán)殼體外徑配合異常，油液會從此部位泄漏，引起密封失效。在工作過程中，封嚴碗唇口與石墨環(huán)殼體為過盈配合，過盈量為0.25～0.50 mm，如圖2所示。

▲圖2 封嚴碗與石墨環(huán)殼體配合示意圖

2.4 分解檢查

對機械密封組件局部分解，目視檢查封嚴碗和彈簧片變形，可見兩者貼合性良好。對封嚴碗和彈簧片在原裝配組合狀態(tài)下計量半徑R，發(fā)現(xiàn)封嚴碗半徑尺寸波動較大，如圖3、表4所示，說明封嚴碗和彈簧片已整體變形。

▲圖3 計量部位

表4 封嚴碗半徑計量數(shù)據(jù) mm

2.5 故障驗證

更換封嚴碗和彈簧片，重新檢查機械密封組件密封性，試驗數(shù)據(jù)見表5。試驗結果合格，故障消除。將封嚴碗和彈簧片人為變形，進行密封性試驗，漏油量增大且不合格，驗證了封嚴碗與彈簧片變形是泄漏故障的直接原因，因此圍繞變形問題繼續(xù)展開調(diào)查分析。

3 調(diào)查與分析

3.1 零件檢查計量

根據(jù)機械密封組件部位的裝配關系，對封嚴碗、彈簧片、石墨環(huán)殼體組件、內(nèi)環(huán)等相關零件尺寸檢查計量，發(fā)現(xiàn)兩個異常點，重點進行研究分析。

表5 故障驗證試驗數(shù)據(jù) mL/min

3.1.1 彈簧片

檢查故障彈簧片，發(fā)現(xiàn)其張開角度超過設計規(guī)定，抽取新件計量結果亦如此，如圖4、表6所示。調(diào)查彈簧片加工過程，該角度尺寸由模具保證，計量模具尺寸合格，計量現(xiàn)場加工試驗件角度合格。復查加工、流轉、存放環(huán)節(jié)，確定彈簧片應是存放、保管過程中角度發(fā)生了變化，后續(xù)將通過試驗研究如何保證其尺寸穩(wěn)定性。

若彈簧片張開角度過大，裝配時工裝不能平穩(wěn)地將彈簧片壓入封嚴碗，會增大裝配難度和彈簧片變形的風險［4-5］。

表6 彈簧片張開角度數(shù)據(jù) （°）

3.1.2 石墨環(huán)殼體

計量發(fā)現(xiàn)石墨環(huán)殼體外圓40°倒角尺寸不滿足設計要求，抽取三件新件計量，尺寸均不合格，如圖5、表7所示。

表7 倒角數(shù)據(jù)

調(diào)查石墨環(huán)殼體組件加工工藝流程，復查在制品，發(fā)現(xiàn)倒角尺寸在鍍鉻前合格，但鍍鉻后不合格，排除了鍍鉻前機加工不合格的因素。對存疑最大的鍍鉻過程進一步調(diào)查，發(fā)現(xiàn)因鍍鉻工藝特性，在倒角等部位表面鍍層不均勻，倒角部位為鍍鉻過渡區(qū)，鍍鉻后變大。雖然機械加工過程中在單件檢查時保證倒角尺寸，但鍍鉻后未再控制，致使倒角尺寸變大［6-7］。

▲圖4 彈簧片尺寸

▲圖5 倒角尺寸

倒角越大，石墨環(huán)殼體進口邊越平，越不利于引導封嚴碗進入石墨環(huán)殼體，增大了裝配的難度和封嚴碗唇口密封性被破壞的風險［8］。

3.2 機械密封組件裝配試驗過程復查

對機械密封組件組合、裝配、試驗流程復查分析，工藝流程安排及工裝配備合理，可以滿足設計要求。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，裝配工在組合機械密封組件時為新轉崗人員，通過現(xiàn)場多次模擬裝配，裝配石墨環(huán)殼體組件時，需將石墨環(huán)殼體組件偏斜微量角度裝入封嚴碗內(nèi)孔，若裝配技巧經(jīng)驗不足，傾斜角度過大，導致封嚴碗受力不均，會造成彈簧片與封嚴碗發(fā)生變形。同時，在石墨環(huán)殼體組件裝配完成后裝入卡圈時，需將石墨環(huán)殼體組件偏斜，以上原因均會影響到封嚴碗與彈簧片的裝配質(zhì)量。在提升操作技能的同時，更需要從明確工藝要求、增配裝配工裝等入手，從根本上解決問題，降低人為因素影響。

4 分析結論

燃油泵漏油量超標的原因為燃油端密封結構的封嚴碗與彈簧片局部變形，產(chǎn)品密封失效。封嚴碗與彈簧片局部變形的原因是裝配工藝不細化，裝配質(zhì)量受人員操作技能影響大，裝配石墨環(huán)殼體組件時，傾斜角度過大，封嚴碗受力不均，導致封嚴碗和彈簧片局部變形［9］。加之彈簧片張開角度過大，石墨環(huán)殼體組件倒角過大，更增大了裝配難度與封嚴碗變形的風險。

5 解決措施

從改善穩(wěn)定性、防止封嚴碗及彈簧片變形出發(fā)采取措施，對彈簧片增加穩(wěn)定化處理，并在封嚴碗和彈簧片的配套、保管、發(fā)放環(huán)節(jié)采用專門的防護措施防止變形。優(yōu)化設計，完善工藝，提高殼體加工質(zhì)量。增配專用裝配工裝，完善裝配工藝，明確裝配和檢查要求。對操作者培訓，提升裝配質(zhì)量。

針對鍍鉻工藝對零件尺寸的影響，對所有鍍鉻零件進行梳理，開展影響性評估及工藝改進優(yōu)化。將彈簧片的穩(wěn)定化處理及防護措施應用到同結構零件中。

自貫徹改進措施后，彈簧片尺寸的穩(wěn)定性和防護效果良好，經(jīng)裝配現(xiàn)場實地調(diào)研，裝配機械密封組件時，彈簧片可實現(xiàn)一次平穩(wěn)裝入封嚴碗，石墨環(huán)殼體倒角在裝配時的引導作用有很大改善。與此同時，裝配工藝的執(zhí)行性、操作性也有所增強。

6 結束語

自貫徹改進措施后，已交付用戶200余臺燃油泵產(chǎn)品。經(jīng)跟蹤，未再出現(xiàn)泄漏故障，證明故障分析定位準確，措施有效、到位［10］。對后續(xù)發(fā)生的漏滑油故障，也借鑒相同故障排查及分析思路進行了處理和改進，大大簡化了故障處理流程，縮短了故障處理周期。