航空发动机腔内积油引发振动故障分析

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1、第39卷第2期2013年4月航空发动机AeroengineV01．39No．2Apr．2013航空发动机腔内积油引发振动故障分析姜广义，武鹏，张洁(中航工业沈阳发动机设计研究所，沈阳I10015)摘要：针对在某发动机试车从起动到慢车过程中以及在慢车运转一段时间后，突发振动总量增大和嗡鸣声的故障，通过对整机振动测点所测振动信号进行分析和模态试验，排除了气动因素以及结构件共振等因素，认为是该发动机转子腔内有积油，积油在一定转速范围内发生自激振动，导致整机振动幅值较大，并最终造成发动机转静件间发生碰摩。通过在转子腔上：珂二

2、甩油孔的方式，以使积油在转子运转过程中可以甩出，在其后试车过程中振动正常，该故障得以排除。关键词：自激振动；碰摩；积油；临界转速；故障诊断；航空发动机0引言航空发动机压气机结构大多采用鼓筒方式，其前后支撑的封严装置在发动机调试和试制过程中漏油现象时有发生，导致鼓筒腔内积油。在转子旋转过程中，积油在一定条件下将发生自激振动，使转子系统的振动异常。但由于流体的旋转作用，使得这类问题的机理分析较一般的流固耦合问题更为复杂，而且还具有许多特殊性，成为目前转子动力学研究领域的1个新课题

3、l‘31。本文结合实际发动机试车过程中发

4、生的异常振动，通过相关结构件模态分析、振动测试以及噪声测试分析，最终找出振动异常原因。其经验性结论可以在机理分析不完善情况下为振动故障诊断提供参考。1故障现象某发动机在1次开车中刚进入慢车时发生喘振。此后，发动机在从起动到慢车过程中，以及慢车运转一段时间后，会突发1种嗡鸣声，同时振动总量突增。为此，将发动机下台分解。分解时发现空气导管轴心通风的甩油台与低压轴磨损，未见其它明显故障，因此怀疑故障是气动问题。将发动机重新装配后上台试车，原故障仍然存在。共开车23次后，再次将发动机下台分解。发现如下故障点：(1)空气导管轴

5、心通风器甩油台磨损；(2)低压轴磨损；(3)高压压气机工作叶片多级磨损，且轻重级分布为从后到前；(4)3支点外钢套与轴承座磨损；(5)风扇第3级工作叶片磨损；(6)2支点石墨跑道磨损。将发动机再次装配后上台试车，该故障现象仍然存在。在第4次装配中，在发动机轴承外环和3号轴承座间装了销钉，并将甩油孑L件的甩油孔按原位改回，在其后试车过程中未再发生嗡鸣声，一切正常。2原因分析在发动机的声音异常故障分析中，开始怀疑激振76航空发动机源是由气动力引起的，因此在其后几次试车中，对高压压气机进气和排气都进行了监测，同时注意观察各

6、供油压力，均未发现明显变化以及与振动有关的现象，所以可以排除气动因素影响。2．1结构分析就该发动机结构而言，仅是调整了附件机匣的位置，并无其他变动，但该变化有可能会造成与之相关的结构件振动特性发生变化，从而诱发上述故障发生。为此，对几次均发生磨损的空气导管和中介机匣进行模态分析。为较真实模拟空气导管的实际安装情况，在模态分析试验中，将空气导管和高压涡轮盘等组合件支承于装配架上，对应涡轮转子在旋转过程中的状态，其结构的固有频率见表1。表1空气导管模态试验结果阶次l234567频率／HzI18．7313．9614．573

7、3．4802．4906．1975．6阻尼／％2．514．730．480．430．130．260．81其中118．7Hz的固有频率为l阶弯曲形式，该频率是1个不稳定值，随盘所承受的载荷或涡轮转子的气动负荷变化而不同。如将该组合件用绳吊起做模态试验，则其1阶弯曲频率为145Hz。但由于该类型空气导管在多台发动机中都有使用，以及在此台发动机第1次上台试车喘振前也未发生故障，所以可排除因其结构共振导致振动异常及出现嗡鸣声。中介机匣试验件主要由支板、附件机匣、中央传动齿轮和3支点轴承等组成，在附件机匣上同向等距离放置7个传感器

8、，测得的振型有1、2阶弯曲振动，其固有频率分别为20、110Hz。机匣振型由支板上放置的传感器进行测试，其振型为1、2阶弯曲振动，1阶振型为158Hz，而在机匣的直径方向无振型存在。在发动机台架试车时，附件机匣的确存在明显的2阶弯曲振型，1阶振型频率较低，约20。30Hz，2阶振型频率约为100～120Hz，1阶振动固有频率在慢车之前表现明显，2阶振型只有在轴承外环与轴承座松动时才有明显表现。但从整机振动信号(如图1所示)可见，发生振动异常和嗡鸣声时，此异常频率与转速频率并不重合，故判断应不是因转速频率与此构件固有频

9、率耦合，从而诱发共振。第39卷U)I朋频率川z图1进气机匣振动响应2．2转子腔内积油自激振动分析在发动机的几次分解装配过程中都发现高压转子内锥壁有积油现象，而积油的存在可能会引起转子运动和转子空腔内积液运动的相互作用。当转子作无扰动的稳定自旋时，积油会均匀地贴于内壁，且与转子一起以同一角速度自旋，无相对运动；但在一定条件下，积油产生自激现象，而