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摘要：对某系列直升机电动离心泵渗油故障进行分析，通过技术验证和必要的过程清查，给出综合分析结论，为该型直升机后续电动离心泵的修理工作提供参考。
关键词：直升机；电动离心泵；渗油
Keywords：helicopter；electric centrifugal pump；oil leakage
1 故障现象
某型直升机电动离心泵外场发生余油管漏油故障，后续串用机件装机后再次发现漏油现象。检查另一架同型直升机也存在相同问题。
2 电动离心泵密封原理
该型电动离心泵皮碗的密封示意图如图1所示。皮碗外圆柱面为静密封面，安装后无相对运动，皮碗内唇口为动密封面，通电时电枢轴高速转动（3200～5950r/min），皮碗内唇口与电机电枢轴存在相对运动。若出现燃油漏油，燃油会从动密封处或静密封处沿着图1中蓝色线方向流动，最终从余油嘴漏出。
电动离心泵皮碗是一个组合，皮碗的结构与组成如图2所示，包含骨架油封和弹簧，其中，骨架油封由骨架和包裹在骨架表面的橡胶密封元件组成。
查阅国标（GB/T 9877-2008）、俄国标（ОСТ1 10454-72、ОСТ1 10455-72）和航标（HB4-94），皮碗的密封机理如图3所示。有三种情况，一是皮碗唇部与轴之间的接触表面同时产生干摩擦，二是边界润滑，三是流体润滑，三者不断交替产生。干摩擦会产生磨损；流体润滑产生泄漏；在边界润滑下，皮碗唇部与轴的界面之间形成一层稳定的流体压动油膜，油膜厚度约0.0025mm，这层油膜除用于润滑外，还起密封作用。油膜太厚，流体就会泄漏；油膜太薄，无法形成流体润滑膜，唇部就会磨损。因此，为了获得比较良好的密封性能和比较长的工作寿命，通常在结构设计、橡胶配方设计和安装使用上都会要求为形成薄而稳定的边界润滑油膜提供条件。
3 故障件检查
列出电动离心泵渗油的故障树，按检查方案开展常温试验、低温试验、分解检查、与俄制件的对比串装试验等检查、试验工作。结合工作原理和理论分析，针对皮碗设计尺寸与标准差异相关的9项数据，对比设计图纸和实物，梳理后得到其中影响动密封的需要关注6项数据（见表1），并在后续工作中进行完善。
4 故障原因分析
为查找故障原因，共进行了6次试验。
1）第1次试验
为了验证低温保持时间，先后进行了两次-30℃低温保持4h通电试验，均出现漏油，漏油情况与现行工艺规程保持0.5h低温试验结果基本一致。考虑该故障直升机外场停放一昼夜才出现漏油故障，且换装的燃油泵在装机后第二天才出现漏油，故后续暂将低温试验改为“-30℃低温保持4h通电试验”。
2）第2次试验
分解故障件，重点检查胶圈、胶圈槽、皮碗安装孔、电枢轴和皮碗等方面，未发现异常，排除了“错、漏装等人为差错”“工艺方法不正确”“静密封漏油”等可能的故障原因。经过测量，皮碗唇口直径为Φ6.8mm，电枢轴直径为7.97mm，封油量为1.17mm。
3）第3次试验
为验证“电枢轴划伤、电枢轴跳动量、电枢轴尺寸”，重新对电枢轴抛光后，在同样的试验条件下仍出现油泵余油嘴漏油现象，因此可以排除“电枢轴划伤”原因。经现场检查，电枢轴跳动量为0.015mm，电枢轴直径为7.96mm，符合工藝规程要求不大于0.02mm、不小于7.9mm的规定。
4）第4次试验
为验证“皮碗制造缺陷”，从库房领用其他批次的皮碗装于故障件上，在同样的试验条件下仍出现油泵余油嘴漏油现象。因此可以排除该故障件“皮碗制造缺陷”原因。
5）第5次试验
为验证“皮碗唇口与电枢轴匹配性”，将其他直升机上电动离心泵中已工作300h的俄制皮碗装于该故障件上，测量俄制皮碗唇口直径为Φ7.3mm，电枢轴直径为7.96mm，封油量0.66mm。在同样的试验条件下未出现漏油。将第4次试验中出现漏油故障的皮碗装于刚进厂的直升机电动离心泵上，测量皮碗唇口直径为Φ7.0mm，电枢轴直径为7.91mm，封油量0.91mm，在同样的试验条件下未出现油泵余油嘴漏油情况。
6）第6次试验
对14架直升机的电动离心泵电枢轴与皮碗唇口尺寸进行统计，电枢轴尺寸为7.92～7.96mm，皮碗唇口直径为Φ6.98～Φ7.0mm，封油量为0.92～0.96mm。在同样的试验条件下未出现油泵余油嘴漏油。
为复现故障，按照工艺规程进行了常温试验，各项性能均合格。进行“低温-30℃保持30min后通电试验”，工作约10min后开始漏油，漏油速度约为1滴/3s，持续10min停止，总漏油量约10mL。故障现象与机上故障情况一致。根据试验结果和调查情况，认为漏油的直接原因是皮碗与电枢轴匹配性不好，导致低温密封性不完全满足使用要求所致。通过对17架同型直升机皮碗唇口与电枢轴配合尺寸的测量统计分析，确定“皮碗唇口与电枢轴匹配性”差造成封油量过大，低温条件下密封性能降低，导致燃油泵漏油。
5 改进结果
通过上述原理分析和故障排除，参照俄国标，依据测绘及试验数据，重新设计了皮碗、弹簧图样，优化了其与轴的匹配性能，提高了油泵的低温密封性能。目前，已使用新皮碗的电动离心泵的机上使用情况良好。后续将继续开展各项改进工作，确保产品工作状态满足使用周期，提升装备保障能力。
作者简介
何春潮，工程师，从事直升机机械设计研究。
孙娇，工程师，从事直升机特设研究。
关键词：直升机；电动离心泵；渗油
Keywords：helicopter；electric centrifugal pump；oil leakage
1 故障现象
某型直升机电动离心泵外场发生余油管漏油故障，后续串用机件装机后再次发现漏油现象。检查另一架同型直升机也存在相同问题。
2 电动离心泵密封原理
该型电动离心泵皮碗的密封示意图如图1所示。皮碗外圆柱面为静密封面，安装后无相对运动，皮碗内唇口为动密封面，通电时电枢轴高速转动（3200～5950r/min），皮碗内唇口与电机电枢轴存在相对运动。若出现燃油漏油，燃油会从动密封处或静密封处沿着图1中蓝色线方向流动，最终从余油嘴漏出。
电动离心泵皮碗是一个组合，皮碗的结构与组成如图2所示，包含骨架油封和弹簧，其中，骨架油封由骨架和包裹在骨架表面的橡胶密封元件组成。
查阅国标（GB/T 9877-2008）、俄国标（ОСТ1 10454-72、ОСТ1 10455-72）和航标（HB4-94），皮碗的密封机理如图3所示。有三种情况，一是皮碗唇部与轴之间的接触表面同时产生干摩擦，二是边界润滑，三是流体润滑，三者不断交替产生。干摩擦会产生磨损；流体润滑产生泄漏；在边界润滑下，皮碗唇部与轴的界面之间形成一层稳定的流体压动油膜，油膜厚度约0.0025mm，这层油膜除用于润滑外，还起密封作用。油膜太厚，流体就会泄漏；油膜太薄，无法形成流体润滑膜，唇部就会磨损。因此，为了获得比较良好的密封性能和比较长的工作寿命，通常在结构设计、橡胶配方设计和安装使用上都会要求为形成薄而稳定的边界润滑油膜提供条件。
3 故障件检查
列出电动离心泵渗油的故障树，按检查方案开展常温试验、低温试验、分解检查、与俄制件的对比串装试验等检查、试验工作。结合工作原理和理论分析，针对皮碗设计尺寸与标准差异相关的9项数据，对比设计图纸和实物，梳理后得到其中影响动密封的需要关注6项数据（见表1），并在后续工作中进行完善。
4 故障原因分析
为查找故障原因，共进行了6次试验。
1）第1次试验
为了验证低温保持时间，先后进行了两次-30℃低温保持4h通电试验，均出现漏油，漏油情况与现行工艺规程保持0.5h低温试验结果基本一致。考虑该故障直升机外场停放一昼夜才出现漏油故障，且换装的燃油泵在装机后第二天才出现漏油，故后续暂将低温试验改为“-30℃低温保持4h通电试验”。
2）第2次试验
分解故障件，重点检查胶圈、胶圈槽、皮碗安装孔、电枢轴和皮碗等方面，未发现异常，排除了“错、漏装等人为差错”“工艺方法不正确”“静密封漏油”等可能的故障原因。经过测量，皮碗唇口直径为Φ6.8mm，电枢轴直径为7.97mm，封油量为1.17mm。
3）第3次试验
为验证“电枢轴划伤、电枢轴跳动量、电枢轴尺寸”，重新对电枢轴抛光后，在同样的试验条件下仍出现油泵余油嘴漏油现象，因此可以排除“电枢轴划伤”原因。经现场检查，电枢轴跳动量为0.015mm，电枢轴直径为7.96mm，符合工藝规程要求不大于0.02mm、不小于7.9mm的规定。
4）第4次试验
为验证“皮碗制造缺陷”，从库房领用其他批次的皮碗装于故障件上，在同样的试验条件下仍出现油泵余油嘴漏油现象。因此可以排除该故障件“皮碗制造缺陷”原因。
5）第5次试验
为验证“皮碗唇口与电枢轴匹配性”，将其他直升机上电动离心泵中已工作300h的俄制皮碗装于该故障件上，测量俄制皮碗唇口直径为Φ7.3mm，电枢轴直径为7.96mm，封油量0.66mm。在同样的试验条件下未出现漏油。将第4次试验中出现漏油故障的皮碗装于刚进厂的直升机电动离心泵上，测量皮碗唇口直径为Φ7.0mm，电枢轴直径为7.91mm，封油量0.91mm，在同样的试验条件下未出现油泵余油嘴漏油情况。
6）第6次试验
对14架直升机的电动离心泵电枢轴与皮碗唇口尺寸进行统计，电枢轴尺寸为7.92～7.96mm，皮碗唇口直径为Φ6.98～Φ7.0mm，封油量为0.92～0.96mm。在同样的试验条件下未出现油泵余油嘴漏油。
为复现故障，按照工艺规程进行了常温试验，各项性能均合格。进行“低温-30℃保持30min后通电试验”，工作约10min后开始漏油，漏油速度约为1滴/3s，持续10min停止，总漏油量约10mL。故障现象与机上故障情况一致。根据试验结果和调查情况，认为漏油的直接原因是皮碗与电枢轴匹配性不好，导致低温密封性不完全满足使用要求所致。通过对17架同型直升机皮碗唇口与电枢轴配合尺寸的测量统计分析，确定“皮碗唇口与电枢轴匹配性”差造成封油量过大，低温条件下密封性能降低，导致燃油泵漏油。
5 改进结果
通过上述原理分析和故障排除，参照俄国标，依据测绘及试验数据，重新设计了皮碗、弹簧图样，优化了其与轴的匹配性能，提高了油泵的低温密封性能。目前，已使用新皮碗的电动离心泵的机上使用情况良好。后续将继续开展各项改进工作，确保产品工作状态满足使用周期，提升装备保障能力。
作者简介
何春潮，工程师，从事直升机机械设计研究。
孙娇，工程师，从事直升机特设研究。