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      B737NG航空發(fā)動機啟動慢故障分析

      2015-10-13 06:56:30謝福
      山東工業(yè)技術(shù) 2015年20期
      關(guān)鍵詞:活門壓氣機開度

      謝福

      摘 要:發(fā)動機啟動系統(tǒng)是發(fā)動機非常重要的一個系統(tǒng),在使用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)一些故障,影響航班的正常運營,因此研究發(fā)動機啟動故障原因是非常有必要的。本文以波音 737NG(CFM56-7B)為例,從原理入手,進行分析,并總結(jié)在實際工作中所遇到的發(fā)動機啟動慢故障,具有較強的參考價值。

      關(guān)鍵詞:發(fā)動機啟動系統(tǒng);故障分析;737NG

      1 引言

      2012年5月7日,某航空公司推出啟動發(fā)動機時,雙發(fā)N2轉(zhuǎn)速達到21%后上升緩慢,機組正常提手柄,發(fā)動機起動成功,機組觀察發(fā)動機起動過程中APU引氣壓力25 psi左右。航后雙發(fā)EEC自檢無故障代碼,APU自檢無當(dāng)前故障[1]。

      2 發(fā)動機正常啟動原理

      737NG飛機發(fā)動機啟動過程如下:將啟動電門置于GROUND位,啟動活門打開使來自APU的引氣通過并使啟動機轉(zhuǎn)動進而驅(qū)動發(fā)動機的高壓轉(zhuǎn)子(N2轉(zhuǎn)子)加速。與此同時高壓轉(zhuǎn)子(N1轉(zhuǎn)子)也跟隨轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)速上升。當(dāng)觀察到N2轉(zhuǎn)速上升到25%以上,或者N2轉(zhuǎn)速達不到25%以上時,N2轉(zhuǎn)速到達其最大冷轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速(指的是N2在5秒之內(nèi)的上升小于5%)時,將發(fā)動機的啟動手柄上提至慢車位。EEC將控制點火并供油,當(dāng)燃燒室點火成功后,渦輪發(fā)出功率將于啟動機一起帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升。當(dāng)N2轉(zhuǎn)速達到55%時,啟動機自動脫開,啟動活門關(guān)閉,啟動機慢慢停轉(zhuǎn)。自此以后,發(fā)動機轉(zhuǎn)子的加速僅是由于渦輪產(chǎn)生的功率大于壓氣機所消耗的功率,它將帶動發(fā)動機的轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升,直到發(fā)動機穩(wěn)定工作在慢車轉(zhuǎn)速[2]。

      3 故障分析

      發(fā)動機起動慢故障可分為兩種:

      (1)發(fā)動機冷轉(zhuǎn)慢(提起動手柄前N2轉(zhuǎn)速上升緩慢);

      (2)發(fā)動機起動懸掛(提起動手柄之后N2轉(zhuǎn)速上升緩慢)[3]。造成發(fā)動機起動不正常的部件和系統(tǒng)有:

      1)起動機及起動活門;

      2)發(fā)動機燃油噴嘴;

      3)發(fā)動機的燃油泵、HMU、PS3氣管、翼梁活門、VSV及VBV系統(tǒng);

      4)發(fā)動機引氣系統(tǒng);

      5)APU引氣系統(tǒng);

      6)引氣管路。

      案例屬于雙發(fā)起動慢中的第一種情況,因為故障為雙發(fā)冷轉(zhuǎn)慢,雙發(fā)中的起動、燃油、點火系統(tǒng)同時發(fā)生故障的概率很少,所以故暫不考慮發(fā)動機起動不正常前三個因素,重點分析APU引氣系統(tǒng)與引氣管路滲漏故障。當(dāng)APU提供給發(fā)動機的起動系統(tǒng)的引氣壓力低時,起動機獲得的熱能較少,轉(zhuǎn)換提供給N2轉(zhuǎn)子的動能變少,因此N2加速速率變低,形成冷轉(zhuǎn)慢的故障[4]。

      3.1 APU引氣系統(tǒng)引起的雙發(fā)冷轉(zhuǎn)慢故障

      根據(jù)APU引氣系統(tǒng)工作原理,影響APU引氣的因素:引氣活門、IGV控制系統(tǒng)、防喘放氣活門系統(tǒng)、APU本體。

      737NG飛機的APU引氣活門不會調(diào)節(jié)APU的引氣壓力, APU引氣活門只起開關(guān)作用。當(dāng)APU引氣活門開度不夠時,無論是在發(fā)動機起動還是使用空調(diào)下APU引氣壓力都低,可以檢查該活門本體的位置指示器確定活門是否開度是否正常。

      因為APU引氣壓力低的故障只發(fā)生在發(fā)動機起動時,而在地面使用空調(diào)時APU引氣壓力正常,且APU自檢無APU引氣活門、PT、DP或P2故障代碼,所以我們可以判斷APU引氣活門工作正常。

      對APU引氣壓力起真正調(diào)節(jié)作用的只有IGV(即APU的IGV開度決定APU的引氣壓力)。當(dāng)IGV的實際位置與ECU計算的指令不一致時,即 IGV的開度不夠,流過負載壓氣機的空氣流量不足,負載壓氣機對氣體做功量不足以滿足引氣量需求,尤其是在起動發(fā)動機時。流過負載壓氣機的空氣流量越多,負載壓氣機對氣體做功量越大,APU引氣壓力越大;流過負載壓氣機的空氣流量越小,負載壓氣機對氣體做功量也越小,APU引氣壓力也越小。IGV的開度不夠會導(dǎo)致APU引氣壓力低,而且根據(jù)波音的維護信函:件號為3886188-2 IGV作動筒可靠性不高,容易發(fā)生故障導(dǎo)致冷轉(zhuǎn)慢故障。

      APU引氣負載影響APU發(fā)動機的供油量:APU的IGV開度變化時,流過負載壓氣機的空氣流量也就改變,渦輪對負載壓氣機的輸出功率也要求隨之改變。根據(jù)APU燃油控制系統(tǒng)和IGV之間的關(guān)系,如果IGV在發(fā)動機起動期間角度不夠,會有燃油流量變小的問題。燃油調(diào)節(jié)系統(tǒng)供給IGV作動筒的控制壓力故障也會導(dǎo)致IGV開度不夠,但從737NG機隊APU燃調(diào)的可靠性分析燃調(diào)故障可能性較小。

      當(dāng)PT、DP或P2有故障(不能提供壓力信號或提供的壓力信號不正確)時,會導(dǎo)影響IGV的開度,繼而影響APU引氣壓力,造成APU引氣壓力波動??倝篜T和壓差DP傳感器管路容易堵塞和受到水汽的影響,造成APU引氣壓力波動或時有時無的故障,且在自檢時可能無故障代碼。可以通過清潔總壓PT和壓差DP傳感器,吹通傳感器管路能解決該故障。

      根據(jù)APU防喘放氣活門的工作原理,防喘放氣活門的放氣量會影響APU的引氣壓力。ECU根據(jù)IGV的位置, APU進氣道的進氣壓力P2、進氣溫度T2,負載壓氣機出口的總壓PT和壓差DP傳感器完成對喘振放氣活門SCV的控制??倝篜T和壓差DP傳感器、進氣壓力P2、進氣溫度T2都會影響SCV的開度。

      APU本體故障導(dǎo)致引氣壓力低:主要是APU的渦輪葉片可靠性不高。渦輪葉片有損傷或移位都會導(dǎo)致渦輪葉片效率降低,需要增加更多的燃油流量來滿足APU工作的要求,如果是由于APU本體故障導(dǎo)致APU引氣壓力低,那么APU的燃油流量和EGT都會偏高(尤其在起動大發(fā)時),可以通過譯碼、狀態(tài)監(jiān)控和對APU本體進行孔探檢查。當(dāng)APU本體故障時不管是在起動發(fā)動機還是使用空調(diào)下,APU引氣壓力都會低。

      3.2 引氣管路漏氣導(dǎo)致的發(fā)動機冷轉(zhuǎn)慢

      737NG飛機引氣管路破損泄露導(dǎo)致的管道壓力低故障極少,常見導(dǎo)致引氣壓力低的故障為空調(diào)組件活門非指令性打開。組件活門(流量控制和關(guān)斷活門)是一個電控氣動的活門,管道中無壓力時,彈簧力使活門保持在關(guān)位。查詢南航可靠性中心,由于空調(diào)組件活門非指令性打開導(dǎo)致的冷轉(zhuǎn)慢故障就有8起,占起動不正常較大的比例。endprint

      根據(jù)機組檢查單,發(fā)動機起動前都要將空調(diào)組件電門放到OFF位,隔離活門在自動位。此時起動發(fā)動機,如果某一空調(diào)組件活門不在關(guān)閉位,空調(diào)組件繼續(xù)工作,為客艙或者駕駛艙提供調(diào)節(jié)的空氣,將導(dǎo)致引氣管路中的壓力不足,從而導(dǎo)致發(fā)動機冷轉(zhuǎn)慢或起動不成功。

      當(dāng)發(fā)生雙發(fā)冷轉(zhuǎn)慢,伴隨APU引氣壓力低。根據(jù)現(xiàn)有的排故經(jīng)驗,在按照FIM手冊排故的同時,對發(fā)生故障的航段進行譯碼,觀察當(dāng)時組件電門位置是否與活門位置一致。對故障航段譯碼時發(fā)現(xiàn)右組件電門放在OFF位,而右組件活門在ON位,如圖1。

      發(fā)生冷轉(zhuǎn)慢故障可能伴隨著的另一個故障現(xiàn)象:機組反應(yīng)時駕駛艙或客艙有燃油味,起動結(jié)束后燃油味消失,尤其在起動右發(fā)時。廣西分公司和鄭州分公司各出現(xiàn)過幾起發(fā)動機起動時客艙有燃油味的故障報告。這種情況基本上可以判斷為某一空調(diào)組件活門非指令性打開,原因是發(fā)動機起動過程中,發(fā)動機帶有燃油味的尾氣被機尾右后側(cè)的APU進氣口吸入,進入負載壓氣機和引氣管道,此時某一組件活門沒有關(guān),混有燃油的空氣從空調(diào)系統(tǒng)進入駕駛艙或客艙。

      當(dāng)出現(xiàn)發(fā)動機冷轉(zhuǎn)慢故障時,建議檢查氣源系統(tǒng)是否有滲漏。重點檢查空調(diào)組件活門(起動發(fā)動機時組件活門在開位等同于氣源系統(tǒng)滲漏)、APU氣路上的單向活門、地面氣源接頭和單向活門、隔離活門。

      4 總結(jié)

      當(dāng)雙發(fā)冷轉(zhuǎn)慢時,根據(jù)現(xiàn)有的排故經(jīng)驗,并按照FIM[5]手冊排故的同時,應(yīng)該還注意以下要點:

      (1)自檢APU,查看有無當(dāng)前、歷史故障代碼,維護歷史故障信息。APU的當(dāng)前和歷史故障信息,與發(fā)動機的故障代碼不一樣,是當(dāng)有導(dǎo)致APU停車的故障時才會記錄,其他的一般故障信息,例如APU引氣壓力低等故障,將記錄在維護歷史內(nèi),因此,除了要查詢當(dāng)前和歷史故障信息之外,還要查詢維護歷史的信息。

      (2)對發(fā)生故障的航段進行譯碼,檢查起動時左右組件活門位置是否與組件電門位置一致。建議檢查氣源系統(tǒng)是否有滲漏,重點檢查空調(diào)組件活門、APU氣路上的單向活門、地面氣源接頭和單向活門、隔離活門。檢查雙發(fā)PRSOV是否在關(guān)位;使用引氣測試工具檢查雙發(fā)高。

      參考文獻:

      [1]波音公司.波音737NG飛機維護手冊[K].第54版(R54),2014.

      [2]廉筱純,吳虎.航空發(fā)動機原理[M].陜西:西北工業(yè)大學(xué)出版社,2005.

      [3]佘登鳳.737NG 發(fā)動機引氣系統(tǒng)故障淺析[J].中國民航飛行學(xué)院學(xué)報,2015:54-57.

      [4]戴伯鴻.淺析737NG型飛機發(fā)動機引氣系統(tǒng)及其故障[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2013(11).

      [5]波音公司.波音737NG飛機故障隔離手冊[K].第54版(R54),2014.endprint

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