发动机超温_CFM56-7B发动机超温故障分析

　　摘?要 在发动机的工作状态中，如果出现排气温度超温故障，其后果十分严重。如何准确判断引起超温故障的原因并迅速排除，无论从航班运营上还是经济成本上，对提高发动机可靠性、寿命，保证飞行安全都具有十分重要的意义。
　　关键词 CFM56-7B发动机；超温故障
　　中图分类号 TN914 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)072-0130-01
　　如果故障发生在航班起飞前，会影响飞机的签派和放行；如果故障发生在空中，则有可能引起空中停车，造成严重事故症候，而且有可能直接导致发动机拆下送修，维修成本巨大。在面对这类故障前，首先需了解影响排气温度超温的四个主要外部因素，即冷态启动、起飞功率设置、起飞机场高度和环境温度。
　　发动机涡轮转叶叶尖间隙对发动机排气温度的影响很大，冷态启动后，如未充分暖机就起飞，由于涡轮机匣与转叶材料的热膨胀系数不同，转叶叶尖与涡轮机匣护罩之间的间隙过大，气流损失增大，涡轮效率降低，导致排气温度升高。
　　发动机通过控制低压转子转速N1来调整功率大小，在N1为90%左右时，N1每增加（或减少）1%，排气温度相应上升（或下降）10℃左右。飞行员在设置起飞推力时，需严格依据飞行操作手册设置，如航空公司允许，可建立减推力起飞程序，降低起飞排气温度超温的风险。
　　在高原或高高原地区起飞，由于空气密度减少，发动机吸入相同体积空气情况下，可用于燃烧的空气量减少，因此为了维持发动机推力不变，必须加大发动机N1转速，增加空气流量，从而相应的排气温度也随之上升。
　　CFMI的资料表明，环境温度每升高3℃，排气温度也相应的增加10℃左右，因此同一台发动机在相同使用条件下，冬季时的排气温度通常比夏季时的低50℃，所以环境温度对发动机的排气温度也有非常大的影响。这里需要说明的是为了避免在外界温度极高的情况下发生严重超温现象，发动机在设计时定义了拐点温度。当前机场高度不变，随着外界温度的升高，起飞推力保持额定推力不变，N1转速与EGT会随之上升；当外界温度超过拐点温度后，发动机将减少供油量，推力与N1转速相应下降，EGT会保持设计值基本不变或减少。
　　在考虑到以上四种外部因素的影响后，发动机本体故障也会引起排气温度的升高：发动机性能衰退、发动机引气系统和EGT指示系统。
　　发动机性能衰退最突出的表现就是EGTM的减少。起飞EGTM定义为取证的EGT红线值与换算至海平面下全功率起飞时的EGT峰值之差。EGTM减少表明正常起飞EGT超温的可能性增大。发动机工程师应重点监控发动机性能衰退状况，对于EGTM降低的发动机及时颁布高原限飞通告和地面启动操作限制，从源头上排除外部因素的影响，避免超温现象的发生，同时制定下发计划，及早送厂翻修，恢复发动机性能。
　　发动机引气系统故障可能导致引气泄露，造成气流损失，空气流量减少，为维持起飞推力不变，只有增加供油量，提高N1转速，从而排气温度上升。引气系统关键部件有VSV、VBV、HPTACC及TBV（如图1）。VSV通过控制高压压气机进口导向叶片和1、2、3级高压压气机静子叶片的角度来调节气流通道，增加压气效率提高喘振裕度。当N2转速高于95%，VSV达到最大开度。均匀分布于低压压气机机匣内涵上的12个VBV活门分别由2个作动筒带动，当发动机低转速运转时，低压压气机提供的压缩空气大大超过核心机所需的流量，VBV活门打开，将低压压气机气路里多余的压缩空气排放入外涵道；当高转速运转时，VBV活门关闭，确保核心机足够的气流流量。HPTACC称为高压涡轮主动间隙控制，通过4级、9级高压压气机引气来冷却涡轮机匣，控制涡轮机匣的热膨胀速度，保持高压涡轮转叶叶尖与机匣护罩之间的间隙最小，可提高燃油效率。但当发动机内部温度不稳定或在大功率时，HPTACC增大涡轮间隙以确保高压涡轮转叶叶尖与涡轮机匣护罩不接触。TBV活门控制9级高压压气机引气排放进入1级低压涡轮导叶的流量。当发动机启动和加速运行时，TBV系统可有效增加高压压气机喘振裕度。以上与空气系统相关的部件在发动机正常运转过程中均对发动机内涵道的气流流量有很大影响，任何一个部件如果出现卡阻或故障，都有可能造成内涵气流损失，流场畸变，从而导致EGT超温现象。
　　指示系统故障可能导致虚假超温信号，往往是在排故过程中最不容易排除的一个重要因素。EGT的指示系统由8个热电偶和4个热电偶导线束组成，每个导线束连接两个热电偶并将EGT温度数据输入EEC，EEC将EGT信号传输给DEU，在CDS上显示。显示值为8个热电偶的平均值。EEC两个通道分别接收两组EGT信号，如果所有四组信号都正常，EEC使用四组的平均温度值作为最终显示的EGT温度；如果其中一组信号异常，EEC则使用另外三组信号的平均值。
　　对于发动机运行的温度限制，在厂商手册中均有明确定义和要求，AMM手册中定义CFM56-7B发动机的地面启动EGT极限为725℃；起飞推力下最大值为950℃，且不超过5分钟；瞬间最大值为960℃，且不超过20秒。对于温度超过最大限制值的情况，发动机必须拆下送修，在此不做讨论。
　　在发生超温故障后，首先需要详细询问地面机务或机组对当时温度、持续时间、其他参数变化情况和后续操作的记录，这对排故起到十分重要的作用。如发生真实超温，相应的燃油流量和N1转速都将迅速增大。为确定故障，下载QAR数据对当时情况进行数据分析核对，确认实际记录数据与机上显示和机务或机组反馈的信息一致，方便进一步排故。根据实际现象与机上显示，结合FIM手册进行相关系统部件的测试检查，情节严重的需进行发动机热段部件孔探检查确保核心机损伤不超标。考虑到航空公司的签派率、外站排故不便和经济效益，为了使飞机尽快恢复适航，可适当安排发动机水洗，暂时提高EGTM，使飞机放行回基地做更详细的检查。
　　随着发动机技术的不断完善，部件的可靠性越来越高，真正造成发动机超温的故障，如发动机气动流场的破坏、涡轮叶片的损伤、外部部件失效等原因已日渐减少，人为安装失误、未按正确要求操作和部件翻修质量逐步成为故障发生的主要原因。同时由于发动机控制方式的改进，电子器件发挥着重要的控制作用，安装了大量的传感器和信号线路，由此类部件失效引起的虚假超温警告在超温故障中也占有比较大的比重。对于发动机超温现象，工作者一定要冷静分析，谨慎判断，准确查找故障原因并排除故障。
　　参考文献
　　[1]邓壮志.CFM56-7B发动机EEC设计缺陷研究及对策[J].航空工程与维修,2001,6.
　　[2]唐庆如,孔萌.CFM56-7B发动机VSV结构损伤分析[J].航空工程与维修,2011,4.