CFM56_5B发动机启动系统常见故障分析.doc

胡君(中国民航飞行学院)摘要 :本文以安装在 A320 系列飞机上的 CFM56 - 5B 发动机的启动系统为例 ,介绍了动系统的组成和功用以及实际工作中启动系统的常见故障 ,分析了常见故障的产生机理 ,介绍了动系统相关部件的改进 ,提出了维护建议 。关键词 :发动机启动系统启动空气活门空气启动机中图分类号 :V26316文献标识码 :A发 动 机 启 动 是 指 利 用 启 动到“IGN/ START”或“CRANK”位或按压人工启动电门 ,启动信号便 以 ARINC429 的 数 据 格 式 通 过 EIU 传 到 ECU 中 的 启 动 控 制 逻辑部分 ,然后 ECU 向启动空气活 门 SAV 供 电 , SAV 上 的 电 磁 活 门 会 使 得 活 门 中 相 应 机 构 的 位 置发生变化 ,从而在空气压力的 作用下打开蝶形活门 ,将压力空气供 入 到 启 动 机 。进 入 到 空 气 启 动 机 的 增 压 空 气 冲 击 启 动 机 中的空气涡轮作功 ,增压空气的 压力势能转换为转动动能 ,从而 带动发动机的高压压气机转动 。 在正常 启 动 过 程 中 , 当 N2 达 到50 %时 , ECU 会自动将启动空气 活门关闭 ,而且启动机中的离合 器 会 将 启 动 机 从 附 件 齿 轮 箱 传 动轴 自 动 脱 开 。所 以 启 动 机 在 N2 超过 50 %后会停止工作 。在非正 常 启 动 时 , 如 出 现 热 启 动 、 启动悬挂 ,由于 CFM56 - 5B 发动 机 是 FADEC 控 制 的 发 动 机 , FADEC 系 统 会 对 发 动 机 的 各 个参数进行实时监控 ,并且机提供保护 ,所以 ECU 会 掉启动空气活门 ,中断发 启动 ,然后给出故障报告机组也可以在 ECU 自动 前拉回启动手柄 ,强行中 机的启动 。二 、CFM56 - 5B 发动 系统常见故障从以 上 发 动 机 启 动 工作分析可以看出 ,影响 统正常工作的是 ECU 、启 活门 和 空 气 启 动 机 。而 的实际运营中 ,由于 ECU 启动 系 统 不 正 常 工 作 的很小 ,所以本文着重分析 气活 门 和 空 气 启 动 机 的 障 。1 . 启动空气 活 门 在 启动时打不开这个故障在 A320 的 出现 的 频 率 很 高 ( 特 别 天) , 它 是 由 于 发 动 机 的 因 造 成 的 。活 门 的 内 部机 将 发 动 机 从 静 止 状 态 加 速 到能 够 保 持 转 速 的 慢 车 工 作 状 态的过 程 。它 主 要 用 于 发 动 机 的地面 启 动 、发 动 机 的 冷 转 ( 干 冷转和湿冷转) 和发动机的空中重启动 。启 动 系 统 的 不 正 常 工 作会 导 致 航 空 公 司 航 班 的 延 误 或取消 ,影响到航空公司的声誉和盈利 。根 据 CFMI 公 司 的 统 计 ,目前在安装 CFM56 - 5B 发动机的 A320 机队中 ,启动系统 ( 空气启动机和启动空气活门) 故障占所 有 影 响 飞 机 派 遣 可 靠 率 因 素的 12 % 。一 、CFM56 - 5B 发动机启动系统组成及工作原理CFM56 - 5B 发 动 机 的 启 动系统包括空气启动机 、启动空气活门 、空气管路和控制启动系统工作 的 ECU ( 电 子 控 制 组 件) 及启动电门等 。正常启动或冷转发动机时 ,将 驾 驶 舱 中 的 模 式 选 择 旋 钮 扳中 国 民 航 飞 行 学 院 学 报September 2001 36 Journal of China Civil Aviation Flying College Vol . 12 No . 3 图 1 所示 。相等 ,在预载弹簧的作用下关闭蝶 形 活 门 。但 很多 航 空 公 司 都经历过 50 % N2 转速后活门 仍然 没 有 关 闭的 情 况 , 在 这 种情 形 下 机 组 只得 人 为 地 断 开 APU 的 引 气 , 中 断 发 动机 的 启 动 , 以 避免 启 动 机 出 现 超 转 。出 现 这个 故 障 的 原因是 由 于 引 气 中 的 水 蒸 汽 造 成了 活 门 作 动 机 构 的 锈 蚀 或 引 气 中 的 杂 质 如 细 沙 积 累 在 活 门 机 构中 ,它们都会增大作动机构作 动蝶形活门的阻力 ,而蝶形活门 的复位靠的是预载弹簧力 ,如果 弹 簧 力 不 能 克 服 这 个 阻 力 和 气 动压 力 , 则 活 门 将 不 能 完 全 关 闭 。事故的 磁 堵 如 图 2 中 的 左 图 所示 。由于 启 动 机 的 磁 堵 检 查 是 一定 检 项 目 , 其 拆/ 装 的 频 率 很 高 ,有的机务维护人员在安装磁 堵时 ,没有按照手册规定的力矩值打上力矩 ,或根本就是靠手感 紧固 , 有 时 就 造 成 安 装 力 矩 过 大 。而该磁堵是铝制的 ,当力矩 打得过大时 ,该磁堵就会出现应 力腐 蚀 。由 于 应 力 集 中 在 磁 堵上产生裂纹 ,启动机中的滑油就 会顺着裂纹漏出启动机外 ,直至 滑油漏光 ,当启动机中没有滑油 润滑时 ,高速运转的启动机的轴 承就会出现干转动 ,造成启动机部件的损坏 ,损坏的部件严重时 会击穿启动机外壳 ,对发动机造 成二次损坏 。(2) 启动机内离合器失效导 致发动机不能正常启动 。由于该故障 导 致 的 启 动 机 更 换 占 到 了 启动机更换总数的大约 80 % 。当启动机工作时 , 棘爪与棘 轮啮合 ,启动机通过输出轴带动 发动机 转 动 ; 当 N2 转 速 达 到 约60 %时 ,由于离心力的作用 ,棘爪 克服 簧 片 的 预 载 , 向 外 移 动 , 与 棘轮 脱 开 , 此 时 发 动 机 继 续 工 作 ,启动机由于启动空气活门已图 1启动空气活门在冷天 ,由于飞机引气系统 中的压力空气带有水蒸汽 ,增压 空 气 进 入 到 低 温 的 启 动 空 气 活 门中 的 作 动 机 构 后 会 凝 结 、结 冰 ,增 大 了 分 油 活 门 移 动 的 阻 力 ,使 A 腔和 B 腔的压差减小 , 从 而 输 出 到 蝶 形 活 门 的 作 动 力 矩减 小 , 不 能 克 服 活 门 阻 力 , 所 以活 门 就 始 终 卡 在 关 位 。这 个 故障可以通过驾驶舱中的 ECAM 上 的 活 门 位 置 指 示 或 发 动 机 参 数反映出来 ,它会使得 ECU 中断 发动机的启动 ,并且会给出发动 机启 动 失 败 的 警 告 。此 故 障 是 一 2 类故障 , 它可以保留 10 天 。 常 用 的 处 理 方 法 是 人 工 超 控 启 动空气活门打开 ,用人工启动方 式启 动 发 动 机 。或 将 启 动 空 气 活门 拆 下 , 用 热 气 源 加 热 活 门 , 重新装回后启动发动机 。2 . 启动空气活门在 50 %N2时未关闭根据 ECU 的控制 , 当 N2 转 速达到 50 %后 ECU 会自动断开 启动空气活门的供电 ,使启动空 气活门中的 A 腔和 B 腔的压力发动机启动时 启 动 机 不3 .工作该故 障 指 的 是 当 机 组 将 模式选择旋钮扳到“IGN/ START”位 或按压下人工启动电门时 ,启动 机没有带动发动机开始工作 ,此 故障 可 以 由 驾 驶 舱 中 发动机 的 指 示 参 数 N1 、N2 反映 出 来 。产 生 此 故 障 的原因可能是 :(1) 磁堵损坏导致启 动 机 失 效 。在 CFM56 -5B 发 动 机 上 曾 经 出 现 过5 起这种故障 。其 中 在 3 起事故中 , 启动机内损坏 的部 件 击 穿 了 启 动 机 外 壳 ,将发动机打坏 。引 起图 2启动机的磁堵压力波动 ,棘爪和棘轮接触面的差错 , 而 且 方 便 了 磁 堵 的 拆 装 。同时 ,CFMI 公司对启动机内部的 离合器也作了一些改进 ,比如在棘 爪 和 棘 轮 尖 部 增 加 了 防 磨 涂层 。维护工作建议 :(1) 尽 快 地 执 行 改 装 项 目 。 有 些 改 装 项 目 如 启 动 空 气 活 门 的改进 ,它并不是一个强制的改 装项目 ,而是根据航空公司的选 择进 行 改 装 的 。而 启 动 机 磁 堵 的改进虽然是一强制改装项目 ,但 允 许 航 空 公 司 在 一 定 时 间 范 围内 改 装 。为 了 提 高 航 班 的 正 点率 ,航空公司应尽快完成这些 改装项目 。(2) 加强对启动系统工作的 监控 。机组启动发动机时 , 应密 切注意启动系统是否正常工作 , 有 无 异 常 现 象 如 启 动 空 气 活 门 在超 过 50 %N2 时 仍 然 未 关 闭 。 发动机不正常启动时 ,机组应即时中断发动机启动 ,防止启动机 和发动机的进一步损坏 。(3) 加强维护工作 按照空客的放行标准 , 启动空 气 活 门 打 不 开 这 个 故 障 可 以保留 10 天 ,但必须采用人工启动 方式 启 动 发 动 机 。由 于 在 这 种 启动模式下 , ECU 只能对发动机 提供部分超限保护 ,所以容易造50 %N2 关 不 上 的 情 况 ,WD - 40 清洁 、润滑 活 门 构 ,根据国内个别航空公验 ,一般可以解决此故障磨损增大 ,使它们的接触面积变小 ,离合器长期这样工作会导致棘爪和棘轮不能正常啮合 ,启动机不 能 带 动 发 动 机 正 常 工 作 。润滑后这个故障仍然不能由于此故障会导致启动机超转 ,则应更换活门 。根据空客的 MPD ( 维 手册) ,A 检时需检查启动堵 ,2A 检时需更换启动机所以启动机必须更换 。三 、启动系统的改进及维护工作建议为了 提 高 CFM56 - 5B 发 动检查磁堵 。所以在作启动机启动系统的可靠性 ,发动机厂检和 2A 检 时 , 应 仔 细 检和滑 油 中 有 无 金 属 杂 质 发现有不正常的杂质 ,就到启 动 机 有 不 正 常 的 磨即时更换启动机 ,以免对 造成更大的损坏 。另外 ,机务维护人员和航 后 应 仔 细 检 查 启 动家 CFMI 公司和启动空气活门生产 厂 家 联 信 公 司 对 启 动 系 统 的部件不断进行改进 。CFM56 - 5B发动机启动系统的改进项目有 :11 启动空气活门的改进为防 止 在 冷 天 启 动 发 动 机时 由 于 活 门 内 结 冰 使 得 活 门 作动机构不能打开蝶形活门 ,联信滑油渗漏以及其外壳有无公司设计 、生产了一种带双作动变形 。如 果 启 动 机 转 速动 ,除了检查飞机引气是 以外 ,还应检查启动空气否有漏气 。 要提 高 发 动 机 启 动作的可靠性 ,除了尽快执机构的活门 ,作动机构对活门的作动力矩