CFM56-3发动机航线常见故障分析.doc

CFM56-3发动机航线常见故障分析 CFM56-3发动机航线常见故障分析 摘要本文从风扇单元体、核心发动机单元体、低压涡轮单元体、附件齿轮箱单元体几方面简单介绍了CFM56-3发动机基本构造，阐述了CFM56-3发动机的主要技术性能参数。针对CFM56-3发动机在航线运行使用过程中出现的一些常见故障：油门杆错位发动机起动不成CFM56-3发动机 油门杆错位 起动不成功 The thesis describes the basic engine structure, performance features based on Fan section Core engine section LPT section and AGB section. And the thesis focuses on the common faults in the line maintenance, such as throttle lever stagger, start failure ,thrust reverser faults and the EGT display flashing in starting. Combine with the trouble-shooting experience in line maintenance of the China Eastern Airlines Yunnan branch since 1985,the thesis describes the fault ,trouble shooting procedure and some trouble-shooting recommendations.KEY WORD： CFM56-3 ENGINE THRUST LEVER STAGGER ENGINE START FAILURE THRUST REVERSER FAULT EGT FLASH DURING EINGINE START目录第一章 慨述511 风扇单元体512 核心发动机单元体513 低压涡轮单元体514 附件齿轮箱（AGB）单元体515 CFM56-3发动机主要性能参数7第二章 典型故障及分析821 油门杆错位8211 故障现象8212 故障及系统分析822 发动机起动不成功12221 故障现象12222故障及相关系统分析1223反推故障灯亮15231 故障现象15232 故障及系统分析162.4 发动机在起动过程中EGT数字闪跳18241 故障现象18242 故障及分析18第三章 总结19致谢20参考文献21第一章 慨述CFM56-3发动机是一种技术先进的高涵道比、双转子、轴流式涡轮风扇发动机。发动机设计起飞推力为18 500-23 500磅。CFM56涡扇发动机家族是由美国通用电气公司（GE）和法国国营航空发动机研制公司（SNECMA）组成的国际公司CFMI公司联合生产的，是美国波音公司（Boeing ）生产的波音737-300/400/500型飞机的唯一动力。CFM56-3发动机采用单元体设计，如图11，包括四个单元体：风扇单元体，核心发动机单元体，低压涡轮单元体和附件齿轮箱（AGB）单元体。11 风扇单元体风扇单元体包括一级风扇转子（FAN），一级风扇出口导向叶片（OGV），四级增压静子叶片，三级增压转子叶片，1号和2号轴承支承组件，3号轴承支承和进口齿轮箱，风扇机匣及框架。12 核心发动机单元体核心发动机单元体包括九级高压压气机转子，一级可调进口导向叶片，三级可调静子叶片，五级固定静子叶片，环型燃烧室，一级高压涡轮导向器，一级高压涡轮转子，高压涡轮罩环和第一级低压涡轮进口导向器组成。13 低压涡轮单元体低压涡轮单元体包括低压涡轮轴，4号和5号轴承组件，四级低压涡轮、机匣和5号轴承。14 附件齿轮箱（AGB）单元体附件齿轮箱 （AGB）固定在风扇框架上，由高压转子轴通过进口齿轮箱（IGB）驱动。径向传动轴把IGB传来的扭矩传给转换齿轮箱（TGB），TGB把扭矩传给水平传动轴，水平传动轴与AGB的内部齿轮相啮和。安装在附件齿轮箱前面的部件有： N2 转速表发电机 N2驱动手柄底座 起动机 CSD驱动的交流发电机 液压泵安装在附件齿轮箱后面的部件有： 水平传动轴 燃油泵组件 润滑组件图1-1 CFM56-3发动机15 CFM56-3发动机主要性能参数主要性能参数如表1-1表1-1 主要性能参数设计起飞推力1850023500磅涵道比5风扇直径66英寸空气流量655磅/秒长度93英寸发动机基本重量4240磅发动机重量（安装QEC）5340磅第二章 典型故障及分析CFM56-3发动机作为一款视情维修的发动机，具有良好的经济性、维修性和众多的用户。东航云南公司自从1985年底在全国首家引进以CFM56-3发动机为动力的波音737-300型飞机至今，共有737-300型飞机13架，发动机30台。发动机无论在空中运行还是在地面停放，其技术状况总会受内部和外部各种因素的影响，使发动机的技术状况偏离特定的技术要求，形成各种不同现象的故障。以东航云南公司为例，在长期的航线运行过程中，较常出现的故障有：油门杆错位、发动机起动不成T25（如图21） T25又叫CIT传感器 Compressor Inlet Temperature 。感受压气机进口温度，T25传感器冷漂移或热漂移都会形成油门杆错位。T25热漂移主要因为氦气管被挤压后容积变小、压力增加引起。冷漂移是氦气管内氦气泄漏引起，当T25发生冷漂移时，供油量和VSV角度发生变化，引起油门杆滞后。相反T25发生热漂移时，会引起油门杆超前。当T25内氦气全部泄漏时，T25敏感膜盒将不再作动，感受温度值始终为实效保护值15，就会造成油门杆在外界温度低时超前，外界温度高时滞后的现象。 图21 CIT传感器PS12PS12感受发动机进口压力，与T2共同感受空气的密度，从而保障发动机油门杆角度一定时，在不同空气密度下推力保持一致。当PS12传感器管道堵塞时，发动机进口压力不能送到MEC内PS12敏感膜盒，PS12敏感膜盒将感受一个错误的压力，从而进行错误的修正造成油门杆错位。T12风扇进口温度传感器T12传感器是一个液压机械式传感器，它感受风扇进口温度，向MEC提供一个压差信号。传感器接头滤网脏，管路堵塞或接头漏油，压差增大，使MEC感受T2比实际温度高，引起热漂移。此时燃油供油程序发生偏差，供油量多，转速增大，必须减小油门杆角度才能使输出转速与另一发动机保持一致，严重的热漂移即使PMC开油门也滞后。如果传感器内感应元件膜盒漏气或膜盒与活门壳体相连的细管漏气（所充氦气部分逸失）引起冷漂移。MEC感受T2比实际温度偏低，导致供油量减少，转速偏低，空中油门杆错位在前。严重时PMC接通转速仍偏低。可能会引达不到起飞时功率的现象。如果传感器内所充氦气全部逸失，称为全漂移。因MEC无法感受到T2信号，MEC内部机械保护机构自动设定T2为标准天温度（15），此时可能会出现：空中飞行因外界气温小于MEC设定温度， 受影响发动机表现为热漂移，油门杆错位在后。地面试车时，如地面气温低于15，表现为热漂移，但程度较轻；气温高于15，表现为冷漂移。这种地面试车与空中结果不一致或恰恰相反是判断T2全漂移的依据。PMC（功率管理控制器）PMC根据油门杆角度PLA、风扇进口温度T12、风扇进口压力PS12和N2计算出一个N1设定值，当发动机实际N1与PMC设定N1不一致时，通过扭力马达超控MEC使实际N1与设定N1一致，如PMC系统故障，设定N1值错误，将发生油门杆错位现象，试车时可通过开关PMC对比来进行故障隔离。MEC 主发动机控制 当MEC转速设定系统设定不正确时（即部份功率调节不准），就会形成相同油门杆角度下N2值不同，N1也随着不同，为保证两发N1相同，必须改变油门杆角度，就会形成油门杆错位。部分功率调节不当对慢车和起动无影响，随着油门杆功率的增加，影响逐渐增大。MEC内燃油计算、计量系统出现偏差，相同油门杆角度下提供不同的燃油，也会造成油门杆错位。22 发动机起动不成功221 故障现象发动机起动时在规定时间内不能从静止状态进入到慢车状态。起动程序：将P5板发动机起动电门扳动至“GND” 位后，起动机带动 N2转动， N2至25时，提起起动手柄，发动机点火供油，转速迅速上升，N2至46.33时，起动机自动脱开，发动机起动电门跳回“OFF”位，发动机转速继续上升直到进入慢车状态（N2：6062 N1：2123）。CFM56-3发动机规定提起起动手柄到进入慢车转速时间不超过120秒。222故障及相关系统分析分析发动机起动不成功可从点火、燃油、起动和发动机本体四个方面考虑可根据具体故障现象对各个系统进行故障隔离。点火系统发动机点火系统在发动机起动期间产生高能量火花点燃燃油和在飞机起飞、着陆及恶劣气候情况下提供连续点火，每发装有左右两套相对独立的点火系统，如果所选点火系统出现故障，起动时无点火或火花较弱，不能正常点燃燃油，会造成发动机起动不成功。具体现象：提起起动手柄后10秒驾驶舱发动机指示系统（EIS）无EGT出现；地面观察发动机后有白色雾状气体喷出。怀疑部件及具体分析：电嘴电嘴位于发动机8：00（左点火）和4：00（右点火）位置，由于电嘴端部A长期处于高温区，会形成一定的烧蚀 如图22 ，从而使两极间隙发生变化，当间隙变化量大于一定值时，就会造成火花较弱或不点火。 高压导线高压导线将点火激励器产生的高压电能输送到电嘴，当高压电能流过导线时会产生大量的热量，CFM563引入LPC出口空气对高压导线进行冷却，当高压导线受到挤压或导线外套变形使冷却气流不畅时，会使高压导线烧坏，烧坏部位大都为与电嘴相连温度相对较高部份，因此检查时只需拆下与电嘴相连的插头 图23 ，从冷却套管内拉 出弹簧组件检查后方导线就可确定高压导线是否烧坏。 点火激励器 点火激励器位于风扇机匣2点钟位置,将115V AC电转换为高压电能，如果点火激励器故障，不能产生足够的电压，则会造成不点火或火花较弱。点火电门（S858） 位于中央操纵台起动手柄下方，如果提起起动手柄时点火电门不能闭合，将会造成对应点火系统不点火。发动机起动电门（S267）和线路 发动机起动电门接触不良或控制线路故障，也会造成对应点火系统故障。起动系统起动系统提供最初转动发动机所需的扭距，从而帮助发动机进入慢车状态，如果总管压力不足或起动系统故障，则会造成发动机起动不成功。具体现象： 图24 起动系统扳动发动机起动电门后驾驶舱EIS无N2指示；发动机N2转速一直达不到提起动手柄转速（2225）；起动时间过长或出现转速悬挂。怀疑部件及分析：起动活门：位于起动机上方，是一个电控气动式活门，当起动活门控制膜盒破裂或蝶形活门卡阻时，起动活门不能打开。使得气源不能进入到起动机.通过驾驶舱P2板EIS上方“起动活门打开”指示灯或活门本体上位置指示杆可看出活门是否完全打开。短停排故时间不足时,可人工超控起动活动门进行起动。起动机：位于附件齿轮箱（AGB）前9点钟位，是一个单级轴流式空气涡轮马达，如果出现离合器啮合机构打滑、传动轴折断及涡轮卡阻，则不能带动N2转动.现象为起动活门已经打开，但N2未出现。气源（如图24）：发动机起动的气源来气源总管 APU、气源车或发动机交输引气 , 若压力低于30PS1，会造成起动悬挂或起动时间较长。在使用APU引气起动发动机时，如果APU排气温度限制值发生偏离，会使APU引气空气流量减少（APU通过减少负载方法防止超温）,气源流量不足会造成起动不成功，现象为起动发动机前管道压力大于30PS1，起动活门打开后管道压力降至18PS1以下.应对APU EGT限制进行调节提供. 控制线路故障 控制线路短路或断路。燃油及控制系统燃油及控制系统根据油门杆角度和环境参数向发动机提供适量的燃油并对发动机空气系统（VBV、VSV、HPTCCV）进行控制，如燃油及控制系统有故障,不能将正确燃油量提供给发动机或者发动机VBV、VSV位置不正确，会造成发动机起动不成功，具体表现为：提起起动手柄后驾驶舱EIS无EGT和FF指示;转速悬挂。怀疑部件及分析：燃油关断活门燃油关断活门位于吊架外侧机翼前缘位置，可通过中央操纵台上起动手柄和灭火手柄进行控制。起动手柄在关断位或提起灭火手柄至灭火位，燃油关断活门关闭。灭火手柄在正常放下位时提起起动手柄，燃油关断活门打开。如果燃油关断活门作动马达故障或燃油关断活门卡阻,将不能正常将燃油供给发动机，使发动机不能正常起动。通过驾驶舱P5板“燃油关断活门关断”灯或活门本体上红色位置指示杆可对活门位置进行监控。燃油泵组件燃油泵组件位于附件齿轮箱后侧，对燃油箱输送来的燃油进行增压和过滤。如果燃油泵组件与附件齿轮箱之间的传动轴折断或燃油泵组件打坏。则不能正常向发动机提供燃油。MEC 主发动机控制装置 MEC位于燃油泵后方，由燃油泵驱动轴进行驱动。CFM563发动机控制装置由MEC（以N2为被控参数）和PMC（以N1为被控参数）组成，MEC根据PLA、CDP/CBP、CIT、T2、N2、PS12等参数向发动机提供适当的燃油，当MEC本体故障或传动轴折断时，不能向发动机提供正确的燃油量,会导致发动机起动不成功。VSV、VBV（可变静子叶片、可变放气活门）发动机静止时，VSV处于全关状态，随着转速的增加，VSV逐渐打开，N2 85.5%时VSV全开，发动机静止时，VBV全开，随着转速的上升VBV逐渐关闭，发动机快减速或使用反推时VBV全开。如果起动发动机时VBV、VSV位置不正确，会造成发动机起动不成功。燃油喷嘴发动机共有20个燃油喷嘴 在左右点火电嘴两旁的四个带有棕色标志的喷嘴为主燃油喷嘴 。如果喷嘴顶部小滤网阻塞或顶部积碳较多会造成不能正常向燃烧室供油或雾化不良，从而造成起动不成功。发动机本体发动机遭受外来物损伤（FOD）造成页片变形、磨擦、气流不畅或发动机轴承损坏，会造成发动机起动不成功，这时应检查发动机磁堵和进行内窥检查。对于本体性能衰退的发动机，我们在使用中都尽量避免过大尾风情况下的启动，以防止引起起动困难。通常推飞机尽量迎风，这在一定程度上可减少机组报告启动加速慢的故障，减少不必要的排故，尽量延长发动机在翼使用寿命。23反推故障灯亮231 故障现象在收/放反推过程中，P5板琥珀色“REVERSER”灯亮并保持。出现下列情况之一会使反推故障灯亮：左、右两半反推不同步时间大于2秒；反推控制活门故障；反推手柄在收上位10.3秒后任一一半反推没有收上锁定。232 故障及系统分析反推系统通过改变外涵道气流方向产生足够的制动力来帮助飞机减速。发动机反推控制组件（M528）为反推系统提供控制和指示（图25），反推故障灯亮时，M528上会有相应的指示灯亮。M528上有6个故障灯的两个复位电门，故障排除后需到M528上进行复位。当提起反推手柄时，展开线圈通电，压力油推动控制活门向上移动，压力油进入到反推锁机构进行解锁和进入到反推作动筒展开端，由于反推作动筒展开端面积比收上端面积要大得多，在压差作用下反推展开。 图25 反推控制组件当将反推手柄放至收上位时，收上线圈继电器闭合通电。反推作动筒展开端通回油，收上端通压力油，反推收上。反推收上10秒后，K7断开，准备线圈和收上线圈断电，隔离活门在弹簧作用下关断。如反推手柄放到收上位后10.30秒反推仍未收上锁定,收上圈将再次通电。反推故障灯亮一般有以下几种情况：1M528上“T/R VALVE DISAGREE”灯亮（如图25 反推控制组件B灯）、”灯亮，怀疑部件及具体分析：反推作动筒，同步软轴反推作动筒渗漏、bnormal Star Advisory System简称ASAS），当系统探测到以下不正常情况时，ASAS使EIS上EGT数字闪跳，以提醒机组注意，此时发动机有热起动和转速悬挂的可能。引起原因有：发动机转速上升不正常，包括：发动机N1和N2转速上升不匹配，转速悬挂等。发动机高压压气机压力上升不正常。EGT上升过快，热起动，可能出现起动超温情况。如EIS内部光耦合器失效，也会引起EGT数字闪跳。当起动过程中出现EGT闪跳，应遵守以下基本操作原则：EGT闪烁现象是发动机在起动过程中，特别是高海拔机场，此时需要观查发动机N1、EGT、N2、FF参数，只要EGT不出现超温的可能，N2上升正常，可按正常程序继续起动，进入慢车后，按压EIS上复位电门即可。如EGT数字闪跳并有超温的可能，须中断起动进行排故。第三章 总结 CFM56-3发动机自1979年11月取得FAA认证投入市场以来，根据客户使用情况反馈不断的进行性能改进和进行维修性方面的改善，已经具有了良好的经济性和维修性，但相对于后期推出的全功能电子控制型发动机，在发动机性能和各部件状态监控方面，仍有一定的局限性