CFM56-3發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子咬合的原因分析及處理措施

郭建國 王瑞玲

（國航股份呼和浩特維修基地，內(nèi)蒙古 呼和浩特010070）

CFM56-3系列發(fā)動機(jī)是CFMI(美國GE公司和法國SNECMA公司的合資組成的股份公司)生產(chǎn)的2萬磅推力級的軸流式、雙轉(zhuǎn)子、高函道比的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)。裝于波音737系列飛機(jī)和空中客車系列飛機(jī)。

該型發(fā)動機(jī)從投入使用到現(xiàn)在，其良好的在翼性能和維護(hù)經(jīng)濟(jì)性受到了客戶的普遍認(rèn)可，也正因該型發(fā)動機(jī)的上述優(yōu)點，目前多數(shù)發(fā)動機(jī)均進(jìn)行了3次或3次以上的進(jìn)廠大修或修理。我公司多數(shù)的CFM56-3發(fā)動機(jī)也進(jìn)行了3次或3次以上進(jìn)廠修理。但近一段時間我公司出現(xiàn)了兩次新大修出廠發(fā)動機(jī)重新裝機(jī)后，正常試車（相關(guān)參數(shù)均正常）后關(guān)車，次日或間隔6-8小時以上再次啟動發(fā)動機(jī)啟動不成功，地面人員檢查發(fā)現(xiàn)核心機(jī)轉(zhuǎn)子與級間封嚴(yán)出現(xiàn)了罕見的咬合現(xiàn)象，造成高壓轉(zhuǎn)子（N2）或低壓轉(zhuǎn)子（N1）無法轉(zhuǎn)動。并兩次因核心機(jī)咬合故障造成航班延誤或當(dāng)日航班取消，給公司的正常航班營運和正點保障帶來了諸多不利。筆者查閱資料，發(fā)現(xiàn)其他用戶也有類似現(xiàn)象出現(xiàn)，那么這種罕見的咬合現(xiàn)象為什么會發(fā)生呢？

1 咬合的原因分析

筆者分析認(rèn)為隨著發(fā)動機(jī)在翼時間的延長，其核心機(jī)的性能會變得愈來愈差，諸多修理廠家為了保證出廠CFM56-3發(fā)動機(jī)的出廠性能和裕度，根據(jù)車間修理手冊（Engine Shop Manual）的標(biāo)準(zhǔn)，約從2002年開始在核心機(jī)級間封嚴(yán)，壓氣機(jī)出口封嚴(yán)（在燃燒室機(jī)匣上），前外封嚴(yán)，前內(nèi)導(dǎo)向器封嚴(yán)上應(yīng)用了發(fā)動機(jī)區(qū)域間隙最優(yōu)化控制技術(shù)，即核心機(jī)整體匹配磨削加工（核心機(jī)小間隙封嚴(yán)）技術(shù)，將級間封嚴(yán)的間隙調(diào)到了ESM手冊的下限，以此保證出廠發(fā)動機(jī)裕度和性能，但這樣會出現(xiàn)當(dāng)發(fā)動機(jī)裝機(jī)試車正常停車或由于發(fā)動機(jī)故障、試車臺等原因緊急停車后，因核心機(jī)與風(fēng)扇機(jī)匣、渦輪機(jī)匣的膨脹程度不同，如果核心機(jī)的冷卻時間不夠，核心機(jī)冷卻得慢，機(jī)匣冷卻的快，加之核心機(jī)的高壓轉(zhuǎn)子或低壓轉(zhuǎn)子與封嚴(yán)的磨削間隙相對較小，此二因素共同造成了核心機(jī)轉(zhuǎn)子與機(jī)匣封嚴(yán)咬合的不正?，F(xiàn)象。

針對此現(xiàn)象，GE公司于1999年的機(jī)隊概要 （Fleet Highlights）也做了說明，且一些用戶也有類似故障反映。GE認(rèn)為轉(zhuǎn)子咬合現(xiàn)象多發(fā)生在新發(fā)或大修發(fā)動機(jī)上，對于一些訓(xùn)練機(jī)裝機(jī)發(fā)動機(jī)（小時間，大循環(huán)）也會出現(xiàn)咬合現(xiàn)象。如果沒有出現(xiàn)高振動現(xiàn)象或磁堵檢查未發(fā)現(xiàn)金屬屑，則該咬合不會影響發(fā)動機(jī)的正常使用，也不會造成發(fā)動機(jī)硬件的損傷。

2 如何避免或降低咬合風(fēng)險

鑒于咬合現(xiàn)象成因分析，結(jié)合航線維護(hù)的特點，筆者認(rèn)為采取如下措施可避免或降低其發(fā)生。

如果新發(fā)或大修發(fā)動機(jī)裝機(jī)正常試車時，試車人員密切監(jiān)控發(fā)動機(jī)參數(shù)，避免隨著N2轉(zhuǎn)速的提高，振動值隨著增大。這將使級間封嚴(yán)蜂窩被嚴(yán)重磨損，從而降低了由小間隙空隙而提高的發(fā)動機(jī)性能。

正常試車結(jié)束后，為了降低轉(zhuǎn)子和靜子的熱膨脹差異，同時使發(fā)動機(jī)重新起動時有一個好的狀態(tài)。讓該發(fā)在高慢車運轉(zhuǎn)5分鐘，低慢車狀態(tài)運轉(zhuǎn)5-10分鐘（至少5分鐘），讓核心機(jī)充分的冷卻，并在N2轉(zhuǎn)子完全停轉(zhuǎn)之前（大約1.3%N2）將發(fā)動機(jī)啟動電門置于“GND”位，連續(xù)執(zhí)行兩次干冷轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)工作，工作2分鐘，讓發(fā)動機(jī)核心機(jī)再次冷卻，確保與機(jī)匣冷卻同步，如時間允許，同時建議打開風(fēng)扇包皮、反推包皮讓發(fā)動機(jī)自然冷卻30分鐘以上。

如果發(fā)動機(jī)再次啟動距上次停車時間間隔小于8小時，啟動發(fā)動機(jī)時特別要小心，當(dāng)發(fā)動機(jī)咬合或N2上升緩慢或不上升，必須馬上中止啟動發(fā)動機(jī)。

如果因某種原因需要再次試車，確保第二次起動距上次停車時間大于1.5～2分鐘之間，且發(fā)動機(jī)EGT溫度不高于100度，否則需要再次冷轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)。

3 咬合后的正確處理

如果一旦遇到核心機(jī)轉(zhuǎn)子咬合現(xiàn)象，如果處理不當(dāng)會造成如下后果：

1）級間封嚴(yán)蜂窩會被磨得太深或轉(zhuǎn)子葉片葉尖卷邊、出現(xiàn)毛刺；

2）起動時N2振動高的風(fēng)險；

3）造成起動機(jī)損壞；

4）增加飛機(jī)的停場排故周期，降低飛機(jī)可用率。

故而筆者建議，一旦出現(xiàn)核心機(jī)轉(zhuǎn)子咬合現(xiàn)象，針對不同咬合情況應(yīng)采取相應(yīng)的措施：

1）低壓和高壓轉(zhuǎn)子咬合，且高壓轉(zhuǎn)子沒有被靜子包住，可自由轉(zhuǎn)動情況；

處理措施：執(zhí)行干冷轉(zhuǎn)程序或通過手搖泵把住N2轉(zhuǎn)子，用手扳轉(zhuǎn)風(fēng)扇；

2）高壓轉(zhuǎn)子與靜子咬合

處理措施：建議每隔15分鐘，通過手搖蓋板試著轉(zhuǎn)動核心機(jī)；

3）低壓轉(zhuǎn)子與靜子咬合

處理措施：如果不能用手扳轉(zhuǎn)風(fēng)扇，建議執(zhí)行一次2分鐘干冷轉(zhuǎn)，同時監(jiān)控風(fēng)扇轉(zhuǎn)動情況。

4 結(jié)語

由于CFM56-3發(fā)動機(jī)的高、低壓轉(zhuǎn)子咬合現(xiàn)象較為少見，筆者也在實踐中不斷的摸索和總結(jié)，諸上不成熟的分析和建議希望為發(fā)動機(jī)的維護(hù)提供一些有益的幫助。

［1］航空發(fā)動機(jī)設(shè)計手冊，第l5冊，控制及燃油控制系統(tǒng)[M].北京：航空工業(yè)出版社，2000.

［2］CFM56-3LINEMAINTENANCETRAININGMANNUAL,GEAircraft Engines Customer Technical Education Center[Z].

［3］CFM56-3 Advanced Engine System Training，Aero Engine Maintenance Training Center，Civil Aviation Flight University of China,Guanghan,Sichuan,China[Z].

［4］ENGINE SHOP MANNUAL,CFMI CORPORATION,2009[Z].

［5］Fleet Highlights,GE CORPORATION,1999[Z].