B737NG航空發(fā)動機啟動慢故障分析

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