發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)上升緩慢故障原因分析及排除

趙光學(xué)

（沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧沈陽(yáng) 110043）

發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)上升緩慢故障原因分析及排除

趙光學(xué)

（沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧沈陽(yáng) 110043）

簡(jiǎn)述發(fā)動(dòng)機(jī)最大狀態(tài)調(diào)節(jié)計(jì)劃和α1、α2氣流通道調(diào)節(jié)計(jì)劃。利用發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)計(jì)劃和壓氣機(jī)速度三角形原理分析故障發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)變化。制定發(fā)動(dòng)機(jī)故障排除方案，通過(guò)工作確定高壓壓氣機(jī)可調(diào)靜子葉片傳動(dòng)機(jī)構(gòu)卡滯是導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)隨動(dòng)緩慢的根本原因。高壓壓氣機(jī)可調(diào)靜子傳動(dòng)機(jī)構(gòu)經(jīng)過(guò)石墨潤(rùn)滑可以有效減小運(yùn)動(dòng)部件摩擦阻力，確保發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)恢復(fù)正常。但高壓壓氣機(jī)可調(diào)靜子葉片傳動(dòng)機(jī)構(gòu)卡滯原因還需進(jìn)一步確定。

α2上升慢 高壓可調(diào)靜子葉片轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 卡滯

1　引言

為提高壓氣機(jī)的穩(wěn)定裕度，發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)液壓機(jī)械系統(tǒng)根據(jù)高壓轉(zhuǎn)子的換算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)高壓壓氣機(jī)進(jìn)口、一級(jí)和二級(jí)導(dǎo)流葉片的轉(zhuǎn)角。 發(fā)動(dòng)機(jī)在使用過(guò)程中多次出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)隨動(dòng)緩慢、加速性檢查不合格故障。經(jīng)檢查確認(rèn)高壓壓氣機(jī)可調(diào)靜葉片傳動(dòng)機(jī)構(gòu)卡滯故障是引起發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)隨動(dòng)緩慢的根本原因。

本文主要敘述了發(fā)動(dòng)機(jī)最大狀態(tài)燃油流量調(diào)節(jié)計(jì)劃和α1、α2氣流通道調(diào)節(jié)計(jì)劃。利用發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)計(jì)劃和壓氣機(jī)速度三角形原理進(jìn)行故障發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)n1、T4和α2變化分析。通過(guò)石墨潤(rùn)滑傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作可以有效減小傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)摩擦阻力，確保發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)恢復(fù)正常。但高壓壓氣機(jī)可調(diào)靜子葉片傳動(dòng)機(jī)構(gòu)卡滯原因還需進(jìn)一步確定。

2　故障現(xiàn)象描述

發(fā)動(dòng)機(jī)加速性規(guī)定如下：“以1～2秒時(shí)間移動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)操縱桿，從慢車(chē)狀態(tài)加速到最大狀態(tài)（目測(cè)從移動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)操縱桿開(kāi)始至低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n1達(dá)到低于最大狀態(tài)的2%時(shí)為止）的加速時(shí)間為5～7秒。

故障發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)象表現(xiàn)為油門(mén)桿在1～2秒內(nèi)由慢車(chē)狀態(tài)推至最大狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n2隨油門(mén)桿快速上升至100%后穩(wěn)定，低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n1和高壓壓氣機(jī)導(dǎo)向器轉(zhuǎn)角α2經(jīng)過(guò)約35秒后分別穩(wěn)定在92%和101刻度，渦輪溫度T4值經(jīng)過(guò)約50秒后穩(wěn)定在752℃。

3　發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)計(jì)劃

3.1低壓壓氣機(jī)進(jìn)口導(dǎo)流葉片轉(zhuǎn)角α1調(diào)節(jié)計(jì)劃

發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，由發(fā)動(dòng)機(jī)綜合調(diào)節(jié)器和主泵調(diào)節(jié)器根據(jù)n1換算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)低壓壓氣機(jī)進(jìn)口導(dǎo)流葉片轉(zhuǎn)角α1，以提高低壓壓氣機(jī)工作穩(wěn)定性。

將故障發(fā)動(dòng)機(jī)低壓壓氣機(jī)進(jìn)口導(dǎo)流葉片轉(zhuǎn)角α1與n1換算變化關(guān)系逐一進(jìn)行描點(diǎn)，可以看出故障發(fā)動(dòng)機(jī)α1隨n1換算轉(zhuǎn)速變化曲線在過(guò)渡狀態(tài)α1角度允許邊界范圍之內(nèi)，因此α1角度隨動(dòng)變化符合α1=f（n1換算）的調(diào)節(jié)規(guī)律。

3.2高壓壓氣機(jī)導(dǎo)流葉片轉(zhuǎn)角α2調(diào)節(jié)計(jì)劃

根據(jù)高壓轉(zhuǎn)子n2換算轉(zhuǎn)速，由主泵調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)高壓壓氣機(jī)進(jìn)口導(dǎo)流葉片的轉(zhuǎn)角α2，可以提高高壓壓氣機(jī)的穩(wěn)定裕度。

將故障發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)可調(diào)靜子葉片轉(zhuǎn)角α2與n2換算變化關(guān)系逐一進(jìn)行描點(diǎn)，可以看出當(dāng)n2換算轉(zhuǎn)速在78%時(shí)，故障發(fā)動(dòng)機(jī)α2隨動(dòng)變化曲線α2超出過(guò)渡狀態(tài)允許邊界的右邊界，即α2角度隨動(dòng)變化不符合α2=f（n2換算）的調(diào)節(jié)規(guī)律。因此高壓壓氣機(jī)可調(diào)靜子葉片位置α2不符合α2=f（n2換算）變化的規(guī)律。

4　故障原因分析

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)變化原因分析。故障發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口空氣溫度為276K，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)在最大狀態(tài)的調(diào)節(jié)計(jì)劃應(yīng)該執(zhí)行T1*在25℃～137℃時(shí)的控制規(guī)律，即采用的是T4max=C，πT=C，n1、n2隨T1*的升高而降低的控制規(guī)律。

查詢記錄：最大狀態(tài)T4溫度限制值為831℃，而該發(fā)動(dòng)機(jī)故障時(shí)的T4溫度值經(jīng)歷近50秒后才達(dá)到752℃并趨于穩(wěn)定，說(shuō)明T4燃油控制通道并未起到調(diào)節(jié)作用，發(fā)動(dòng)機(jī)此時(shí)未按照T4max=C的調(diào)節(jié)規(guī)律進(jìn)行。

通過(guò)進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，故障發(fā)動(dòng)機(jī)n2轉(zhuǎn)速在油門(mén)桿推至最大狀態(tài)后4秒鐘達(dá)到101%。查詢記錄，最大狀態(tài)綜合調(diào)節(jié)器n2通道限定值n2轉(zhuǎn)速為100.7%，可以確定此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油控制規(guī)律實(shí)際為n2調(diào)節(jié)通道在起限制作用。

發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)狀態(tài)選在亞音速、中低空條件下，其設(shè)計(jì)參數(shù)針對(duì)高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n2和高壓壓氣機(jī)可調(diào)靜子葉片位置α2而言，發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)狀態(tài)時(shí)，α2角度為112°～116°，高壓壓氣機(jī)可調(diào)靜子葉片開(kāi)度最大，空氣流量也最大，進(jìn)氣迎角為零，與n2轉(zhuǎn)速相匹配，此時(shí)壓氣機(jī)工作狀態(tài)良好。

綜上分析可以看出，當(dāng)α2角滯后于α2=f（n2換算）對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，就會(huì)使高壓壓氣機(jī)進(jìn)氣迎角變?yōu)樨?fù)值，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子負(fù)載變輕，從而使n2轉(zhuǎn)數(shù)很快到達(dá)綜合調(diào)節(jié)器n2通道限制值。n2通道起作用后，就會(huì)通過(guò)電磁活門(mén)使主泵調(diào)節(jié)器限制供油，從而導(dǎo)致了T4溫度、n1轉(zhuǎn)速偏低。

（2）α2調(diào)節(jié)滯后原因分析。推油門(mén)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速逐漸增大。通過(guò)n2換算轉(zhuǎn)速指令形成裝置隨動(dòng)活塞的右移，帶動(dòng)高壓壓氣機(jī)導(dǎo)流葉片調(diào)節(jié)器的杠桿繞活動(dòng)支點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使分油活門(mén)左移，打開(kāi)了定壓油通往作動(dòng)筒活塞右腔和活塞左腔通回油的油路，活塞在左右油壓差作用下左移，使高壓壓氣機(jī)導(dǎo)流葉片朝增大高壓壓氣機(jī)空氣流量方向轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著高壓壓氣機(jī)導(dǎo)流葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)反饋鋼索和反饋凸輪以及杠桿機(jī)構(gòu)，使分油活門(mén)右移，關(guān)小作動(dòng)筒左右腔的油路，活塞左移速度減慢。當(dāng)分油活門(mén)回到中立位置時(shí)，重新蓋住活塞左右腔的油路，調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束，導(dǎo)流葉片的轉(zhuǎn)角與發(fā)動(dòng)機(jī)新的工作狀態(tài)相適應(yīng)。

（3）引起α2上升速度緩慢的原因可以從以下兩個(gè)方面進(jìn)行分析：

1）高壓壓氣機(jī)可調(diào)靜子葉片作動(dòng)筒故障。高壓壓氣機(jī)可調(diào)靜子葉片作動(dòng)筒內(nèi)部由密封圈分隔成有桿腔和無(wú)桿腔。當(dāng)密封圈損壞時(shí)如果推油門(mén)時(shí)無(wú)桿強(qiáng)腔燃油就會(huì)滲漏到有桿腔，導(dǎo)致作用在作動(dòng)筒活塞上的壓差變小，從而導(dǎo)致α2上升速度滯后于n2換算的增大速度。

另外，如果作動(dòng)筒殼體（無(wú)桿腔）漏油或者作動(dòng)筒活塞卡滯，同樣會(huì)導(dǎo)致α2上升緩慢。

2）高壓壓氣機(jī)可調(diào)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)卡滯。整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)部件很多，如果某些轉(zhuǎn)動(dòng)部件的裝配間隙出現(xiàn)變化，或者摩擦力矩變大，就會(huì)使整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象，從而使整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)的總合力超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)在增大轉(zhuǎn)速的過(guò)程中，α2角度滯后于n2換算的變化速度。

5　故障的排除

依據(jù)上述排故方案確定故障發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)隨動(dòng)慢的根本原因?yàn)楦邏簤簹鈾C(jī)可調(diào)靜子傳動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)卡滯、不靈活。斷開(kāi)兩側(cè)高壓壓氣機(jī)可調(diào)靜子的液壓作動(dòng)筒。用測(cè)力計(jì)測(cè)量，檢查進(jìn)口、1級(jí)和2級(jí)靜子操縱機(jī)構(gòu)開(kāi)始移動(dòng)的總合的力為30Kgf，并有卡滯現(xiàn)象。該故障模式可以通過(guò)配制石墨潤(rùn)滑傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)排除。

［1］廉小純，吳虎.航空燃?xì)廨啓C(jī)原理上冊(cè).國(guó)防工業(yè)出版社，2001.