淺析航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪起動(dòng)機(jī)工作機(jī)理

孫永 王慧穎

（中航工業(yè)黎明航服分公司，遼寧沈陽 110043）

淺析航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪起動(dòng)機(jī)工作機(jī)理

孫永 王慧穎

（中航工業(yè)黎明航服分公司，遼寧沈陽 110043）

燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)系統(tǒng)的主要部件，它本身就是一臺(tái)渦軸式燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)，其功用是在某發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓轉(zhuǎn)子、飛機(jī)附件和發(fā)動(dòng)機(jī)附件轉(zhuǎn)動(dòng)。燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)本身結(jié)構(gòu)和工作情況并不復(fù)雜，但卻是發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的主要部件，一旦其發(fā)生故障，則會(huì)直接導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)失敗。

渦輪 起動(dòng)機(jī) 故障

1 燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)系統(tǒng)介紹

發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)系統(tǒng)由燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)及控制系統(tǒng)、扭矩傳遞裝置、燃燒室點(diǎn)火系統(tǒng)、燃燒室及渦輪起動(dòng)機(jī)補(bǔ)氧系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)燃油系統(tǒng)等組成。燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)主要由三個(gè)部分組成，即燃?xì)鉁u輪發(fā)生器模塊、自由渦輪模塊和燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)系統(tǒng)則由滑油系統(tǒng)、燃油供給與調(diào)節(jié)系統(tǒng)、起動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)組成。

1.1 滑油系統(tǒng)

滑油系統(tǒng)的功用是向燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)各軸承、減速器和傳動(dòng)機(jī)匣輸送滑油，并將工作過的滑油抽出送回發(fā)動(dòng)機(jī)滑油箱。一般滑油系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)滑油系統(tǒng)是連在一起的，因此滑油系統(tǒng)一般為非獨(dú)立的、開式循環(huán)系統(tǒng)，它由供油系統(tǒng)和回油系統(tǒng)組成，每起動(dòng)一次，會(huì)消耗一定量的滑油。

1.2 燃油供給與調(diào)節(jié)系統(tǒng)

燃油供給與調(diào)節(jié)系統(tǒng)的功用是：①起動(dòng)時(shí)控制起動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)的燃油流量；②限制壓氣機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子的最大轉(zhuǎn)速；③限制自由渦輪轉(zhuǎn)子的最大轉(zhuǎn)速；④根據(jù)噴嘴前油壓力，發(fā)出關(guān)斷電動(dòng)起動(dòng)機(jī)的電信號(hào)；⑤根據(jù)電指令關(guān)斷向起動(dòng)機(jī)燃燒室供油。燃油供給與調(diào)節(jié)系統(tǒng)由4030油泵調(diào)節(jié)器和燃油噴嘴組成。

1.3 燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)起動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)

燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)起動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)的功用是，按照起動(dòng)程序，點(diǎn)燃起動(dòng)機(jī)燃燒室的油氣混合氣。起動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)包括電動(dòng)起動(dòng)機(jī)，點(diǎn)火附件，二個(gè)點(diǎn)火電嘴，最小滑油壓力信號(hào)器和自由渦輪轉(zhuǎn)速傳感器。最小滑油壓力信號(hào)器在工作油壓大于規(guī)定值時(shí)斷開。自由渦輪轉(zhuǎn)速傳感器監(jiān)控自由渦輪的轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過限制值時(shí)，發(fā)出關(guān)斷起動(dòng)機(jī)指令。

1.4 燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)各附件的斷開時(shí)機(jī)

1.4.1 燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)點(diǎn)火附件、補(bǔ)氧附件和電動(dòng)起動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)時(shí)的斷開時(shí)機(jī)

（1）起動(dòng)到一定時(shí)間，發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)起動(dòng)裝置發(fā)出指令，使燃起動(dòng)機(jī)點(diǎn)火附件和補(bǔ)氧附件、電動(dòng)起動(dòng)機(jī)停止工作。

（2）在起動(dòng)的前一段時(shí)間，如果壓氣機(jī)渦輪轉(zhuǎn)速達(dá)到規(guī)定值時(shí)，則相應(yīng)于起動(dòng)機(jī)噴嘴前油壓達(dá)到規(guī)定值，通過電動(dòng)起動(dòng)機(jī)脫開機(jī)構(gòu)發(fā)出信號(hào)，起動(dòng)機(jī)點(diǎn)火附件、補(bǔ)氧附件和電動(dòng)起動(dòng)機(jī)停止工作。

（3）經(jīng)過一段時(shí)間后，當(dāng)起動(dòng)機(jī)噴嘴前燃油壓力達(dá)到規(guī)定值時(shí)，起動(dòng)機(jī)點(diǎn)火附件、補(bǔ)氧附件和電動(dòng)起動(dòng)機(jī)停止工作。

1.4.2 燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)時(shí)，斷開時(shí)機(jī)

（1）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到要求時(shí)，由發(fā)動(dòng)機(jī)綜合調(diào)節(jié)器向發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)起動(dòng)裝置發(fā)出指令，通過使起動(dòng)機(jī)計(jì)量附件上的停車開關(guān)電磁活門斷電，起動(dòng)機(jī)退出工作。

（2）當(dāng)起動(dòng)時(shí)間達(dá)到規(guī)定值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)起動(dòng)裝置向起動(dòng)機(jī)計(jì)量附件上的停車開關(guān)電磁活門發(fā)出指令，使起動(dòng)機(jī)退出工作。

1.4.3 燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過程中出現(xiàn)異常情況時(shí)提前關(guān)斷的時(shí)機(jī)

（1）起動(dòng)到一定時(shí)間后，起動(dòng)機(jī)滑油系統(tǒng)壓力仍然小于規(guī)定值，發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)起動(dòng)裝置向起動(dòng)機(jī)計(jì)量附件上的停車開關(guān)電磁活門發(fā)出指令，使起動(dòng)機(jī)停止工作。

（2）起動(dòng)過程中當(dāng)起動(dòng)機(jī)排氣溫度超過最大允許值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)起動(dòng)裝置接受發(fā)動(dòng)機(jī)綜合調(diào)節(jié)器的指令，通過起動(dòng)機(jī)計(jì)量附件上的停車開關(guān)電磁活門使起動(dòng)機(jī)停止工作。

（3）當(dāng)渦輪起動(dòng)機(jī)自由渦輪轉(zhuǎn)速超過最大允許轉(zhuǎn)速限制值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)綜合調(diào)節(jié)器向發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)起動(dòng)裝置發(fā)出指令，通過起動(dòng)機(jī)計(jì)量附件上的停車開關(guān)電磁活門使起動(dòng)機(jī)停止工作。

（4）在按下起動(dòng)按鈕后發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)起動(dòng)裝置開始工作的某時(shí)間內(nèi)，并且發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于規(guī)定值，通過按壓停車按鈕，切斷電動(dòng)起動(dòng)機(jī)、補(bǔ)氧附件和停車開關(guān)電磁活門的電路，中止起動(dòng)機(jī)起動(dòng)。如發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室已經(jīng)開始工作，則必須收油門到停車位置，才能中斷發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。

2 燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)故障分析

燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過程中發(fā)生故障主要有：起動(dòng)機(jī)控制油濾堵塞、熱電偶擊穿、滑油壓力過低和滑油壓力傳感器故障、起動(dòng)機(jī)功率不足等。

2.1 燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)控制油濾堵塞

發(fā)動(dòng)機(jī)開車時(shí)，當(dāng)按壓起動(dòng)按鈕后，起動(dòng)信號(hào)燈亮，起動(dòng)機(jī)風(fēng)門打開一定時(shí)間后，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)信號(hào)燈熄滅，起動(dòng)失敗。

動(dòng)機(jī)在起動(dòng)的前一段時(shí)間主要是起動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，所以這時(shí)出現(xiàn)的故障原因可能是起動(dòng)機(jī)火系統(tǒng)故障、補(bǔ)氧系統(tǒng)故障，起動(dòng)機(jī)滑油系統(tǒng)壓力低，或者是起動(dòng)機(jī)燃燒室斷油等幾種情況。起動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)出現(xiàn)故障的幾率較低；補(bǔ)氧系統(tǒng)可通過檢查氧氣瓶中的氧氣量、壓力表數(shù)值等手段排除故障。如補(bǔ)氧系統(tǒng)正常，則基本可以判斷故障原因是起動(dòng)機(jī)燃燒室斷油。這時(shí)可拆下起動(dòng)機(jī)控制燃油濾，檢查通油情況，如果發(fā)現(xiàn)經(jīng)過一段時(shí)間后，燃油才能通過油濾，則說明油濾太臟，堵塞起動(dòng)機(jī)控制油濾，造成燃油無法供應(yīng)到起動(dòng)機(jī)，使其無法點(diǎn)火燃燒。造成此現(xiàn)象的主要原因是飛機(jī)燃油系統(tǒng)臟，具體原因可能有：燃油系統(tǒng)附件在安裝時(shí)帶入贓物、塵埃；燃油質(zhì)量差，不合規(guī)定；加油設(shè)備臟。

2.2 燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)的熱電偶擊穿

發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中，當(dāng)起動(dòng)機(jī)排氣溫度超過最大允許值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)起動(dòng)裝置接受發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)器的指令，通過起動(dòng)機(jī)計(jì)量附件上的停車開關(guān)電磁活門使起動(dòng)機(jī)停止工作。

起動(dòng)機(jī)熱電偶擊穿后，發(fā)動(dòng)機(jī)綜合調(diào)節(jié)器會(huì)發(fā)出排氣管處溫度過高的假信號(hào)，使渦輪起動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)。測量熱電偶電阻，其電阻值應(yīng)不小于規(guī)定值；否則，說明熱電偶已擊穿，需更換新的熱電偶。

2.3 滑油壓力過低或傳感器故障

如果起動(dòng)機(jī)開始工作時(shí)滑油系統(tǒng)有故障造成滑油壓力過低，則滑油壓力傳感器就發(fā)出“滑油壓力達(dá)不到規(guī)定”信號(hào)，該信號(hào)輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)綜合調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器控制起動(dòng)機(jī)工作一定時(shí)間后停車。

檢查滑油系統(tǒng)的供油情況，滑油量是否符合要求，利用地面檢驗(yàn)操作臺(tái)檢查滑油壓力傳感器是否良好，確認(rèn)故障后更換新的傳感器。

2.4 燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)功率不足導(dǎo)致的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)問題

對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行冷運(yùn)轉(zhuǎn)，如冷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于冷運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)定轉(zhuǎn)速值，則說明起動(dòng)機(jī)的功率不足。起動(dòng)機(jī)功率不足可能出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間長或者起動(dòng)溫度高于標(biāo)準(zhǔn)值。

一般發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程是按時(shí)序邏輯控制的，先由起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速到一定轉(zhuǎn)速時(shí)，由綜合調(diào)節(jié)器發(fā)出信號(hào)接通燃油分配器的注油電磁活門，使燃燒室點(diǎn)火。當(dāng)起動(dòng)機(jī)的功率不足時(shí)，就無法帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子到燃燒室點(diǎn)火轉(zhuǎn)速，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間過長，需要更換起動(dòng)機(jī)。

如起動(dòng)機(jī)功率不足，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的前半程會(huì)出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升緩慢，引起空氣流量增加緩慢，這樣就會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)在前半程出現(xiàn)低壓渦輪后燃?xì)鉁囟瘸^標(biāo)準(zhǔn)值的現(xiàn)象，這時(shí)需要更換起動(dòng)機(jī)排除故障。