EGT超限故障分析－原理

ke408219905 · 发表于 2013-7-6 10:24:40

CFM56-3-C1型发动机CFMI公司生产的双转子，高涵道比，轴流式的涡扇发动机。下发动机由MIC（主发动机控制器）和PMC（功率管理控制器）控制燃油流量和发动机通道可变几何装置，以调节转子的转速来达到控制推力的目的。发动机推力的大小由燃烧室里高温燃气做功的多少来决定，又因为涡轮部件所能承受的温度有一不定期限制，所以在对发动机的结构无损的前提下我们在尽可能的提高燃气温度。它的重要性使我们必须能够随时测燃气温度的高低，但是由于燃烧室里温度太高不利于直接测量，所以我们采用测EGT（发动机排气温度）的办法来掌握发动机的工作状况。
由于EGT与涡轮前燃气温度对应的关系，而涡轮前燃气温度由燃烧室里的系数又确定，这使得EGT的大小与发动机的操纵系统，燃油系统，空气系统有密切的关系，我们排故时必须对部分进行细致的分析。
故障原因分析
由于现代发动机的复杂性决定了它的各个系统的工作是互相影响的，在对EGT的影响上相对来说滑油系统出现的问题比较单一。
在发动机中滑油系统主要的作用是润滑运动部件，另外它还肩负着冷却运动部件，给燃油加热，以及测部件的磨损情况。滑油系统主要由油箱、油泵、油滤、磁堵、热交换器、压力指示、温度指示及一系列的附属部件构成。其系统的结构及原理。可见从油泵出来的滑油分别输送去润滑主轴承，转换齿轮箱及附件齿轮箱。其回油经过磁堵、热交换器后回到油箱。与滑油系统有关的问题多是由泄露引起的滑油量不足，堵塞造成的转动部件阻力增加。这样引起负载力矩的增加导致发动机的功率损耗增大，相同的条件下转子的转速与正常情况相比略低，发动机的燃油控制系统感受到推力的降低之后便会增加供油量，燃烧室中的余气系数α降低导致燃气温升则EGT超限。若发动机的寿命进入老化期则部件磨损的情况会更为突出，此时会伴随着发动机的构件振动加剧，检查磁堵时多会发现过量的金属屑存在。
发动机的空气系统除了在控制系统、燃油系统的协调工作下向燃烧室提供经过适当压缩、一定流量、一定流速、一定方向的空气参加燃烧一以外还供给空调组件气源，另有少量的引气用于发动机高热部件的冷却。由于参加燃烧的空气的控制与发动机的控制系统、燃油系统联系紧密，我们将在后面把三个系统对EGT的影响协同分析，这里先介绍一下冷却空气系统部分。
由HPC第五级引来的空气通过分配的管道分别输送去给以下部位，LPT第一级涡轮出口，HPT与转子之间的空腔，LPT转子支圈，燕尾槽和第1、2、3级叶片的根部。另外在CFM56-3发动机中还采用了主动间隙技术来控制叶尖与涡轮机匣的距离，使得发动机在稳态时获得最大的稳态高压涡轮效率，在过渡态时获得最少的排气温度损失。此发动机采用MEC的燃油压力信号控制涡轮间隙控制活门，决定是输送第五级还是第九级的空气去冷却LPT机匣。这一部分若不能正常工作的结果易使部件长期在高热的条件下工作，形成蠕变或结构缺陷，造成发动机的整体效率下降。在相同的工作条件下必须增加供油才能达到需要的推力，从而有可能出现EGT超限的现象。
发动机的控、燃油、空气系统相互之间协调共同工作，产生需要的推力。它以发动机高压转子转速N2为调节目标。首先其调节系统根据油门杆角度，发动机风扇进气温度T2和进气静压PS12确定N2需求值，该值与实际N2之差决定了燃油计量活门的位置及供油量的大小，同时燃油限制系统根据瞬时的N2值，高压压气机进口温度CIT，出口压力CDP和空调组件引气压力CBP等参数，再综合发动机功率需求和压气机状况，对供油量进行限制，以免发动机出现贫油、富油，失速踹振、超温等不稳定现象，另外MEC还根据N[sub]2[/sub]转速和CIT的变化，利用伺服燃油压力对压气机可调静子叶片VSV和可变放气活门VBV的位置进行调节，以改善气流通道状况。
PMC的作用是在MEC的基础上修正N[sub]1[/sub]转速。它根据PLA传感器的油门杆位置信号，发动机进气静压PS[sub]12[/sub]，进气温度T[sub]12[/sub]（电气信号）来确定N[sub]1[/sub]的目标值，根据目标值与实际值的差给MEC一个电调整信号，MEC根据此信号改变供油量，以达到需求的N[sub]1[/sub]。PMC的工作使反映发动机推力大小的N[sub] 1[/sub]转速在一定的环境压力及温度条件下与油门杆设定值相符。
由上分析可见凡是能够影响发动机燃烧室中余气系数2的参数或机件只要发生了问题，就有可能导致EG下超限，因此，我们可把其原因大致分为以下几个方面，传感器失效，VSV[sub]1[/sub]、VBV系统故障，CDP/CBP系统故障，MEC或PMC本身故障。
1       T[sub]2[/sub]传感器失效
      传感器结构见图，T[sub]2[/sub]传感器为一个液压机械式传感器，它感受发动机风扇进口温度，向MEC提供一个伺服燃油压力P[sub]7[/sub]与回油压力P[sub]6[/sub]的压差信号，当风扇进口温度升高时，传感器感应元件及膜盒内氮气膨胀，作动壳体内计量活门使其开口变小，使两端压差P[sub]7[/sub]—P[sub]6[/sub]增大，所以P[sub]7[/sub]—P[sub]6[/sub]大小与T[sub]2[/sub]成正比，则MEC感受到T[sub]2[/sub]增大。
      传感器燃油管路或其接头的堵塞和渗漏，也可能造成P[sub]7[/sub]—P[sub]6[/sub]增大，使MEC感受的风扇进口温度比实际的高，出现所谓的T[sub]2[/sub]传感器热偏够。在这个错误信号下导致供油量增大，出现EGT的超限，此时的N[sub]1[/sub]与正常相比偏高。
2       CIT传感器失效。
      其结构见图（发控2457）其工作原理与T[sub]2[/sub]传感器近似，只是它感受的温度是高压压气机进口温度，它影响MEC对供油量的调节，而主要是用于MEC对VSV的调节，在某一N[sub]2[/sub]下，CIT较高时，高压压气机进口空气可在压缩性差，压气机后级通道能力减小，MEC即通过伺服燃油压力调节VSV向关闭方向运动VBV则开大放气，防止踹振或气塞现象发生。
      当CIT传感器接头滤网堵塞或渗漏造成MEC感受温度比实际温度高时，这使得VSD和VBV的调节漏离了正常程度VSD偏差，VBD偏开，造成涡轮工力不足，N[sub]1[/sub]偏低，此时要增加供油才能使N[sub]1[/sub]达到目标值，造成2减小，EGT增加。
3       CDP/CBP系统故障
      其结构原理见图（发控247）。系统中可见高压压气机引气出口压力和引气压力通过导管分别加于相应的感应膜合，从而CDP/CBP比值的变化能够控制堵塞的运动，它的作用是使发动机在引气小的时候能够保证压气机不失速，在引气机量要求比较大的时候能保证迅速的加减速率，若该部分出了问题，则有可能会导致供油量增加，EGT增大超限。
4       VSV/VBV系统故障
      为了使发动机的低压压气机与高压压气机之间得到最好的匹配，保持一定的增压比和空气流量，防止压气机出现喘振和气塞的现象，我们采用了可变角度导向叶片系统VSV和中间级放气系统VBV。其工作部件的结构及工作原理见图。实际位置信号对VSV/VBV进行调节，如果MEC接到的反馈钢索信号与VSV/VBV的实际位置不符，那么MEC的调节就会偏离程序，造成VSV、VBV过开或过关，当VSV偏并且VBV偏开时，故障现象与上述CIT传感器热偏移情况相似。N[sub]1[/sub]偏低，导致供油增加，EGT超限。
5       MEC及ＰＭＣ自身故障
      由于MEC和PMC的内部结构比较复杂。这里就不再做具体的分析，但是我们知道若是二者内部与上述各项影响余气系数的部件出了问题或是与燃油计量活门相关的部分出现故障，都有可能出现供油量增大的情况。

海军oy · 发表于 2013-7-6 14:24:24

很好谢啦

2399699877 · 发表于 2013-7-6 21:21:54

谢谢分享学习

renying · 发表于 2013-7-6 23:42:29

果断保存

黑曼巴_24 · 发表于 2013-7-7 11:59:54

学习啦，多谢分享

zexin_wang · 发表于 2013-7-19 12:12:14

太多了

zhoutong406 · 发表于 2013-7-19 16:33:28

谢谢辛苦了

cliffyzr113807 · 发表于 2013-7-30 11:31:48

分析的已经相当透彻了。

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