如何利用QAR数据判断发动机故障

机务张SIR · 发表于 2010-4-27 13:15:11

如何利用QAR数据判断发动机故障

QAR数据经常用于为排故工作提供参考依据，特别是波音737飞机的QAR数据对发现和隔离发动机的几类常见故障十分有用，通过对QAR数据的分析比较，可以快速有效地找到故障的原因，将故障尽快排除，减少航班不正常。结合我们工作的经验和体会，本文重点介绍如何利用QAR数据来判断CFM56发动机的几类常见故障。

一、转子振动高
CFM56发动机高、低压转子振动按MM手册要求超过3.0个单位必须排故，检查确定高振动不会导致二次损伤后才能放行，超过4.0个单位不能放行飞机。但发动机在正常状态下高、低压转子的振动一般不会超过1.0个单位，根据我们的经验，为了避免导致航班不正常，如果发动机的振动值达到2.0-2.5个单位，就应采取相应的纠正措施。
首先，可通过分析QAR数据确定发生高振动的转子的位置、转速、飞行阶段等，判断是否为指示系统的问题。由于受发动机工作环境影响，发动机指示线路的几个接头有可能出现氧化、胶裂等现象，导致发动机振动值指示比实际高，通常这种情况下，QAR数据显示振动值高是在不同转速、不同飞行阶段随机出现，而且是间歇性的，可先检查几个与其振动相关的电气接头，如果确认这几个接头没有问题，有可能是AVM内部的问题，可考虑对串或更换AVM，再试车检查故障是否排除。例1，2003年2月，B2943飞机左发（ESN：857655）出现LPT振动值超过2.5，读取QAR数据发现高振动发生时的转速不稳定且并非每个航段都出现，判断为指示系统问题，下发MAO清洁检查左发振动指示线路接头D3232，D1210/D3324，故障仍存在，后更换插头D1210/D3324，振动消失。
如果是发动机转子本身的振动高，通过读取不同航段的QAR数据，通常发现振动高是出现在某个固定的转速下，并且是在相对固定的相位角下，它主要是转子不平衡引起的。对这种情况，如果是低压转子的振动高，可通过风扇配平和叶片润滑来使其振动降低至可接受的水平，通常在1.0个单位以下。如果是高压转子的振动高，航线上没有办法来降低其振动的水平，但出现这种情况时，应孔探发动机的高压级和检查磁堵，在确认发动机无内部损伤后，可以继续监控使用，直至发动机被安排换下。我司CFM56-7发动机曾经多次出现风扇或低压涡轮部分在巡航或起飞/爬升状态下振动达到2.0-3.0之间，在进行风扇配平后，低压转子的振动值大多降至1.0以下。

二、起动EGT高
我司的CFM56发动机起动EGT限制值MM手册规定为725℃，但根据我司发动机监控的经验，如果起动EGT达到700℃左右，应采取适当的维修措施，否则，有可能造成航班延误。我们结合QAR数据分析发现我司CFM56-3发动机的起动EGT高主要是由两类故障引起的，一种是VSV系统的调节有偏差，另一种是MEC内部的磨损导致富油。
对第一种情况，通过分析QAR数据可以发现其启动过程中虽然EGT高，但燃油流量相对不高，通常燃油流量在1100LBS以下，针对该类故障，对VSV进行静态校装，便可发现和排除故障。例2，2003年6月，监控发现B2579飞机左发（ESN：856598）出现起动EGT超过700℃，但通过查看起动EGT较高的几个航段的QAR数据，发现当时燃油流量并不高，即使起动过程中EGT达到718℃，当时的燃油流量也没有达到1100LBS，怀疑与气路有关，下发MAO对左发进行VSV静态校装，检查发现VSV偏开，调整至正常位置后故障消失。
对第二种情况，通过分析QAR数据可以发现其启动过程中不但EGT高，而且燃油流量也较高，通常燃油流量会超过1100LBS，甚至超过1200LBS。对这一类故障，如果起动EGT和燃油流量偏离不严重，在不影响放行时，可先进行高低慢车及部分功率的调节，使发动机在手册允许范围内继续工作一段时间，但应通过安排更换MEC才能最终解决。例3，2003年4月，B2576右发（ESN：860130）起动EGT超过700℃，读取QAR数据发现起动时燃油流量也较高，其多数起动过程的燃油流量最大值超过1150LBS，调查此发动机的MEC使用时间超过13000小时，未执行SB73-130，应是MEC的供油计划偏富油，在更换MEC后故障没有再反映。

三、起飞EGT高
根据MM手册规定，我司的CFM56-3发动机在起飞状态下EGT的限制值为930℃，CFM56-7发动机在起飞状态下EGT的限制值为950℃。但根据发动机监控的经验，当CFM56-3发动机在起飞状态下的最大EGT值超过910℃，CFM56-7发动机在起飞状态下的最大EGT值超过920℃时，应及时引起注意，进行密切监控和视情采取措施。
造成起飞EGT高主要有以下几种情况：1、EGT指示系统故障。2、发动机气路和油路控制系统故障。3、发动机性能衰退，高压级工作效率降低。
结合QAR数据分析，可以相对容易确定造成起飞EGT高的原因。通过比较最近历史的该飞机不同航段的QAR数据，如果只出现EGT高，而在相同N1下，FF、N2几乎不变，并且与早前若干航段相同N1下的EGT比较，有明显的上升，通常超过30度，则有90%可能是EGT指示系统的问题。例4，2003年7月23日，2652左发（ESN：888115）起飞时最大EGT超过920℃，通过读取QAR数据，其早前几天相同N1下的EGT值没有超过890℃，起飞状态下的EGT值突然上升超过30度，而FF、N2几乎不变，判断为发动机EGT指示故障，航后检查CDU显示故障代码77-10851，清洁DP0909与DP0913插头后故障消失。
如果发现起飞EGT高，但与出现故障前的QAR数据进行比较，在巡航或起飞状态下的EGT、FF、N2均出现上升，特别是在大功率状态下，EGT、FF、N2均上升的比例和幅度更大。此种情况很有可能是发动机气路和油路控制系统故障。可先检查VBV、VSV等气路控制系统，在排除没有问题后，再检查MEC、燃油泵等油路控制部件故障。根据CFM56-3发动机的使用经验，此种现象多数是VBV系统的问题，如VBV门卡阻、柔性轴断裂造成某个或几个VBV门关不严，VBV马达或作动器失效导致所有VBV门不能运动等。例5， 2000年9月机组反映B2579飞机在昆明起飞时左发（ESN：856598）EGT达到917℃。查QAR数据，当时OAT为19℃，关发动机引气起飞，在巡航和起飞状态下左发的FF、N2、EGT均偏高，右发正常，判断为VBV系统故障。航后检查发现左发5：30位置VBV活门卡阻，导致其下游两个VBV活门不工作，根据MM75-32-04P401更换5：30位置VBV活门和柔性驱动轴，并完成相关测试，结果正常。试车至起飞功率时，EGT为883℃。对于CFM56-3系列发动机，在大功率状态下，VBV门应该是关闭的，如果此时VBV门关不上，使经过低压压气机压缩的原本应流入高压压气机的空气从打开的VBV门漏掉一部分，这样，高压转子的负载变轻，N2转速有上升的趋势，MEC为了保持N2转速不变，便降低发动机的供油量，导致低压转子N1转速下降，但为了保证发动机的推力不变，就应该保持N1转速不变，PMC超调MEC，使MEC增大供油量，最后的结果是燃油流量增大，EGT上升，N2转速增加。
如果发现起飞EGT高，但与早前航段的QAR数据进行比较，相同N1下的EGT、FF、N2没有发生突变，高EGT值主要是在高N1下出现的，而且往往出现在每天第一次起飞，或是高原机场、高温天气下，或是飞机起飞重量大，接近满载，没有使用减推力等，这种现象很有可能是由于发动机性能下降引起。此时，应结合发动机性能报告，查看该发动机的性能状况。对于737-300飞机（发动机额定使用推力为20K），如EGT裕度已降至40度左右，对于737-400飞机（发动机额定使用推力为22K），如EGT裕度已降至10度以下，说明发动机的总体性能已下降。一般通过清洗发动机涵道，增加每天第一个航班的暖车时间，对飞机限飞高原机场，要求机组尽量使用减推力等，以延长发动机的在翼使用时间。

四、加减速不一致
由于发动机之间固有的性能差异，在某些特定条件下机组感觉到左右发加减速不一致可能属正常现象。通常须读取QAR数据来断定双发加减速是否超出允许范围。在加速的过程中，机组通常感觉到的是某一台发动机加速慢，如果出现某台发动机加速快，机组并不会觉察到。但究竟是一台发动机加速慢还是另一台发动机加速快，应通过分析QAR数据或进行加速性测试来确定发动机的加速性是否在允许的范围内，如果双发的加速性均在手册范围之内，但双发之间的加速性却有明显差异，则有可能是另一台发动机加速快，而加速快的发动机通常伴随着减速慢，可对减速状态的QAR数据进行分析比较确定双发的减速性是否存在明显差异。造成左右发加减速不一致的原因比较复杂，通常有以下几种情况：1、相关系统设置或调节不当。如：高、低慢车及部分功率调整螺钉，VSV、VBV行程，油门杆钢索张力等。2、控制系统传感信号故障。如：T2、CIT、PS12等。3、控制组件内部故障。如：MEC、PMC、燃油控制盒等。4、发动机内部损伤。如：风扇、高低压涡轮叶片等。一般可通过读取QAR数据、发动机的性能状况报告和使用历史，先将某些基本不可能发生故障的系统和部件排除，然后掌握由易到难的原则，逐步隔离，找出故障的原因。例6，2003年1月8日机组报告左右发加速不一致，航后测试加减速，右发加速性在范围之内，左发加速时间（高慢到起飞目标值）为8秒左右，超出MM规定的7.4秒。左发序号857725，于2000年在SNECMA返厂修理（性能恢复）。修理后使用时间为 6000小时/3900循环左右，EGT裕度为20度左右。在先后进行了VSV、VBV静态校装、吹除CDP管等工作但没有效果后，于1月14日进行了动态校装，将VSV调开至加速目标位置。调整后加速时间为7.3秒，在标准之内。
对以上几类发动机故障的排除，关键在于结合QAR数据分析和发动机测试，找到故障原因，对故障源的有效隔离。波音MM手册的排故流程图概括了各种可能的故障原因及排故方法，对排故工作有着十分重要的参考作用。但在实践中我们体会到，如果完全照搬其所列程序，不仅头绪纷乱，而且过于繁琐，结果势必造成许多不必要的人力、物力及时间的浪费。根据我们的经验，结合QAR数据分析，可以很快排除某些因素，制定出最有可能且相对容易的排故方案。