GTCP85－129型APU起动故障分析

air机器 · 发表于 2007-2-7 21:35:17

从APU起动特性入手，结合维护特点，分析影响APU起动因素，提出了改善APU起动性能的维护方法。
　　
   据统计，自1993年9月至2006年2月，厦航机队该型号APU共发生故障993起，其中起动故障466起，占APU故障总量的46.93%。是APU正常工作的主要障碍，也是改善APU维护水平所需解决的主要问题。本文从APU起动特性入手，结合维护特点，分析影响APU起动因素，提出了改善APU起动性能的维护方法。
　　
起动过程分析
　　　　
   APU的起动过程是使APU转子从静止状态过渡到稳定工作状态的加速过程，即APU转子转速从0加速至95％以上的工作过程。在这一过程中，APU转子能否在规定的时间内达到规定的工作转速进入稳定工作状态，主要取决于APU转子在起动过程中所获得的转矩大小。APU起动过程按其转子所获得的驱动力来源划分为三个阶段：起动机单独带动转子加速；起动机与涡轮共同带动转子加速；涡轮单独带动转子加速,如图1所示。三个不同阶段存在着不同的特点，根据这些特点，可以较准确地分析判断APU的起动故障。
　　　　
   第一阶段：从起动机带动发动机转子转动到涡轮参加工作为止。这时转子的转速从0增加至10％。在这一阶段由APU起动机单独带动APU转子加速，所以这一阶段的剩余功率DN1为:APU起动机功率减去带动APU转子转动所需要的功率:
　　　　
   △N1 = N起-N压-N机①
　　　　
   式中： △N1为第一阶段转子的剩余功率；N起为起动机功率； N压为压缩器功率；N机为克服机械损失和带动附件所需要的功率。
　　　　
   同一转速下，N压和N机是基本不变的，那么△N1的大小主要决定于起动机功率。这一阶段的起动时间计算式可利用力学公式导出：
　　
   第一阶段的目标转速n设定为额定转速的10%。从②式中可看出，加速时间 t1与所要加速的目标转速n值成正比，与剩余功率△N1成反比,即与起动机功率成反比。因此，如果起动故障表现为在第一阶段加速时间过长，那就可能是起动机效能减低引发的起动机剩余功率太小。
　　　　
   随着工作时间增长，APU起动机的性能会发生一些变化，使输出功率下降，为减少因起动机性能下降而造成的APU起动故障，可给APU起动机限定一个硬时限，定时更换起动机,以减少APU在起动第一阶段所引发的起动故障。
　　　　
   第二阶段：从APU发动机涡轮开始工作，到起动机停止工作为止，其转速约在10％～50％之间。这一阶段的工作特点是APU发动机由起动机和涡轮共同带动转子加速转动。如果设第二阶段的起动时间为t2，用推导t1的方法，同样可得到：
　　　　
   N涡为APU涡轮机输出功率
　　　　
   从上式可看到，第二阶段的起动时间与N起、N涡有关，同样与该阶段的剩余功率成反比。
　　　　
   在这一阶段中，由于供油量随着转速增大而不断增加，涡轮功率从小于压缩器功率逐渐增大到等于、大于压缩器功率。为了提高起动的可靠性，在设计中将起动机脱开转速设定在涡轮功率大大超过压缩器功率时的50％转速。
　　　　
   第三阶段：从APU转速为50％，起动机退出工作到转速为95％止。这一阶段，发动机转子由涡轮单独带动转子加速运转，其剩余功率△N３与起动时间t3 关系可表示为：
　　
   这一阶段的特点是发动机转子自行加速。由于起动机已退出工作，发动机没有外界动力介入，只靠自身调节燃油供油量加速。
　　　　
   综上所述，APU起动的三个阶段中，对于同一台APU来说，在起动过程中的同一转速下，压缩器功率、机械损失和带动附件所需功率通常是不变的，所以影响起动时间的因素主要有两个：起动机功率和涡轮功率，它们的大小和参与工作的时机直接影响着起动过程中剩余功率的大小，也就决定着APU起动的可靠性。下面分别对影响两者的主要因素作进一步分析。
　　
影响APU起动机功率的主要因素
　　　　
   （1）起动电压。APU起动机的电源来自机上主电瓶，电瓶电压过低或电瓶容量太少将直接导致起动机输出功率降低。外场实际维护中常有这样现象：用机上电瓶起动APU不成功，而用地面电源车或电瓶车起动则可正常起动APU。维护手册规定：起动APU时电瓶电压不能低于17V。
　　　　
   （2）起动机效率。随着起动机工作时间增长，由于内部励磁场变形、铜、铁损的增加及机械磨损等原因，其效能逐渐降低，输出功率随之降低。为此，应按所规定的时限更换起动机。
　　
影响涡轮功率的主要因素
　　　　
   1. 燃烧室能否形成稳定燃烧以及形成稳定燃烧的时机
　　
   燃烧室能否形成稳定燃烧是影响涡轮功率的主要因素之一，它与点火能效和燃油喷嘴的雾化水平有关。
　　　　
   （1）点火电嘴不跳火或火花过弱。点火电嘴不跳火主要是由于电路不正常所致，如低限滑油压力电门不闭合、点火激励器不正常等问题造成的。火花弱主要是由于点火电嘴过度烧灼，使电极间的距离过大所致。
　　　　
   （2）燃油喷嘴不喷油或雾化不良。燃油喷嘴不喷油为APU燃油系统故障，此类故障出现较少，可根据不同故障现象加以判断排除。雾化不良多是由于喷嘴前燃油压力不足或喷嘴积炭。燃油压力不足有可能是由于停放时间长，APU燃油泵前产生气穴所致，最简单的解决办法可接地面交流电源，接通左1号主燃油泵，以增加APU燃调前燃油压力。APU经使用一段时间后，在燃油喷嘴上会形成积炭，改变了喷嘴的初始构形，而影响燃油雾化水平。不同的燃烧室要与不同的燃油喷嘴相匹配，否则也将影响雾化，严重时将导致起动失败。
　　　　
   （3）能否产生火源还与燃烧室内空气的温度和压力有关。燃烧室内的空气压力越大，喷嘴的雾化质量就越好；空气温度越高，燃油汽化程度越高，燃气就越易被点燃，也就越易于起动。就这一点来看，夏季应比冬季更容易起动。
　　　　
   2. 燃烧室供油计划即燃油调节器的调节特点
　　　　
   （1）燃油调节特点。APU涡轮剩余功率的大小与涡轮前燃气温度的高低和涡轮落压比的大小有关。对于成形的APU来说，涡轮落压比是不变的，只有通过控制燃油供给量以控制涡轮前燃气温度来调节涡轮功率，从而控制APU加速。然而，加速供油量受压缩器稳定工作、涡轮热强度以及稳定燃烧的限制。这就限制了加速时的供油曲线。加速时供油量只有等于或小于这一曲线中所对应的供油量，发动机的加速过程才是安全的。
　　　　
   APU燃油调节器的加速调节过程是按发动机单一参数程序调节的过程，此类加速调节器主要是按压缩器出口压力p2 程序调节加速供油量。这种加速调节器虽能根据p2 程序调节加速供油量，保证发动机加速，但不能充分发挥发动机的加速性能。
　　　　
   （2）维护特点。可通过调节加速调节器的调准弹簧力调节供油量来改变起动时间。在使用一段时间后，调准弹簧力可能会发生变化，为使起动功能不发生变化，维护计划要求数个A检后要通过对APU喷嘴前燃油压力进行检查以校准调准弹簧力。维护手册规定，APU冷转时，喷嘴前燃油压力应为60±2psi。可通过调整起动调节器的调整螺钉增大或减小调准弹簧力，以调整喷嘴前燃油压力。通过校准冷转时的喷嘴前燃油压力，可校准正常起动过程中各个转速下的供油量，从而确保APU正常起动。由燃调的加速调节器所影响的起动故障，其特征是发生在10％～95％之间，其中最为明显的是在50％～95％之间，出现转速"悬挂"，而导致起动失败，如果未能正确调整好APU燃调上的调准弹簧力，所造成的影响将涉及该型号APU起动的全过程。所以，正确调整燃油喷嘴前燃油压力是确保APU正常起动的重要环节之一

likefly · 发表于 2007-2-7 22:06:52

顶起！！

tcf518 · 发表于 2007-2-7 23:17:22

顶一下！

帅得没人性 · 发表于 2007-2-8 07:40:06

不错不错

仁义道德 · 发表于 2007-2-8 12:14:22

说实话－－外场意义不大。

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