某型航空發(fā)動機(jī)渦輪冷卻系統(tǒng)原理及典型故障分析

摘 要：高壓渦輪是發(fā)動機(jī)的高溫部件，工作環(huán)境相當(dāng)惡劣，不但承受著極高的溫度，還在其上作用著各種力，因此產(chǎn)生了一系列的問題包括熱膨脹和熱應(yīng)力。現(xiàn)在的金屬材料很難在高溫下長期安全工作，但是要提高渦輪的工作效率必須要提高溫度，因此采用行之有效的冷卻措施是很必要的。某型發(fā)動機(jī)的渦輪盤和渦輪葉片都有冷卻系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)動機(jī)需要調(diào)節(jié)冷卻空氣流量，保證發(fā)動機(jī)能夠安全可靠的運(yùn)行。文章簡要介紹了某型發(fā)動機(jī)渦輪冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，并對具體實(shí)例進(jìn)行分析，最終解決渦輪冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)的故障。

關(guān)鍵詞：渦輪冷卻系統(tǒng)；渦輪冷卻控制附件；典型故障分析1 渦輪冷卻系統(tǒng)的組成

渦輪冷卻系統(tǒng)是由渦輪冷卻控制附件、空空換熱器、斷流活門、電磁活門、分流活門和空氣濾組成。

1.1 渦輪冷卻控制附件

渦輪冷卻控制附件根據(jù)噴口加力調(diào)節(jié)器的分流活門和電磁活門的指令油壓力，控制斷流活門的開關(guān)。渦輪冷卻控制附件由微動電門、彈簧、活塞、殼體、限流嘴組成。當(dāng)發(fā)動機(jī)需接通渦輪冷卻系統(tǒng)時(shí)，渦輪冷卻控制附件關(guān)小由空空換熱器輸往空氣控制壓力管道的氣路，斷流活門下移打開渦輪的冷卻空氣氣路。同時(shí)渦輪冷卻控制附件的微動電門向發(fā)動機(jī)綜合調(diào)節(jié)器發(fā)送渦輪冷卻系統(tǒng)的工作信號。

1.2 電磁活門

電磁活門根據(jù)發(fā)動機(jī)綜合調(diào)節(jié)器的指令，控制渦輪冷卻控制附件活塞上部的油壓力。當(dāng)發(fā)動機(jī)高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于81%、大于91.5%或者低壓渦輪后燃?xì)鉁囟却笥?00℃時(shí)，綜合調(diào)節(jié)器對電磁活門發(fā)出指令，電磁活門打開后就接通了通往渦輪冷卻控制附件上部的高壓油，反之如果不滿足上述條件，則電磁活門關(guān)閉，渦輪冷卻控制附件則不投入工作。

1.3 分流活門

分流活門是根據(jù)發(fā)動機(jī)操縱桿的角度控制渦輪冷卻控制附件上部的油壓。

1.4 空氣濾

空氣濾是用于過濾通往渦輪冷卻控制附件的高壓空氣的雜質(zhì)，這股高壓空氣則是引自高壓壓氣機(jī)中的氣流。

2 渦輪冷卻系統(tǒng)的工作原理

渦輪冷卻系統(tǒng)控制的冷卻空氣量約為發(fā)動機(jī)空氣流量的8.5%，當(dāng)發(fā)動機(jī)高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于81%、大于91.5%或者低壓渦輪后燃?xì)鉁囟却笥?00℃時(shí)，發(fā)動機(jī)綜合調(diào)節(jié)器向噴口加力調(diào)節(jié)器內(nèi)的NM-10電磁活門發(fā)出信號，電磁活門打開，高壓油作用到渦輪冷卻控制附件，如果上述三個(gè)條件都不滿足，但是發(fā)動機(jī)操縱桿角度大于62°，這時(shí)分流活門打開，高壓油通過分流活門作用到渦輪冷卻控制附件。因此只要滿足這四個(gè)條件之一，渦輪冷卻系統(tǒng)都會投入工作，這時(shí)會關(guān)閉空空換熱器到空氣控制壓力管路的氣路，打開通大氣的管路，斷流活門打開增大輸往高壓渦輪的冷卻空氣流量，同時(shí)接通渦輪冷卻控制附件上的微動電門，向發(fā)動機(jī)的綜合調(diào)節(jié)器輸出渦輪冷卻系統(tǒng)的接通信號。如果信號未輸出或者發(fā)送失敗，則飛機(jī)會發(fā)出“轉(zhuǎn)速小于90%”信號，此時(shí)飛行員會知道渦輪冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)了故障，這就是渦輪冷卻系統(tǒng)的工作過程。

3 渦輪冷卻系統(tǒng)典型故障分析

某型發(fā)動機(jī)的渦輪冷卻系統(tǒng)故障主要有三種情況：慢車狀態(tài)渦輪冷卻系統(tǒng)不接通、出現(xiàn)“轉(zhuǎn)速小于90%”信號、渦輪冷卻系統(tǒng)一直接通。從之前介紹的工作原理可以得出，渦輪冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)故障應(yīng)該從控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)兩方面進(jìn)行排查。

3.1 慢車狀態(tài)渦輪冷卻系統(tǒng)不接通

通過上文介紹可知是綜合調(diào)節(jié)器控制發(fā)動機(jī)慢車狀態(tài)是否接通渦輪冷卻系統(tǒng)的，因此產(chǎn)生故障的原因有三種：一是控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障就是綜合調(diào)節(jié)器損壞。二是執(zhí)行系統(tǒng)出現(xiàn)故障就是渦輪冷卻控制附件出現(xiàn)故障，未執(zhí)行綜合調(diào)節(jié)器發(fā)出的控制信號。三是中轉(zhuǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)故障就是噴口加力調(diào)節(jié)器內(nèi)的NM-10電磁活門損壞未輸出綜合調(diào)節(jié)器的控制指令。剩下的就是具體判斷到底是哪里出現(xiàn)問題，因?yàn)榫C合調(diào)節(jié)器內(nèi)有NM-10指示燈，所以很容易判斷NM-10電磁活門是否工作正常。我們還可以人工發(fā)出控制信號令渦輪冷卻系統(tǒng)投入工作，如果渦輪冷卻系統(tǒng)仍不接通，則可認(rèn)為是執(zhí)行系統(tǒng)出現(xiàn)問題就是渦輪冷卻控制附件出現(xiàn)故障，反之則是控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障就是綜合調(diào)節(jié)器損壞。

3.2 出現(xiàn)“轉(zhuǎn)速小于90%”信號故障

渦輪冷卻系統(tǒng)是保護(hù)高渦部件安全工作的系統(tǒng)，一旦發(fā)動機(jī)在大狀態(tài)時(shí)渦輪冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)故障那么高渦部件的工作環(huán)境就會變得非常惡劣，很容易造成等級事故，所以出現(xiàn)“轉(zhuǎn)速小于90%”信號故障時(shí)，一定要立刻降低發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)同時(shí)要及時(shí)找出故障的原因。通過之前的分析我們可以知道，出現(xiàn)這個(gè)故障有兩種情況：一是這是個(gè)假信號，實(shí)際上發(fā)動機(jī)的渦輪冷卻系統(tǒng)工作正常。二是發(fā)動機(jī)的渦輪冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)問題，所以出現(xiàn)這個(gè)信號。針對第一種情況，綜合調(diào)節(jié)器未接到渦輪冷卻系統(tǒng)的接通信號，則可能是微動電門出現(xiàn)問題，更換渦輪冷卻控制附件即可解決問題；針對第二種情況就變得比較復(fù)雜，可參考3.1的排故過程，但同時(shí)還要考慮高壓油的壓力是否達(dá)到要求的可能，如果高壓指令油的油壓力不滿足使用要求也可能造成此故障的發(fā)生，所以如果是這個(gè)方面的原因還要更換主泵調(diào)節(jié)器方可解決故障。

3.3 渦輪冷卻系統(tǒng)始終接通故障

某型發(fā)動機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)期考慮到發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，在高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于81%小于91.5%時(shí)渦輪冷卻系統(tǒng)是不接通的，這就減小了發(fā)動機(jī)巡航狀態(tài)的渦輪冷卻用氣量，提高了發(fā)動機(jī)的推力。如果出現(xiàn)此故障有兩種原因：一是渦輪冷卻控制附件老化，因?yàn)槠鋬?nèi)部有彈簧容易變形造成一直接通的故障。二是NM-10信號處于異常狀態(tài)，一直輸出信號令渦輪冷卻系統(tǒng)投入工作，因此也要檢查綜合調(diào)節(jié)器是否有問題。

4 結(jié)束語

文章簡單總結(jié)了某型發(fā)動機(jī)的渦輪冷卻系統(tǒng)原理及一些典型故障，通過這些內(nèi)容的介紹希望能對大家有所幫助，碰到相關(guān)問題可以起到一定的參考作用。

參考文獻(xiàn)

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