發動機參數上升緩慢故障原因分析及排除

趙光學

（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧沈陽 110043）

發動機參數上升緩慢故障原因分析及排除

趙光學

（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧沈陽 110043）

簡述發動機最大狀態調節計劃和α1、α2氣流通道調節計劃。利用發動機調節計劃和壓氣機速度三角形原理分析故障發動機的參數變化。制定發動機故障排除方案，通過工作確定高壓壓氣機可調靜子葉片傳動機構卡滯是導致發動機參數隨動緩慢的根本原因。高壓壓氣機可調靜子傳動機構經過石墨潤滑可以有效減小運動部件摩擦阻力，確保發動機參數恢復正常。但高壓壓氣機可調靜子葉片傳動機構卡滯原因還需進一步確定。

α2上升慢 高壓可調靜子葉片轉動機構 卡滯

1　引言

為提高壓氣機的穩定裕度，發動機通過液壓機械系統根據高壓轉子的換算轉速調節高壓壓氣機進口、一級和二級導流葉片的轉角。 發動機在使用過程中多次出現發動機參數隨動緩慢、加速性檢查不合格故障。經檢查確認高壓壓氣機可調靜葉片傳動機構卡滯故障是引起發動機參數隨動緩慢的根本原因。

本文主要敘述了發動機最大狀態燃油流量調節計劃和α1、α2氣流通道調節計劃。利用發動機調節計劃和壓氣機速度三角形原理進行故障發動機參數n1、T4和α2變化分析。通過石墨潤滑傳動機構工作可以有效減小傳動機構運動摩擦阻力，確保發動機參數恢復正常。但高壓壓氣機可調靜子葉片傳動機構卡滯原因還需進一步確定。

2　故障現象描述

發動機加速性規定如下：“以1～2秒時間移動發動機油門操縱桿，從慢車狀態加速到最大狀態（目測從移動發動機油門操縱桿開始至低壓轉子轉速n1達到低于最大狀態的2%時為止）的加速時間為5～7秒。

故障發動機現象表現為油門桿在1～2秒內由慢車狀態推至最大狀態，發動機高壓轉子轉速n2隨油門桿快速上升至100%后穩定，低壓轉子轉速n1和高壓壓氣機導向器轉角α2經過約35秒后分別穩定在92%和101刻度，渦輪溫度T4值經過約50秒后穩定在752℃。

3　發動機調節計劃

3.1低壓壓氣機進口導流葉片轉角α1調節計劃

發動機正常工作時，由發動機綜合調節器和主泵調節器根據n1換算轉速調節低壓壓氣機進口導流葉片轉角α1，以提高低壓壓氣機工作穩定性。

將故障發動機低壓壓氣機進口導流葉片轉角α1與n1換算變化關系逐一進行描點，可以看出故障發動機α1隨n1換算轉速變化曲線在過渡狀態α1角度允許邊界范圍之內，因此α1角度隨動變化符合α1=f（n1換算）的調節規律。

3.2高壓壓氣機導流葉片轉角α2調節計劃

根據高壓轉子n2換算轉速，由主泵調節器調節高壓壓氣機進口導流葉片的轉角α2，可以提高高壓壓氣機的穩定裕度。

將故障發動機高壓壓氣機可調靜子葉片轉角α2與n2換算變化關系逐一進行描點，可以看出當n2換算轉速在78%時，故障發動機α2隨動變化曲線α2超出過渡狀態允許邊界的右邊界，即α2角度隨動變化不符合α2=f（n2換算）的調節規律。因此高壓壓氣機可調靜子葉片位置α2不符合α2=f（n2換算）變化的規律。

4　故障原因分析

（1）發動機參數變化原因分析。故障發動機進口空氣溫度為276K，此時發動機在最大狀態的調節計劃應該執行T1*在25℃～137℃時的控制規律，即采用的是T4max=C，πT=C，n1、n2隨T1*的升高而降低的控制規律。

查詢記錄：最大狀態T4溫度限制值為831℃，而該發動機故障時的T4溫度值經歷近50秒后才達到752℃并趨于穩定，說明T4燃油控制通道并未起到調節作用，發動機此時未按照T4max=C的調節規律進行。

通過進一步分析發現，故障發動機n2轉速在油門桿推至最大狀態后4秒鐘達到101%。查詢記錄，最大狀態綜合調節器n2通道限定值n2轉速為100.7%，可以確定此時發動機燃油控制規律實際為n2調節通道在起限制作用。

發動機的設計狀態選在亞音速、中低空條件下，其設計參數針對高壓轉子轉速n2和高壓壓氣機可調靜子葉片位置α2而言，發動機在設計狀態時，α2角度為112°～116°，高壓壓氣機可調靜子葉片開度最大，空氣流量也最大，進氣迎角為零，與n2轉速相匹配，此時壓氣機工作狀態良好。

綜上分析可以看出，當α2角滯后于α2=f（n2換算）對應的標準值時，就會使高壓壓氣機進氣迎角變為負值，導致轉子負載變輕，從而使n2轉數很快到達綜合調節器n2通道限制值。n2通道起作用后，就會通過電磁活門使主泵調節器限制供油，從而導致了T4溫度、n1轉速偏低。

（2）α2調節滯后原因分析。推油門時，發動機高壓轉子轉速逐漸增大。通過n2換算轉速指令形成裝置隨動活塞的右移，帶動高壓壓氣機導流葉片調節器的杠桿繞活動支點順時針轉動，使分油活門左移，打開了定壓油通往作動筒活塞右腔和活塞左腔通回油的油路，活塞在左右油壓差作用下左移，使高壓壓氣機導流葉片朝增大高壓壓氣機空氣流量方向轉動。隨著高壓壓氣機導流葉片的轉動，通過反饋鋼索和反饋凸輪以及杠桿機構，使分油活門右移，關小作動筒左右腔的油路，活塞左移速度減慢。當分油活門回到中立位置時，重新蓋住活塞左右腔的油路，調節過程結束，導流葉片的轉角與發動機新的工作狀態相適應。

（3）引起α2上升速度緩慢的原因可以從以下兩個方面進行分析：

1）高壓壓氣機可調靜子葉片作動筒故障。高壓壓氣機可調靜子葉片作動筒內部由密封圈分隔成有桿腔和無桿腔。當密封圈損壞時如果推油門時無桿強腔燃油就會滲漏到有桿腔，導致作用在作動筒活塞上的壓差變小，從而導致α2上升速度滯后于n2換算的增大速度。

另外，如果作動筒殼體（無桿腔）漏油或者作動筒活塞卡滯，同樣會導致α2上升緩慢。

2）高壓壓氣機可調葉片轉動機構卡滯。整個轉動機構的轉動部件很多，如果某些轉動部件的裝配間隙出現變化，或者摩擦力矩變大，就會使整個轉動機構出現卡滯現象，從而使整個轉動機構轉動的總合力超過標準，導致發動機在增大轉速的過程中，α2角度滯后于n2換算的變化速度。

5　故障的排除

依據上述排故方案確定故障發動機參數隨動慢的根本原因為高壓壓氣機可調靜子傳動部件運動卡滯、不靈活。斷開兩側高壓壓氣機可調靜子的液壓作動筒。用測力計測量，檢查進口、1級和2級靜子操縱機構開始移動的總合的力為30Kgf，并有卡滯現象。該故障模式可以通過配制石墨潤滑傳動機構來排除。

［1］廉小純，吳虎.航空燃氣輪機原理上冊.國防工業出版社，2001.