淺析航空發動機渦輪起動機工作機理

孫永 王慧穎

（中航工業黎明航服分公司，遼寧沈陽 110043）

淺析航空發動機渦輪起動機工作機理

孫永 王慧穎

（中航工業黎明航服分公司，遼寧沈陽 110043）

燃氣渦輪起動機是航空發動機起動系統的主要部件，它本身就是一臺渦軸式燃氣渦輪起動機，其功用是在某發動機起動時，帶動發動機的高壓轉子、飛機附件和發動機附件轉動。燃氣渦輪起動機本身結構和工作情況并不復雜，但卻是發動機起動時的主要部件，一旦其發生故障，則會直接導致發動機的起動失敗。

渦輪 起動機 故障

1 燃氣渦輪起動機系統介紹

發動機起動系統由燃氣渦輪起動機及控制系統、扭矩傳遞裝置、燃燒室點火系統、燃燒室及渦輪起動機補氧系統、發動機起動燃油系統等組成。燃氣渦輪起動機主要由三個部分組成，即燃氣渦輪發生器模塊、自由渦輪模塊和燃氣渦輪起動機系統。燃氣渦輪起動機系統則由滑油系統、燃油供給與調節系統、起動點火系統組成。

1.1 滑油系統

滑油系統的功用是向燃氣渦輪起動機各軸承、減速器和傳動機匣輸送滑油，并將工作過的滑油抽出送回發動機滑油箱。一般滑油系統與發動機滑油系統是連在一起的，因此滑油系統一般為非獨立的、開式循環系統，它由供油系統和回油系統組成，每起動一次，會消耗一定量的滑油。

1.2 燃油供給與調節系統

燃油供給與調節系統的功用是：①起動時控制起動機燃燒室內的燃油流量；②限制壓氣機渦輪轉子的最大轉速；③限制自由渦輪轉子的最大轉速；④根據噴嘴前油壓力，發出關斷電動起動機的電信號；⑤根據電指令關斷向起動機燃燒室供油。燃油供給與調節系統由4030油泵調節器和燃油噴嘴組成。

1.3 燃氣渦輪起動機起動點火系統

燃氣渦輪起動機起動點火系統的功用是，按照起動程序，點燃起動機燃燒室的油氣混合氣。起動點火系統包括電動起動機，點火附件，二個點火電嘴，最小滑油壓力信號器和自由渦輪轉速傳感器。最小滑油壓力信號器在工作油壓大于規定值時斷開。自由渦輪轉速傳感器監控自由渦輪的轉速，當轉速超過限制值時，發出關斷起動機指令。

1.4 燃氣渦輪起動機各附件的斷開時機

1.4.1 燃氣渦輪起動機點火附件、補氧附件和電動起動機正常起動時的斷開時機

（1）起動到一定時間，發動機自動起動裝置發出指令，使燃起動機點火附件和補氧附件、電動起動機停止工作。

（2）在起動的前一段時間，如果壓氣機渦輪轉速達到規定值時，則相應于起動機噴嘴前油壓達到規定值，通過電動起動機脫開機構發出信號，起動機點火附件、補氧附件和電動起動機停止工作。

（3）經過一段時間后，當起動機噴嘴前燃油壓力達到規定值時，起動機點火附件、補氧附件和電動起動機停止工作。

1.4.2 燃氣渦輪起動機正常起動時，斷開時機

（1）當發動機高壓轉子轉速達到要求時，由發動機綜合調節器向發動機自動起動裝置發出指令，通過使起動機計量附件上的停車開關電磁活門斷電，起動機退出工作。

（2）當起動時間達到規定值時，發動機自動起動裝置向起動機計量附件上的停車開關電磁活門發出指令，使起動機退出工作。

1.4.3 燃氣渦輪起動機在起動過程中出現異常情況時提前關斷的時機

（1）起動到一定時間后，起動機滑油系統壓力仍然小于規定值，發動機自動起動裝置向起動機計量附件上的停車開關電磁活門發出指令，使起動機停止工作。

（2）起動過程中當起動機排氣溫度超過最大允許值時，發動機自動起動裝置接受發動機綜合調節器的指令，通過起動機計量附件上的停車開關電磁活門使起動機停止工作。

（3）當渦輪起動機自由渦輪轉速超過最大允許轉速限制值時，發動機綜合調節器向發動機自動起動裝置發出指令，通過起動機計量附件上的停車開關電磁活門使起動機停止工作。

（4）在按下起動按鈕后發動機自動起動裝置開始工作的某時間內，并且發動機高壓轉子轉速小于規定值，通過按壓停車按鈕，切斷電動起動機、補氧附件和停車開關電磁活門的電路，中止起動機起動。如發動機燃燒室已經開始工作，則必須收油門到停車位置，才能中斷發動機的起動。

2 燃氣渦輪起動機故障分析

燃氣渦輪起動機在起動過程中發生故障主要有：起動機控制油濾堵塞、熱電偶擊穿、滑油壓力過低和滑油壓力傳感器故障、起動機功率不足等。

2.1 燃氣渦輪起動機控制油濾堵塞

發動機開車時，當按壓起動按鈕后，起動信號燈亮，起動機風門打開一定時間后，發動機起動信號燈熄滅，起動失敗。

動機在起動的前一段時間主要是起動機的起動，所以這時出現的故障原因可能是起動機火系統故障、補氧系統故障，起動機滑油系統壓力低，或者是起動機燃燒室斷油等幾種情況。起動機點火系統出現故障的幾率較低；補氧系統可通過檢查氧氣瓶中的氧氣量、壓力表數值等手段排除故障。如補氧系統正常，則基本可以判斷故障原因是起動機燃燒室斷油。這時可拆下起動機控制燃油濾，檢查通油情況，如果發現經過一段時間后，燃油才能通過油濾，則說明油濾太臟，堵塞起動機控制油濾，造成燃油無法供應到起動機，使其無法點火燃燒。造成此現象的主要原因是飛機燃油系統臟，具體原因可能有：燃油系統附件在安裝時帶入贓物、塵埃；燃油質量差，不合規定；加油設備臟。

2.2 燃氣渦輪起動機的熱電偶擊穿

發動機起動過程中，當起動機排氣溫度超過最大允許值時，發動機自動起動裝置接受發動機調節器的指令，通過起動機計量附件上的停車開關電磁活門使起動機停止工作。

起動機熱電偶擊穿后，發動機綜合調節器會發出排氣管處溫度過高的假信號，使渦輪起動機不能起動。測量熱電偶電阻，其電阻值應不小于規定值；否則，說明熱電偶已擊穿，需更換新的熱電偶。

2.3 滑油壓力過低或傳感器故障

如果起動機開始工作時滑油系統有故障造成滑油壓力過低，則滑油壓力傳感器就發出“滑油壓力達不到規定”信號，該信號輸送到發動機綜合調節器，調節器控制起動機工作一定時間后停車。

檢查滑油系統的供油情況，滑油量是否符合要求，利用地面檢驗操作臺檢查滑油壓力傳感器是否良好，確認故障后更換新的傳感器。

2.4 燃氣渦輪起動機功率不足導致的發動機起動問題

對發動機進行冷運轉，如冷運轉時發動機高壓轉子轉速小于冷運轉規定轉速值，則說明起動機的功率不足。起動機功率不足可能出現發動機起動時間長或者起動溫度高于標準值。

一般發動機的起動過程是按時序邏輯控制的，先由起動機帶動發動機的高壓轉子轉速到一定轉速時，由綜合調節器發出信號接通燃油分配器的注油電磁活門，使燃燒室點火。當起動機的功率不足時，就無法帶動發動機轉子到燃燒室點火轉速，導致發動機起動時間過長，需要更換起動機。

如起動機功率不足，發動機起動的前半程會出現發動機高壓轉子轉速上升緩慢，引起空氣流量增加緩慢，這樣就會導致發動機起動在前半程出現低壓渦輪后燃氣溫度超過標準值的現象，這時需要更換起動機排除故障。