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          CFM56-7B 发动机起动机失效模式分析

          2020-10-27
          廖 亮
          (雅君航培)
          1 引言
          启动机故障是 CFM56-7B 机队较突出的故障,仅就 Anniston 一家修理厂的统计来看(只针对 P/N:3505945-10 的统计),某年前 8 个月因故障原因返厂的起动机就高达一百一十多台。
          因为,起动机工作情况的特殊性,一般来讲发生故障就导致航班较长时间延误,因此,掌握其几种主要失效模式进而有效预防控制起动机失效问题对营运人具有十分的意义。
          本文主要通过分析 CFM56-7B 发动机起动机几个主要失效模式,探讨有效预防起动机失效的方法,以降低航班延误率。
          2 起动机工作原理
          起动机是将压缩空气转化为带动发动机启动的装置,压缩空气通过对单级轴流式涡轮做功,带动涡轮盘高速旋转,高转速低扭矩通过行星减速齿轮系转化为低转速高扭矩,再由带有一个脱开装置的输出轴输出。
          当发动机 N2 转速高于起动机转速时,棘轮将输出轴与棘轮盘脱开,涡轮盘、中心齿轮、行星齿轮以及棘轮盘都停止转动,而连在滑油泵组件的轴及输出轴随着发动机继续转动。
          如果棘轮失效导致涡轮盘不能与输出轴脱开时,输出轴上的脱开装置将起动机与发动机脱开。起动机结构示图如下:
          3 起动机三种主要失效模式
          起动机失效表现为不启动、滑油渗漏、MCD 检查异常及轴剪切等,从失效模式来看,有棘轮损坏、外来物损坏等,但是这些情况比较少,事件发生有一定的偶然性。经过对返厂修理起动机情况的统计,其主要失效模式有以下三种:
          1)输出轴分离
          输出轴带有一个脱开装置,当启动成功后而起动机内部棘轮失效,由脱开装置将起动机和发动机分离。起动机的输出轴与脱开装置的输出轴由螺杆螺帽连接(见下图),螺杆由于带有一个弹簧杆又被称为张力杆。
          当起动机正常运行时,由于偏心力造成脱开装置存在旋转间隙,旋转间隙在螺帽上产生力矩,进而产生摇晃使螺杆螺帽相摩擦。由于螺帽是锻造件,当它与螺杆的铝材质螺纹发生摩擦时容易磨损变细脱落,张力杆将起动机的输出轴与脱开装置的输出轴分开,即所谓的输出轴分离。
          由于输出轴的分离,起动机涡轮盘的转动就不能传递到发动机,因此发动机无法启动。分离事件可以认为是磨损事件,软铝张力杆的低强度和弱耐磨性是导致输出轴分离的主要原因。
          通过对失效模式的分析,结合修理厂的报告,厂家表示将重新设计扭力杆,以改善脱开装置材料的耐磨性,降低循环负载。
          2)径向轴承失效
          径向轴承是支撑固定涡轮盘的重要轴承,当径向轴承失效时,涡轮盘中心线偏离,致使涡轮叶片与导向叶片相接触,导致涡轮叶片部分断裂甚至完全折断,前方导向叶片也损伤严重。
          当涡轮叶片受损后,涡轮效率降低,继而输出轴输出功率降低,从而导致发动机不能达到要求的点火转速造成启动不成功事件。
          针对径向轴承失效的问题,从统计数据来看,尽管有低循环的事件发生,但大多还是发生在高循环的起动机上,可以认为是磨损失效模式,对它的改进需要待厂家对硬件、设计、组件、转子动力学等进行调查后再制定改进方案。
          3)涡轮封严渗漏
          涡轮碳封严可在起动机工作时防止滑油渗漏,封严失效造成滑油渗漏,虽然涡轮封严渗漏的起动机不会直接导致起动不成功的故障,但是如果持续渗漏的时间较长的话会引起起动机一系列的不正常情况发生。
          涡轮碳封严属于磨损失效模式,它是由正常磨损所产生的热量导致。
          4 总结及建议
          通过对 起动机的主 要失效模式 的分析,可 以确定绝大 多数的失效 为磨损失效,对于磨损失效而言,即使生产厂家对部件设计和材料有改进,磨损情况还是会存在,当然,设计和材料的改进能有效延缓或者推迟失效的发生。
          为了有效预防起动机失效,提高起动机运行可靠性,作如下建议:
          1)公司根据各自的实际运行情况给起动机设定软时限。目前 CFM56-7B WPG 中没有给出起动机的软时限,但针对修理厂反馈的磨损失效,设定软时限是个十分有效的办法,同时软时限可根据制造厂设计及材料的改进后的使用情况进行调整。
          2)维护人员要对起动机的维护有足够的重视,严格按手册进行勤务工作,日常检查中对轻微的渗漏引起重视,可以有效预防起动机渗漏这一失效模式。
          3)勤于每次定检维护中起动机磁堵或金属碎片探测器的检查,发现一旦在磁堵或金属碎片探测器上附有金属屑应引起重视,可通过对金属材质的判断来辨别起动机的磨损部位及状况。
          4)在更换安装起动机时使用正确的托架,避免在没有使用正确托架或没有托架的情况下,将输出轴塞入附件齿轮箱的对应槽内,以防止起动机的全部重量集中在输出轴上,从而引起疲劳损坏起动机的输出轴。 
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