CFM56-7B 發動機起動機失效模式分析(xī)

2020-04-27

廖(liào) 亮
(雅君航培)
1 引言
啟動機故障是 CFM56-7B 機隊(duì)較突出的故障,僅就 Anniston 一家修理(lǐ)廠的統計來看(隻針對 P/N:3505945-10 的統計(jì)),某年前 8 個月(yuè)因故障原因返廠的起(qǐ)動機(jī)就高達一百一十多台。
因為,起(qǐ)動機工作情況的特殊性,一般來講發生故障(zhàng)就導致航班較長時間延誤,因此,掌握其幾種主要(yào)失效模式進而有效預防控製起動機失效問題對營運人具有十分的意義(yì)。
本文主要通過分析(xī) CFM56-7B 發動機起(qǐ)動機(jī)幾個主要失效模式,探(tàn)討(tǎo)有效預防起動機失效的方法,以降低航班(bān)延誤率(lǜ)。
2 起動(dòng)機工作原理
起動(dòng)機是將壓縮空(kōng)氣轉化為帶動發動機(jī)啟動的裝(zhuāng)置,壓縮空(kōng)氣通過對單(dān)級軸流式渦輪做功,帶動渦輪盤高速旋轉,高轉(zhuǎn)速低扭矩通過(guò)行星減速齒輪係轉(zhuǎn)化(huà)為低轉速高(gāo)扭矩,再由帶有一個(gè)脫開裝置的(de)輸出(chū)軸輸出。
當發動機 N2 轉速高於起動機轉(zhuǎn)速時,棘輪將輸出軸與棘輪盤脫開,渦輪盤、中心齒輪、行星齒輪以及棘輪盤都停止轉動,而連在滑油泵組件的(de)軸及輸出軸隨(suí)著發動機繼(jì)續轉動。
如果棘輪失效導致渦輪盤不能與輸(shū)出軸脫開時,輸出軸上的脫開裝置將起(qǐ)動機與發動機脫開。起(qǐ)動機結構示圖如下:
3 起動機三種主要失效模式
起動機失效表現為不啟動、滑油滲漏、MCD 檢查異常及軸(zhóu)剪切等,從失效模式來看,有棘(jí)輪損壞、外來物損壞等,但是這些情況比較少,事(shì)件發生有(yǒu)一定(dìng)的偶然性。經過對返廠修理起動機情況(kuàng)的統計,其主要失效模式有以下三(sān)種:
1)輸出軸分離
輸出(chū)軸帶有一個脫開裝置,當啟動成功後而起動機內部棘輪失效,由脫(tuō)開裝置將起動機和發動機(jī)分離。起動機的輸出(chū)軸與脫開(kāi)裝置的輸出軸由螺杆螺帽連接(見下圖),螺杆由於帶有一個彈簧杆(gǎn)又被稱為張力杆。
當起動機正常運行時,由於偏心力造成脫開(kāi)裝置存在旋轉間隙,旋轉間隙在螺帽上產生力矩,進而產生搖晃使螺杆螺帽相摩擦。由於螺帽是鍛造件,當它與螺杆的鋁材質(zhì)螺紋發生摩(mó)擦時容易磨損變細脫落(luò),張力杆將起動機的輸出軸與脫開裝置的輸出軸分開(kāi),即所謂(wèi)的輸(shū)出軸分(fèn)離。
由於(yú)輸出軸的分離,起(qǐ)動機渦輪盤的轉動就不能傳(chuán)遞到發動機,因此發動機無法(fǎ)啟動。分(fèn)離事件可以認(rèn)為是磨損事件,軟鋁張力杆的低強度和弱耐磨性是導致輸出軸分離的主要(yào)原因。
通過對失效模(mó)式的分析,結合修理廠(chǎng)的報告,廠家(jiā)表示將重新設計扭力杆,以改善脫開裝(zhuāng)置材料的耐磨性,降低循環負載。
2)徑向軸承失效(xiào)
徑向軸承是支撐固(gù)定渦輪盤的重要軸承,當徑向軸(zhóu)承失效時,渦輪盤中心線偏離,致(zhì)使渦輪葉片與導向葉片相接觸,導致渦輪葉(yè)片部分斷裂甚至完(wán)全折斷,前方導向葉片也損傷嚴重(chóng)。
當渦輪(lún)葉片受損後,渦輪效率降低,繼而輸出軸輸出功率降低,從而導致發(fā)動機不(bú)能達(dá)到要求的(de)點火轉速(sù)造成啟動不成功事件。
針對徑向軸承失效的問題,從統計數據(jù)來看,盡管有低循環的事件發生,但大多還是發生在高循環的起動機上,可(kě)以認為是磨損失效模式,對它的改進需要待廠家對硬件、設計、組件、轉子(zǐ)動力學等進行調查後再製定改進方案。
3)渦輪封嚴滲漏
渦輪碳封嚴(yán)可在起動機工作時防止滑油滲漏(lòu),封嚴失效造成滑油滲漏(lòu),雖(suī)然渦輪封嚴滲漏的起動(dòng)機不會直接導致起動(dòng)不成功的故障,但是如果持續滲漏的時間較長的話會引起起動機(jī)一係列的不正常情況發(fā)生。
渦輪碳封嚴屬於磨損失效模式,它是由正常磨損所產生的熱量導致。
4 總結及建議
通過對 起動機的主 要失效模式 的分析(xī),可 以確定絕大 多數的失效 為磨損失效,對於磨損失效而言,即使生產廠家對部件設計和材料有改進,磨損情況還是會存在,當然,設計(jì)和材(cái)料的改進能有效延緩(huǎn)或(huò)者推遲失效的發生。
為了有效預防起動機失效,提高起動機運行可(kě)靠性,作(zuò)如下建議(yì):
1)公司根據各自的(de)實際運(yùn)行情況給起動機設(shè)定軟時限。目前 CFM56-7B WPG 中沒有給出起動機的軟時限,但針對修理廠反饋的磨損(sǔn)失效,設(shè)定軟時限是個(gè)十分有效的辦法,同時軟(ruǎn)時限可根據製造廠設計(jì)及材料的(de)改進(jìn)後的使用情況進行調整。
2)維護人員要(yào)對起動機的維護有足(zú)夠的重視,嚴格(gé)按手冊進行勤務工作,日常檢查中對輕微的滲漏引起(qǐ)重視,可以有效預防(fáng)起動機滲漏這(zhè)一失效模式。
3)勤於每次定檢維護中起動機磁堵或金屬碎片探測器的檢查,發現一旦在磁堵或金(jīn)屬碎片探測器上附有金屬屑應(yīng)引起重視,可通過對金屬材質的判(pàn)斷來辨別起動機的磨(mó)損部位及狀況。
4)在更換安裝起動機時使(shǐ)用正確的托架,避(bì)免在沒(méi)有使用正確托架(jià)或沒有托架的情況下,將輸出軸(zhóu)塞入附件齒輪箱的對應槽內,以(yǐ)防止起動機的全部重量集中在輸出軸上,從而引(yǐn)起疲勞損壞起動機的輸出軸。 
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