发动机参数上升缓慢故障原因分析及排除

赵光学

【摘 要】简述发动机最大状态调节计划和α1、α2气流通道调节计划。利用发动机调节计划和压气机速度三角形原理分析故障发动机的参数变化。制定发动机故障排除方案，通过工作确定高压压气机可调静子叶片传动机构卡滞是导致发动机参数随动缓慢的根本原因。高压压气机可调静子传动机构经过石墨润滑可以有效减小运动部件摩擦阻力，确保发动机参数恢复正常。但高压压气机可调静子叶片传动机构卡滞原因还需进一步确定。

【关键词】α2上升慢 高压可调静子叶片转动机构 卡滞

1引言

为提高压气机的稳定裕度，发动机通过液压机械系统根据高压转子的换算转速调节高压压气机进口、一级和二级导流叶片的转角。 发动机在使用过程中多次出现发动机参数随动缓慢、加速性检查不合格故障。经检查确认高压压气机可调静叶片传动机构卡滞故障是引起发动机参数随动缓慢的根本原因。

本文主要叙述了发动机最大状态燃油流量调节计划和α1、α2气流通道调节计划。利用发动机调节计划和压气机速度三角形原理进行故障发动机参数n1、T4和α2变化分析。通过石墨润滑传动机构工作可以有效减小传动机构运动摩擦阻力，确保发动机参数恢复正常。但高压压气机可调静子叶片传动机构卡滞原因还需进一步确定。

2 故障现象描述

发动机加速性规定如下：“以1～2秒时间移动发动机油门操纵杆，从慢车状态加速到最大状态（目测从移动发动机油门操纵杆开始至低压转子转速n1达到低于最大状态的2%时为止）的加速时间为5～7秒。

故障发动机现象表现为油门杆在1～2秒内由慢车状态推至最大状态，发动机高压转子转速n2随油门杆快速上升至100%后稳定，低压转子转速n1和高压压气机导向器转角α2经过约35秒后分别稳定在92%和101刻度，涡轮温度T4值经过约50秒后稳定在752℃。

3 发动机调节计划

3.1低压压气机进口导流叶片转角α1调节计划

发动机正常工作时，由发动机综合调节器和主泵调节器根据n1换算转速调节低压压气机进口导流叶片转角α1，以提高低压压气机工作稳定性。

将故障发动机低压压气机进口导流叶片转角α1与n1换算变化关系逐一进行描点，可以看出故障发动机α1随n1换算转速变化曲线在过渡状态α1角度允许边界范围之内，因此α1角度随动变化符合α1=f（n1换算）的调节规律。

3.2高压压气机导流叶片转角α2调节计划

根据高压转子n2换算转速，由主泵调节器调节高压压气机进口导流叶片的转角α2，可以提高高压压气机的稳定裕度。

将故障发动机高压压气机可调静子叶片转角α2与n2换算变化关系逐一进行描点，可以看出当n2换算转速在78%时，故障发动机α2随动变化曲线α2超出过渡状态允许边界的右边界，即α2角度随动变化不符合α2=f（n2换算）的调节规律。因此高压压气机可调静子叶片位置α2不符合α2=f（n2换算）变化的规律。

4 故障原因分析

（1）发动机参数变化原因分析。故障发动机进口空气温度为276K，此时发动机在最大状态的调节计划应该执行T1*在25℃～137℃时的控制规律，即采用的是T4max=C，πT=C，n1、n2随T1*的升高而降低的控制规律。

查询记录：最大状态T4温度限制值为831℃，而该发动机故障时的T4温度值经历近50秒后才达到752℃并趋于稳定，说明T4燃油控制通道并未起到调节作用，发动机此时未按照T4max=C的调节规律进行。

通过进一步分析发现，故障发动机n2转速在油门杆推至最大状态后4秒钟达到101%。查询记录，最大状态综合调节器n2通道限定值n2转速为100.7%，可以确定此时发动机燃油控制规律实际为n2调节通道在起限制作用。

发动机的设计状态选在亚音速、中低空条件下，其设计参数针对高压转子转速n2和高压压气机可调静子叶片位置α2而言，发动机在设计状态时，α2角度为112°～116°，高压压气机可调静子叶片开度最大，空气流量也最大，进气迎角为零，与n2转速相匹配，此时压气机工作状态良好。

综上分析可以看出，当α2角滞后于α2=f（n2换算）对应的标准值时，就会使高压压气机进气迎角变为负值，导致转子负载变轻，从而使n2转数很快到达综合调节器n2通道限制值。n2通道起作用后，就会通过电磁活门使主泵调节器限制供油，从而导致了T4温度、n1转速偏低。

（2）α2调节滞后原因分析。推油门时，发动机高压转子转速逐渐增大。通过n2换算转速指令形成装置随动活塞的右移，带动高压压气机导流叶片调节器的杠杆绕活动支点顺时针转动，使分油活门左移，打开了定压油通往作动筒活塞右腔和活塞左腔通回油的油路，活塞在左右油压差作用下左移，使高压压气机导流叶片朝增大高压压气机空气流量方向转动。随着高压压气机导流叶片的转动，通过反馈钢索和反馈凸轮以及杠杆机构，使分油活门右移，关小作动筒左右腔的油路，活塞左移速度减慢。当分油活门回到中立位置时，重新盖住活塞左右腔的油路，调节过程结束，导流叶片的转角与发动机新的工作状态相适应。

（3）引起α2上升速度缓慢的原因可以从以下两个方面进行分析：

1）高压压气机可调静子叶片作动筒故障。高压压气机可调静子叶片作动筒内部由密封圈分隔成有杆腔和无杆腔。当密封圈损坏时如果推油门时无杆强腔燃油就会渗漏到有杆腔，导致作用在作动筒活塞上的压差变小，从而导致α2上升速度滞后于n2换算的增大速度。

另外，如果作动筒壳体（无杆腔）漏油或者作动筒活塞卡滞，同样会导致α2上升缓慢。

2）高压压气机可调叶片转动机构卡滞。整个转动机构的转动部件很多，如果某些转动部件的装配间隙出现变化，或者摩擦力矩变大，就会使整个转动机构出现卡滞现象，从而使整个转动机构转动的总合力超过标准，导致发动机在增大转速的过程中，α2角度滞后于n2换算的变化速度。

5 故障的排除

依据上述排故方案确定故障发动机参数随动慢的根本原因为高压压气机可调静子传动部件运动卡滞、不灵活。断开两侧高压压气机可调静子的液压作动筒。用测力计测量，检查进口、1级和2级静子操纵机构开始移动的总合的力为30 Kgf，并有卡滞现象。该故障模式可以通过配制石墨润滑传动机构来排除。

参考文献：

[1]廉小纯，吴虎.航空燃气轮机原理 上册.国防工业出版社，2001.