某型发动机燃油调节器感温棒堵塞对燃油消耗量的影响分析

张春海 王仕鹏

摘 要：本文根据某型发动机燃油调节器修正机构的工作原理分析了燃油调节器感温棒被异物堵塞的故障。解读燃油调节器感温调节构造原理，计算燃油消耗量，确定了燃油调节器感温棒堵塞对燃油消耗量的影响。本文对发动机典型故障的排除具有参考意义。

关键词：发动机；燃油调节器感温棒；燃油消耗量；典型故障

中图分类号：V215.7 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）21-0061-03

某型发动机是我国常用的涡轮螺旋桨发动机，一般装在运输机上。该型发动机通过燃油调节器修正机构感受飞行高度、飞行速度及进气温度的参数变化，自动调节供油量。

该型发动机在使用过程中常常出现燃油调节器感温棒故障。感温棒故障的表现多发生在高空，造成燃油调节器无法正确调节供油量，而地面进行故障排除时因无法模拟高空条件，对感温棒故障的排除带来一定的困难。本文对燃油调节器感温棒工作过程进行了详细的研究，为类似故障排除提供借鉴。

1 故障案例

某用户使用的运输机在跨昼夜飞行过程中，发现其中一台发动机的功率、燃油消耗量大幅下降，机组人员观察其燃油消耗量约640kg/h，其他发动机的燃油消耗量约为850kg/h，相差约210kg/h。机组人员推油门试图增加该发的燃油消耗量，但无反应。此时飞机在空中4500米，油门角度为80°，进气温度为-15℃，飞行马赫数为0.45。

飞机着陆后，对发动机进行检查，发现进气道外整流罩燃油调节器感温棒进气管位置处有血迹及羽毛，其他部位未见异常。进一步进行检查，发现燃油调节器感温棒进气管内部被羽毛堵塞。

2 故障分析

燃油调节器通过感受飞行高度、飞行速度及进气温度的变化，自动调节供油量实现等当量功率调节和等涡轮前燃气温度调节。感温棒感受进气温度的变化调节发动机供油量。

发动机特性所规定的调节任务是由燃油调节器的修正部分来实现的。修正部分的各种调节机构分别通过感受大气的静压PH、总温tH*和压气机进口总压P1*来自动控制油门开关的轴向移动量，改变油门开关限流口的截面，使供油量相应的增减。

经现场检查，仅在感温棒进口发现羽毛，其他位置未见异常。感温棒进口被羽毛堵塞将影响发动机进气温度的检测。

修正机构（见图1）对发动机的调节最终表现为控制油门开关的限流口的截面积。分流活门装在随动活塞内部。燃油调节器内部滑油泵出口的滑油进入随动活塞的左腔，通过随动活塞的出油口少量回油。随动活塞的右侧受弹簧的作用。当滑油压力与弹簧力保持平衡时，则随动活塞不动。

当分流活门右移时，分流活门上的凸边遮盖了随动活塞的出油口，滑油回油量减小，使随动活塞的左侧压力增大，推动随动活塞右移，直到随动活塞的出油口重新开大，滑油压力与弹簧力保持平衡。这样当随动活塞右移时，油门开关出口面积减小，减小了供油量。

燃油调节器感温棒可经两种机械传递控制分流活门的移动。

（1）在燃油调节器功率限制区修正燃油量中，等功率机构根据感温棒感受进气温度进行减油。当温度升高时，顶杆伸出量增加，杠杆被顶杆推动沿顺时针方向转动。温度升高到35℃，杠杆上的凸片刚好与拨杆的臂接触，从这时起，当温度继续上升，杠杆就带动拨杆转动。拨杆的衬套内有螺旋型面槽，当杠杆转动时，衬套便向右移动。由于悬臂与拨杆的衬套的球头接触，因此，悬臂也向右。而摇臂的中支点固定在悬臂上，所以，摇臂亦随之向右。因而随动活塞向右移動，减小油门开关限流口截面，使供油量减少。

（2）在燃油调节器进行修正涡轮前燃气温度限制区供油量，也根据感温棒感受空气温度。当发动机进口空气温度升高时，感温棒顶杆伸出量增大，杠杆顺时针转动，通过杠杆使凸轮亦顺时针转动。在凸轮上有一个偏心调节螺钉，它是摇臂的中支点，由于凸轮顺时针转动，螺钉向上移动，迫使摇臂上端向右移动，推动分流活门向右而减少供油量。

由此可知，在发动机修正调节过程中，燃油调节器感温棒顶杆的伸缩量与发动机供油量的成反比关系。即，当进气温度升高，燃油调节器感温棒顶杆的伸出量大则发动机供油量降低，反之亦然。

本次故障发生时，燃油调节器感温棒进口被羽毛堵塞，无法检测到外界空气温度。燃油调节器感温棒处在发动机密闭的短舱内，受短舱内温度的影响，感温棒感受的温度为发动机短舱内的温度。燃油调节器感温棒顶杆的伸出量增大，则发动机供油量降低。

3 计算

按照发动机的调节规律，燃油调节器的修正部分把发动机整个的飞行范围分为了两个区域。

在功率限制区，修正部分的等功率机构参与工作，按公式（1）调节供油量，保持发动机当量功率大致不变。

G燃油1=[1200-0.5286（760-7.5PH）-1.5PH（δ进气·B-1）-△G燃油]·C（kg/h） （1）

当tH*>35℃时，在等功率机构内专门减油机构按公式（2）来进行减油。

△G燃油=7.5（tH*-35） （2）

在涡轮前燃气温度T3*限制区，等温机构感受tH*和Pl*，按公式（3）调节供油量，保持涡轮前燃气温度T3*大致不变。

G燃油2=15·A·P1*·C=15·A·δ进气·B·PH·C（kg/h） （3）

式中：PH——外界空气静压（kPa）。

δ进气——发动机进气道总压损失系数。δ进气=f（M），根据图2查出。

B——冲压系数。B=f（M），根据图3查出。

M——飞行马赫数。

C——油门角度系数。C=f（α油门），根据图4查出。

A——温度系数。A=f（tH*），根据图5查出。

根据上述两式计算得出的供油量是不同的。修正部分总是按这两个公式中供油量较小的一个来控制油量。

修正部分的等功率机构和等温机构的最后动作都是作用在分流活门上。在过渡区内，两个摇臂同时作用在分流活门上，即一个未脱离接触，另一个已加入接触，使供油量比任一摇臂单独作用时要少。这个减少量以Δq起飞·C来表示。此时供油量按两个公式计算所得值中较小的一个减去Δq起飞·C。Δq起飞根据图6查出。

故障发生时，飞机在空中4500米，油门角度为80度，外界空气温度为-15℃，飞行马赫数为0.45。

（1）按功率限制区公式求出燃油消耗量GT1：

首先根据M=0.45，从图2、3查得δ进气=0.98；B=1.148。

再根据α=80°，从图4查得C=0.88。

当t*H=-15℃时，△GT=0；飞行高度为4500m，PH=57.712KPa。

GT1=[1200-0.5286（760-7.5PH）-1.5PH（δ进气·B-1）-△GT]·C

=[1200-0.5286（760-7.5×57.712）-1.5×57.712（0.98×1.148-1）-0]×0.88

=894kg/h

（2）按温度限制区公式求出燃油消耗量GT2：

首先根据t*H=-15℃，从图5查得A=1.075，则：

GT2=15·A·δ进气·B·PH·C

=15×1.075×0.98×1.148×57.712×0.88

=921kg/h

（3）按过渡区公式求出燃油消耗量GT。

首先根据t*H=-15℃：

kg/h

从图7查得△q起飞=15kg/h。

则GT=GT1-△q起飞·C=894-15×0.88=881kg/h。

假想发动机进气道与感温棒连接的软管被完全堵塞，感温棒无法感受到进气温度，感温棒在发动机短舱内部受热，感受到发动机短舱内部温度。

在发动机实际使用过程中，发动机短舱内部温度较高，一般达50℃以上。感温棒感受到发动机短舱内部温度时，在等功率机构内专门减油机构按公式（2）来进行减油。

（3）按功率限制区公式求出燃油消耗量GT1：

△G燃油=7.5（tH*-35）=7.5（50-35）=112.5kg/h

当t*H=50℃时，△GT=112.5kg/h。

GT1=[1200-0.5286（760-7.5PH）-1.5PH（δ进气·B-1）-△GT]·C

=[1200-0.5286（760-7.5×57.712）-1.5×57.712（0.98×1.148-1）-112.5]×0.88

=795kg/h

（4）按温度限制区公式求出燃油消耗量GT2：

首先根据 t*H=50℃，从图5查得A=0.72，则：

GT2=15·A·δ进气·B·PH·C

=15×0.72×0.98×1.148×57.712×0.88=617kg/h

则GT=GT2=617kg/h。

通过计算可知，正常的发动机的燃油消耗量为881kg/h，当进气道与感温棒连接的软管堵塞则发动机的燃油消耗量为617kg/h，两者相差264kg/h，与故障现象一致。

经过理论计算及原理分析，可以确定燃油调节器修正部分感温棒被羽毛堵塞无法正确感受的进气温度，受发动机短舱内温度的影响，检测到的温度大于进气温度，造成感温棒内部顶杆伸出量增大，使油门开关截面积减小，供油量减小。

某型发动机在地面试车时，油门角度在82度，燃油消耗量为1048kg/h，油门角度在98度以上时，燃油消耗量最高为1200kg/h。即，油门角度在82度到98度之间，燃油消耗量的变化约为152kg/h。由此可知，当感温棒进口被完全堵塞的情况下，油门角度从80度推上对发动机燃油消耗量的增加不能弥补因温度升高对燃油消耗量的减小。

4 结语

在空中发动机燃油消耗量降低，且推油门无明显增油的故障原因为燃油调节器感温棒进口被羽毛阻塞。

燃油调节器感温棒作为某型发动机感受进气温度的唯一检测元件，燃油调节器感温棒顶杆的伸缩量与发动机供油量的成反比关系，燃油调节器感温棒顶杆的伸缩量能否与进气温度相匹配，决定了发动机供油量的合理性。

当进气温度异常升高时，燃油调节器感温棒顶杆的伸出量增大，使发动机供油量减小，发动机功率降低；当进气温度降低时，燃油调节器感温棒顶杆的伸出量减小过多，发动机供油量增加，发动机易超温。

参考文獻

[1]某型发动机技术说明书[S].株洲：中国航发南方工业有限公司，2017.

[2]某型发动机维修手册[S].株洲：中国航发南方工业有限公司，2017.