3505945系列空气涡轮起动机漏油失效模式分析

苏不 姜琪 洪剑敏 惠宝

摘要：通过对3505945系列空氣涡轮起动机漏油失效的子部件更换种类、使用时间进行研究，并对不同修理厂家进行归类分析，针对修后使用时间差异，整理分析更换的失效部件，探讨有效预防机制。发现在漏油失效模式下，若同时更换碳封严的动静封严，可大幅提高起动机的使用寿命，节约维修成本，并对在大修模式下起动机同时更换动静封严的经济性进行了分析。

关键词：空气涡轮起动机；波音737NG；CFM56-7B；滑油；渗漏；涡轮封严

Keywords：air turbine starter；B737NG；CFM56-7B；oil；leakage；turbine seal

3505945系列起动机装配于CFM56-7B发动机。厦航至2020年该系列起动机送修记录为665台次，其故障将导致空中停车、滑油泄漏、紧急备降或较长时间的航班延误，对公司运营成本造成巨大影响，也严重威胁航空安全，因此，需要对其故障情况进行研究。

1 起动机工作原理及送修情况

该系列起动机具有结构简单、重量轻、维护方便等特点，得到广泛的应用。起动机由进气组件、静叶、涡轮、保持环、切割环、内部支撑和行星齿轮组件、大小齿轮、离合器、油泵组件等构成[1]，通过APU或地面气源的压缩空气使涡轮做功，获得高转速低扭矩，再经减速后使齿轮获得低转速高扭矩，通过输出轴转动发动机。

修理报告按拆下原因划分，前五大原因为高寿拆换、漏油失效、磁堵碎屑、运行中严重爆掉[2]。其中，漏油拆下的起动机占比16%，是非计划拆换中占比最大的一种失效模式[3]。

报告表明的漏油失效部件中，石墨碳封严失效占比65%，排除NFF（检测无故障）件数量，占比高达79%，是起动机漏油故障的主要来源。

2 漏油失效分析

2.1 漏油失效总体分析

在112台次因漏油送修的起动机中，平均使用时间（TSR）为6237h。其中，0～3600h的有51台次，占比46%；3600～8000h的有27台次，占比24%；8000～15000h的有24台次，占比21%；15000h以上的有10台次，占比9%。漏油失效的涡轮起动机中，近半数TSR在3600h以下。

2.2 新件与修理件使用寿命分析

在这112台次起动机中，新件首次修理和非首次修理分别为45台次和67台次。图1显示了它们的平均使用寿命，分别为8807h和4356h，且在修理件中使用寿命在0～3600h的占比为57%，超过半数，即新件的实际寿命远高于修理件。

2.3 修理数据分析

112台次漏油失效的报告中，OEM修理和MRO修理分别为33台次和79台次，修后有下一次修理记录的分别为21台次和58台次，平均TSR分别为9652h和6101h，OEM的修后可用时间较MRO的高出58%。

2.4 修理更换子部件分析（A分析方案）

针对修后质量差异，梳理所有报告，筛选出68份有效报告（无效报告包括NFF、无修理报告、无下一次拆装记录、不涉及碳封严的修理等）。其中，更换静封严的数量和动静封严全换的数量分别为39台次和29台次，前者平均TSR为6165h，各修理厂家修后平均TSR如图2所示。

29份更换了动封严和静封严的平均TSR为7649小时，各修理厂家修后平均TSR如图3所示。修理厂家A的修后TSR如表1所示。

表1中的拆下时间多在2009年之前（GRTA8763的修理是发现动静封严配合不好），结合修理厂家A只更换静封严的34台的拆下时间均是2013年之后的，可以判断应该是动静封严更换方案的变化导致的差异。较早期更换动静封严组件的修后平均TSR为10473h（见图3），后续只更换静封严的修后平均TSR为5810h（见图2）。若修理方案重新变更为更换动静封严，起动机的在翼均值有望从5810h提升至10473h。

2.5 修理更换子部件分析（B分析方案）

针对OEM和MRO的修后质量差异，梳理112台次的修理报告，筛选出第一次因漏油拆下、下一次因漏油再次更换的24份有效报告，对两者进行分组比较。

静封严和动静封严更换的分别为13台次和11台次，平均TSR分别为3787h和5401h。可以看出，动静封严同时更换的方案将漏油失效的平均TSR提高了43%。

2.6 动静封严同时更换方案影响性评估

服务信息信函（SIL）D201804000029[4] TABLE 3中霍尼韦尔公司推荐在每次大修时更换碳封严组件动静封严。

如图4所示，近3年起动机因漏油原因拆下送修的数量平均每年有8台左右，2020年前9个月已有11台因漏油拆下。

近5年的碳封严更换数量如表2所示，年平均更换量为81件，以2019年的107件作为预测方案变更后影响修理成本的年有效数量来计算，其中，高寿送大修数量为70件，按动封严采购费用500美元计算，对于小修来说，建议厂家开发转子修理、检测工艺，以提升起动机的在翼寿命；对于大修来说，因需要更换碳封严组件，年预增物料成本为35000美元。同时，因碳封严组件更换方案改变后，起动机在翼时间大幅延长，送修率逐年下降，物料增加成本将进一步降低。

2.7 预防机制的探讨

起动机在翼时间延长将大幅降低起动机的年送修率，从而降低起动机的小时包修费率，小时包修费率降低而节省的资金可用于研究起动机高费用、高寿子部件的深度修理及更换，如碳封严转子的修理、检测技术，碳封严转子、静子的匹配程度检测技术等，可形成优化修理方案和继续开展技术研究的良性循环[5]。

3 结束语

采用动静封严同时更换的方案，可进一步优化维修方案，减少拆换数量，使起动机在翼寿命得到提高，发动机年送修率会减低，机队起动机在翼时间将进一步提升，有助于提高工程技术管理水平。预防维修措施的落实，也可节约公司的维修成本[6]。

参考文献

[1]霍尼韦尔. CMM 80-11-79 [Z]. 2019.

[2]彭明玉.波音737NG飞机发动机起动机故障诊断与分析[J].内燃机与配件，2020，307（1）：157-158.

[3]姜琪，高艺聪，叶阿哲. CFM56-7B发动机的起动机螺杆断裂分析[J].航空维修与工程，2020，351（9）：75-78.

[4]霍尼韦尔.SIL D201804000029 [Z]. 2018.

[5]刘正红.民用飞机空气涡轮起动机剩余寿命预测研究[D].天津：中国民航大学，2020.

作者简介

苏不，工程师，研究方向：航空发动机维修。

姜琪，高级工程师，研究方向：航空发动机维修。