B737NG航空发动机启动慢故障分析

1、 B737NG航空发动机启动慢故障分析 谢福摘 要：发动机启动系统是发动机非常重要的一个系统，在使用过程中经常会出现一些故障，影响航班的正常运营，因此研究发动机启动故障原因是非常有必要的。本文以波音 737NG（CFM56-7B）为例，从原理入手，进行分析，并总结在实际工作中所遇到的发动机启动慢故障，具有较强的参考价值。Key：发动机启动系统；故障分析；737NG1 引言2012年5月7日，某航空公司推出启动发动机时，双发N2转速达到21%后上升缓慢，机组正常提手柄，发动机起动成功，机组观察发动机起动过程中APU引气压力25 psi左右。航后双发EEC自检无故障代码，APU自检无当前故障1。2

2、 发动机正常启动原理737NG飞机发动机启动过程如下：将启动电门置于GROUND位，启动活门打开使来自APU的引气通过并使启动机转动进而驱动发动机的高压转子（N2转子）加速。与此同时高压转子（N1转子）也跟随转动转速上升。当观察到N2转速上升到25%以上，或者N2转速达不到25%以上时，N2转速到达其最大冷转转速（指的是N2在5秒之内的上升小于5%）时，将发动机的启动手柄上提至慢车位。EEC将控制点火并供油，当燃烧室点火成功后，涡轮发出功率将于启动机一起带动转子转速上升。当N2转速达到55%时，启动机自动脱开，启动活门关闭，启动机慢慢停转。自此以后，发动机转子的加速仅是由于涡轮产生的功率大于压

3、气机所消耗的功率，它将带动发动机的转速继续上升，直到发动机稳定工作在慢车转速2。3 故障分析发动机起动慢故障可分为两种：（1）发动机冷转慢（提起动手柄前N2转速上升缓慢）；（2）发动机起动悬挂（提起动手柄之后N2转速上升缓慢）3。造成发动机起动不正常的部件和系统有：1）起动机及起动活门；2）发动机燃油喷嘴；3）发动机的燃油泵、HMU、PS3气管、翼梁活门、VSV及VBV系统；4）发动机引气系统；5）APU引气系统；6）引气管路。案例属于双发起动慢中的第一种情况，因为故障为双发冷转慢，双发中的起动、燃油、点火系统同时发生故障的概率很少，所以故暂不考虑发动机起动不正常前三个因素，重点分析APU引气

4、系统与引气管路渗漏故障。当APU提供给发动机的起动系统的引气压力低时，起动机获得的热能较少，转换提供给N2转子的动能变少，因此N2加速速率变低，形成冷转慢的故障4。3.1 APU引气系统引起的双发冷转慢故障根据APU引气系统工作原理，影响APU引气的因素：引气活门、IGV控制系统、防喘放气活门系统、APU本体。737NG飞机的APU引气活门不会调节APU的引气压力， APU引气活门只起开关作用。当APU引气活门开度不够时，无论是在发动机起动还是使用空调下APU引气压力都低，可以检查该活门本体的位置指示器确定活门是否开度是否正常。因为APU引气压力低的故障只发生在发动机起动时，而在地面使用空调时

5、APU引气压力正常，且APU自检无APU引气活门、PT、DP或P2故障代码，所以我们可以判断APU引气活门工作正常。对APU引气压力起真正调节作用的只有IGV（即APU的IGV开度决定APU的引气压力）。当IGV的实际位置与ECU计算的指令不一致时，即 IGV的开度不够，流过负载压气机的空气流量不足，负载压气机对气体做功量不足以满足引气量需求，尤其是在起动发动机时。流过负载压气机的空气流量越多，负载压气机对气体做功量越大，APU引气压力越大；流过负载压气机的空气流量越小，负载压气机对气体做功量也越小，APU引气压力也越小。IGV的开度不够会导致APU引气压力低，而且根据波音的维护信函：件号为3

6、886188-2 IGV作动筒可靠性不高，容易发生故障导致冷转慢故障。APU引气负载影响APU发动机的供油量：APU的IGV开度变化时，流过负载压气机的空气流量也就改变，涡轮对负载压气机的输出功率也要求随之改变。根据APU燃油控制系统和IGV之间的关系，如果IGV在发动机起动期间角度不够，会有燃油流量变小的问题。燃油调节系统供给IGV作动筒的控制压力故障也会导致IGV开度不够，但从737NG机队APU燃调的可靠性分析燃调故障可能性较小。当PT、DP或P2有故障（不能提供压力信号或提供的压力信号不正确）时，会导影响IGV的开度，继而影响APU引气压力，造成APU引气压力波动。总压PT和压差DP传

7、感器管路容易堵塞和受到水汽的影响，造成APU引气压力波动或时有时无的故障，且在自检时可能无故障代码。可以通过清洁总压PT和压差DP传感器，吹通传感器管路能解决该故障。根据APU防喘放气活门的工作原理，防喘放气活门的放气量会影响APU的引气压力。ECU根据IGV的位置， APU进气道的进气压力P2、进气温度T2，负载压气机出口的总压PT和压差DP传感器完成对喘振放气活门SCV的控制。总压PT和压差DP传感器、进气压力P2、进气温度T2都会影响SCV的开度。APU本体故障导致引气压力低：主要是APU的涡轮叶片可靠性不高。涡轮叶片有损伤或移位都会导致涡轮叶片效率降低，需要增加更多的燃油流量来满足AP

8、U工作的要求，如果是由于APU本体故障导致APU引气压力低，那么APU的燃油流量和EGT都会偏高（尤其在起动大发时），可以通过译码、状态监控和对APU本体进行孔探检查。当APU本体故障时不管是在起动发动机还是使用空调下，APU引气压力都会低。3.2 引气管路漏气导致的发动机冷转慢737NG飞机引气管路破损泄露导致的管道压力低故障极少，常见导致引气压力低的故障为空调组件活门非指令性打开。组件活门（流量控制和关断活门）是一个电控气动的活门，管道中无压力时，弹簧力使活门保持在关位。查询南航可靠性中心，由于空调组件活门非指令性打开导致的冷转慢故障就有8起，占起动不正常较大的比例。endprint根据机

9、组检查单，发动机起动前都要将空调组件电门放到OFF位，隔离活门在自动位。此时起动发动机，如果某一空调组件活门不在关闭位，空调组件继续工作，为客舱或者驾驶舱提供调节的空气，将导致引气管路中的压力不足，从而导致发动机冷转慢或起动不成功。当发生双发冷转慢，伴随APU引气压力低。根据现有的排故经验，在按照FIM手册排故的同时，对发生故障的航段进行译码，观察当时组件电门位置是否与活门位置一致。对故障航段译码时发现右组件电门放在OFF位，而右组件活门在ON位，如图1。发生冷转慢故障可能伴随着的另一个故障现象：机组反应时驾驶舱或客舱有燃油味，起动结束后燃油味消失，尤其在起动右发时。广西分公司和郑州分公司各出

10、现过几起发动机起动时客舱有燃油味的故障报告。这种情况基本上可以判断为某一空调组件活门非指令性打开，原因是发动机起动过程中，发动机带有燃油味的尾气被机尾右后侧的APU进气口吸入，进入负载压气机和引气管道，此时某一组件活门没有关，混有燃油的空气从空调系统进入驾驶舱或客舱。当出现发动机冷转慢故障时，建议检查气源系统是否有渗漏。重点检查空调组件活门（起动发动机时组件活门在开位等同于气源系统渗漏）、APU气路上的单向活门、地面气源接头和单向活门、隔离活门。4 总结当双发冷转慢时，根据现有的排故经验，并按照FIM5手册排故的同时，应该还注意以下要点：（1）自检APU，查看有无当前、历史故障代码，维护历史故障信息。APU的当前和历史故障信息，与发动机的故障代码不一样，是当有导致APU停车的故障时才会记录，其他的一般故障信息，例如APU引气压力低等故障，将记录在维护历史内，因此，除了要查询当前和历史故障信息之外，还要查询维护历史的信息。（2）对发生故障的航段进行译码，检查起动时左右组件活门位置是否与组件电门位置一致。建议检查气源系统是否有渗漏，重点检查空调组件活门、APU气路上的单向活门、地面气源接头和单向活门、隔离活门。检查双发PRSOV是否在关位；使用引气测试工具检查双发高。Reference：1波音公司.波音737NG飞机维护手册K.第54版（R54），2014.2廉筱纯，