cfm56-7b起动机径向轴承失效分析

cfm56-7b起动机径向轴承失效分析

0起动机误操作737ng飞机的cfm56-7b发动机由霍尼韦尔生产，共有3505945系列。该型起动机与发动机共用一套滑油系统，起动机突然失效往往发生在起动大发时，将污染和损伤大发滑油系统。该故障在世界机队造成过多次航班恶性延误、取消甚至空停，严重影响飞机的经济性和安全性，一直是发动机领域持续多年的热点问题。减少起动机突然失效、提高起动机可靠性是厂家和各家航司共同努力的方向。国内某航司经过多次尝试和实验发现，采用在翼起动机孔探检查可以提前捕捉到起动机涡轮损伤迹象，减少因涡轮问题导致的起动机突然失效事件。1非计划拆换和投运后投运的安全性分析霍尼韦尔公司2019年4月在GE发动机年会上发布的起动机会议材料1)2017～2018年，起动机非计划拆换的平均时间（MTUBR）呈下降趋势，从2017年1月的67000h下降到2018年12月的50000h，下降约25%;2）在962台非计划拆换的起动机中，起动机损伤174台，占18%，居非计划拆换原因之首。综合前期波音资料FTD这四类问题中，对安全性和经济性影响最大的是支撑涡轮盘的径向轴承失效。径向轴承失效将导致起动机内部多数部件发生不可逆损坏，产生高昂修理费用，同时，产生的碎屑会污染大发滑油系统（见图6），后续需要耗费大量人力、物力和时间进行滑油系统冲洗和试车等工作，造成航班恶性延误或取消。碳封严被失效部件打坏后会导致大发滑油泄漏（见图7），如果漏油发生在空中，还有空停的风险。厂家于2015年提出了对径向轴承失效进行商务赔偿的解决方案2径向轴承早期失效现象2015～2019年，国内某航司因起动机失效导致航班不正常事件的数据如表1所示。在该航司近5年起动机导致的航班不正常事件中，径向轴承失效占70%以上，均导致了航班恶延或取消。2019年的14起事件中，10起符合径向轴承失效的现象。由于厂家无法找到径向轴承失效的根本原因，按照目前波音提供的维修方案也无法避免该事件的发生，因此，只有提前捕捉到径向轴承早期失效迹象，避免受损轴承再次运转，才能防止后续更严重事件的发生。在该航司2019年的10起符合径向轴承失效现象的起动机中，失效前最近一次例行磁堵检查均为正常（磁堵检查间隔为300飞行小时），甚至有1起在3天前刚完成了起动机磁堵检查。此情况表明起动机径向轴承失效无法通过缩短磁堵检查间隔来进行捕捉。3径向轴承失效事故分析起动机结构和工作特性发现，径向轴承承受的负载主要来自高速旋转的涡轮盘组件。起动机在大发起动过程中，涡轮盘组件转速最高可达70000rpm以上，如果涡轮盘组件此时产生了动不平衡，在70000rpm转速下增加的负载对于轴承来说相当巨大，然而厂家的各种改进措施和资料中均未提到对涡轮盘组件进行在翼检查，更未提到损伤标准。国内某航司自2019年9月份开始尝试对所有在翼起动机涡轮盘组件涡轮叶片后缘进行普查（见图5标注孔探位置），结果发现多台起动机涡轮叶片后缘有凹坑、叶尖变形等损伤，其中2台起动机涡轮叶片有断裂和材料掉块丢失，具体情况如下：1）一片涡轮叶片断裂（见图8），拆下送修，分解发现径向轴承轨道有损伤，轴承有早期失效迹象（见图9）。图6起动机失效污染大发滑油系统图8在翼叶片断裂2）一片涡轮叶片材料掉块丢失（见图10），在翼监控使用，每3天进行磁堵检查；15天后，该起动机突然失效。修理分解情况如图11所示。经过第一次普查后，该航司自2019年10月21日起正式增加起动机涡轮孔探工作。至2020年5月20日，孔探共发现50台起动机涡轮叶片有掉块、叶尖卷曲、凹坑、裂纹、叶尖刮擦壳体、漏油等缺陷。提前拆下15台起动机送修，进行起动测试、动平衡实验、NDT无损检测等试验，收集数据，并制定孔探标准。典型的有如下3例，其中2例超手册标准，1例在手册标准内。1）涡轮叶片叶尖变形（见图12）：涡轮盘动平衡测试超出手册标准，NDT检测涡轮盘，轴端发现裂纹。2）涡轮叶片发现裂纹（见图13）。3）涡轮叶片后缘凹坑（见图14），动平衡、NDT未超手册。2019年12月10日，在翼孔探起动机时，再次发生一起起动机突然失效事件。分解起动机发现涡轮盘组件（见图15），一片涡轮叶片断裂，前后共有5片叶片前缘有目视可见裂纹，多数叶片相同位置有裂纹，多数涡轮叶尖有磨损和材料丢失。但是该起动机径向轴承目视检查无明显异常，可以正常转动，由此断定该起动机的失效原因为涡轮盘组件。以上典型事例说明，涡轮盘组件可能就是对经济性和安全性造成严重影响、厂家无法找到根本原因的径向轴承失效元凶之一。提前发现涡轮盘组件问题，预防性拆下起动机，避免损伤的涡轮盘组件在高速旋转时产生动不平衡而造成径向轴承额外负载增加，将能显著减少起动机径向轴承失效事件。根据该航司孔探经验，建议可以暂时采取以下标准：1）如果涡轮叶片有明显断裂、裂纹、弯曲、掉块、叶尖卷曲、叶尖刮擦壳体痕迹，需要立即拆下起动机。这些类型的损伤将导致涡轮组件叶片重量改变或气流通道改变，二者均会造成起动机涡轮盘动不平衡，增加径向轴承负载，使径向轴承失效。2）如果发现涡轮叶片有不大于叶片厚度的凹坑，此类损伤不会减少涡轮叶片重量，也不会改变气流通道，对涡轮盘动平衡无明显影响，起动机可以继