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航空发动机修理技术
1.6.2.3 2.3 发动机典型故障排除案例
2.3 发动机典型故障排除案例

2.3.1 故障现象

2019年,某型飞机进行跨昼夜飞行时,出现“左发减小转速”信号告警。收左发油门到慢车,安全返回。

2.3.2 故障分析

排故团队通过故障检查分析,初步认为:“减小转速”故障是金属屑信号器因金属屑导通所致。对该发动机空中出现“减小转速”的故障进行故检,为指导故障排查,针对滑油系统金属屑故障,编制故障树如图3-2-9所示。

图3-2-9 滑油系统金属屑故障树

根据故检结果,确认了该发动机空中出现的左发减小转速故障,是磁性屑末信号器因金属屑导通所致,金属屑是发动机三支点轴承外钢套滚道和滚珠疲劳剥落产生的,如图3-2-10~图3-2-12所示。外钢套原材料的碳化物分布和形状不良,导致材料疲劳性能下降,使三支点轴承产生剥落。

图3-2-10 三支点轴承外钢套滚道剥落

图3-2-11 三支点轴承滚珠剥落

图3-2-12 三支点轴承保持架镀银层磨损

对该轴承剥落原因的分析表明:轴承外钢套及滚珠的剥落性质为接触疲劳剥落,外圈及滚珠剥落可能与受到较大应力作用有关。检查该发动机近5架次飞行参数数据,未见异常。检查该发动机近5次滑油光谱分析和自动磨粒检测数据,未见异常。因此分析认为,轴承剥落与振动无相关性。

三支点轴承外钢套装于中央锥壳体上,用于支撑轴承转动。内钢套装在中央锥主动锥齿轮上,用于实现高压压气机转子与附件机匣之间的传动。根据检测结果,滑油滤和磁性屑末信号器上金属屑源于三支点轴承外钢套、滚珠的剥落,以及后续滑油系统内相关部件的磨损。

三支点轴承外钢套滚道和滚珠疲劳剥落产生金属屑。外钢套原材料的碳化物分布和形状不良,导致材料疲劳性能下降,是三支点轴承剥落的原因。首先产生小面积疲劳剥落,疲劳剥落扩展后,引起外钢套疲劳剥落面积逐渐扩大。

经过联系轴承制造厂,该型轴承钢套和滚珠材料为进口Cr4Mo4V轴承钢,材料碳化物分布和形状主要受原材料影响,轴承制造厂家目前尚无有效控制手段。正在开展国产替代材料研究工作。

综合以上分析,本台发动机三支点轴承剥落,导致发动机金属屑信号器、发动机附件机匣磁性屑末信号器上有金属屑。其与轴承本身可靠性不足、轴承制造控制有关,是轴承的制造缺陷,无法复现该故障。外圈及钢球的剥落性质为接触疲劳剥落,外圈首先发生接触疲劳剥落,外圈接触疲劳剥落主要与受到较大应力有关,碳化物局部聚集对其疲劳剥落具有一定影响。

2.3.3 修理措施及注意事项

工艺规程要求检查三支点轴承内外钢套、保持架及滚子的表面质量,如剥落、腐蚀、麻点、裂纹、压痕、划伤均有相关规定。对轴承径向游隙、滚子组差、滚子长度差有明确规定。测量轴承时,应确保工艺规定的测量场地温、湿度要求,轴承、标准件、测具温度应一致,测具需定期校检。测量三支点轴承的残余磁性。三支点轴承故检、修理时,应在工艺规定的工作场地,并使用工艺规定的工具。轴承故检、修理、装配和油封时,按要求防锈蚀。轴承存放、转运过程中,注意采取防锈蚀和防磕碰措施。

装配过程严格按照规定对轴承油封、防锈蚀。轴承装配时应加温,装上轴承后检查轴承端面是否与止动位置贴合。按工艺要求的力矩装配轴承锁紧螺母,锁紧锁片。装配完成后,进行冲洗、油封。

2.3.4 预防举措

(1)控制三支点轴承装配力矩。按工艺要求中上限,控制三支点轴承内、外环压紧螺母装配力矩。

(2)控制三支点轴承润滑喷嘴流量。按工艺要求中上限控制三支点轴承润滑喷嘴流量。

(3)增加工厂试车后的轴承检查要求。试车后,三支点轴承增加磁粉探伤工作,检查表面应无裂纹,使用手持放大镜检查轴承滚珠表面应无损伤。

(4)对外场在用的发动机,结合发动机25 h定期工作,检查金属屑信号器、滑油滤、磁性屑末信号器等处有无磁性金属屑,有磁性金属屑时送承制、承修单位进行成分分析,如为Cr4Mo4V材料,则发动机暂停使用。

(5)发动机一支点轴承与三支点轴承结构基本相同,为预防同类故障发生,一支点轴承的故检、修理、装配、油封和运输等参照三支点轴承要求控制。

【课堂练习】

一、简答题

1.航空发动机的排故原则是什么?

2.航空发动机故障的一般处理方法有哪些?

3.简要介绍航空发动机故障检查的常用方法及其内容。

4.简述航空发动机排故的注意事项。

二、拓展训练题

1.画出航空发动机启动不成功故障的排故流程图。

2.画出航空发动机超转故障的排故流程图。

3.画出航空发动机喘振的排故流程图。

4.画出航空发动机转速摆动的排故流程图。

5.画出航空发动机热悬挂故障的排故流程图。

6.某发动机经制造装机后的使用情况良好,未曾发生过启动故障。进入寒冬后,部队在某台发动机的使用过程中,多次出现了启动性能故障现象,现场均无法有效彻底地排除,影响了航空装备的正常训练飞行。下文结合外场工作环境和发动机技术状态,对这一特殊故障进行分析,找出故障原因,提出修理和维护对策。

发动机经过一段时间的使用,天气逐渐转冷,启动故障开始显现。某部队在一次执行任务时启动发动机,多次启动未成功。启动过程中从发动机尾喷口处观察的现象:自按下发动机启动按钮9 s后尾喷口处有少量的油分子喷出,启动点火供油系统工作,耳听点火电嘴有连续的放电声。时间达20 s后发动机尾喷口有大量的燃油喷出,发动机主供油系统工作。达25 s时,发动机燃油仍未被点燃,随着转速增高供油量逐渐增大,燃油始终未被点燃,发动机被迫停车。

经过统计多次启动故障的数据,发动机的启动故障与温度的关系见表3-2-1。

表3-2-1 发动机的启动故障与温度的关系

经初步分析表3-2-1数据,随着启动环境的大气温度逐渐降低,该发动机启动不成功的故障开始显现。气温在零度左右时发动机的启动性能良好,当大气温度降 至-5℃~-8℃时发动机就开始出现启动不成功的现象,需要经多次运转和启动发动机方可启动成功。大气温度降至-15℃以下时,无论多少次运转和启动发动机均启动不成功,而随着大气温度回升到零度左右时,发动机的启动不成功的故障现象随之消失。结合外场工作环境和发动机技术状态,对这一特殊故障进行分析,找出故障原因,提出修理和维护对策。

【素养提升】

阅读案例,思考:对机务工作者,工作前、工作中和工作后进行了安全培训,工作过程设计了必要的安全工作程序以及防范措施,为什么还是避免不了此类事件的发生呢?根据所学知识,剖析事故的发生原因,提出改进措施,并编写一套合理的工作程序。

请勿靠近飞机危险区域

案例1

根据民航资源网综合BBC、Airlive消息,2015年12月,印度航空的一位机务工作人员在孟买机场被吸入发动机。副驾驶员启动发动机之后,机务工作人员就站在发动机附近,如图3-2-13所示。

飞机发动机的地面启动,需要地面机务工作人员和机上试车员达成一致后才启动。航后工作中,如果有发动机相关的维护、修理工作,结尾会在地面启动单发或双发来对发动机做的工作进行检验。最常见的是渗漏检查,此时在发动机运转的状态下需要维护人员到发动机下面观察余油口是否有渗漏,必要时进行记录。通常由两名机务工作者到同一台发动机下做这项工作。一人观察渗漏情况,另一人负责保障在发动机下面的人的安全。飞机机身上专门喷有“吸入危险区”的标识,检查运转的飞机发动机时,应当从航空发动机侧面的非危险区域接近和离开。应当防止检查完发动机后,由于疏忽一转头从发动机前面出来。尤其是夜班工作易于疲惫,发动机周围噪声非常大,戴着耳塞难以通过声音来区别前后左右。

图3-2-13 机务工作人员被吸入发动机

当人在非常疲惫的情况下,人的判断力和意识会下降,注意力会不集中,反应可能变慢。夜班疲劳工作时,从很小的梯子上下来,也可能站不稳。另外,若飞行员存在误解信号的可能,或机务疏忽提供了不正确的信号,也会导致飞机发动机不正确的运转。

案例2

2015年,飞行员按照往常一样,在里根号航母的甲板上进行升降训练。按照规定,舰载机起飞时,不相关的人员都必须马上撤离现场。当时,甲板上的一名地勤人员没有在规定时间内撤离,飞行员也没有注意到附近是否有人,就这样开始了自己的操作。舰载机起飞的时候,发动机内产生奇怪的响声,引起了工作人员的注意。

经过检查,发现那名地勤人员已经被吸入发动机,而这台航空发动机也因此报废。其实,舰载机也会存在视觉盲区,在看不到的地方,可能存在潜在的风险。开车之前,一定要事先检查视觉盲区,并通过地面机务人员确认,确保没有人员在发动机危险区域,才能启动发动机。

从上面的案例中,可以得出,机务夜班保障工作需要有合理的休息时间,机务夜班的工作时间、工作负荷等应当更加科学,也需要足够的人力配置。机务工作者应当定期进行安全学习,对相关问题举一反三,避免事故再次发生。发现潜在的风险,一定要及时报告。各方面目标一致,一起努力才能更加全面地保障机务团队的安全,保障飞行安全。

最后,请大家记住,由于有这样的机务工作团队一直在守护着驾驶或乘坐的飞机,无论多晚都得等它回来。当休息时,这些机务工作者依然在检修坐过的飞机,因为第二天,这架飞机又得继续执行其他飞行任务!