CFM56-5B型發動機啟動原理和啟動中常見故障分析
來源:用戶上傳
作者:
摘 要：CFM56-5B型發動機是一種常見的民航發動機，廣泛安裝在波音737系列飛機和空客A320系列飛機上。文章就該型號的發動機啟動原理，啟動方法的分類進行了詳細闡述，并作了橫向比較。介紹了自動啟動、人工啟動、干冷轉和濕冷轉四種啟動方法。并且對發動機啟動過程中容易出現的一些故障及其原因進行了闡述。
關鍵詞：發動機;啟動;冷轉
中圖分類號：V263.6 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）11-0101-02
Abstract： The CFM56-5B engine is a common civil aviation engine， widely installed in Boeing 737 series aircraft and Airbus A320 series aircraft. In this paper， the starting principle of this type of engine and the classification of starting methods are described in detail， and the transverse comparison is made. This paper introduces four starting methods： automatic start， manual start， dry and cold turn and wet and cold turn. Some faults that are easy to occur in the process of engine start-up and their causes are described.
Keywords： engine; start-up; cold rotation
1 啟動過程中的關鍵部件
1.1 點火系統
CFM56-5B型發動機有兩套獨立的點火系統：包含兩2個高能點火激勵器，2個點火嘴，2條帶屏蔽的同軸電纜，以及發動機控制組件ECU。點火系統能夠在起飛、著陸、惡劣氣候運行中以及發動機接口組件EIU時效的情況下，提供連續穩定的點火。點火嘴產生的高壓電弧能夠在地面或者空中發動機啟動中，點燃燃燒室的油氣混和氣。點火嘴是一個高能易損部件，在每次點火過程中，ECU會選擇一套點火系統，另一套系統作為備用，這樣可以延長點火系統的壽命。點火激勵器位于風扇機匣外表面，可以將飛機上115V，400Hz的交流電轉換成22000V到26000V的高壓電，供點火嘴使用[1]。每個點火系統的選擇通過ECU控制，為了避免隱藏的故障和點火激勵器過早磨損，在相繼的啟動中FADEC自動交替使用點火器，順序如下：FADEC 通道A，點火器A;FADEC通道B，點火器A;FADEC通道A，點火器B;FADEC通道B，點火器B。連續點火分為人工選擇和自動選擇。人工選擇是指當在地面上或在飛行中發動機運行時，放置模式選擇電門在IGN/START位置。自動選擇是指在發動機正常運轉時，如果出現EIU失效、熄火、啟動過程中點火延遲、發動機防冰等，ECU根據不同的情況做出連續點火的決定。
1.2 起動機
利用高壓地面起源車引氣，另一臺發動機引氣或者APU引氣驅動起動機轉動，通過附件齒輪箱，帶動發動機高壓轉子N2轉動。起動機供氣由起動機關斷活門SOV控制，當N2 轉速到達50%的時候，SOV自動關斷起動機，起動機內部的離合器自動脫開工作。位于駕駛艙中控臺上115VU面板的發動機啟動主電門和位于頭頂板的ENG/MAN START人工啟動電門控制起動機的啟動和停止。任何時候，只要將發動機啟動主電門切換到OFF位時，可以繞過FADEC全權限式數字控制計算機，直接將發動機啟動中止，高壓燃油關斷活門也會被切斷。
1.3 發動機燃油系統
離心式低壓燃油泵將燃油從油箱抽到燃油滑油熱交換器FCOC，再經過高壓燃油泵和油濾，分兩股到達HMU液壓機械組件。大部分燃油會通過HMU的控制流經燃油流量計，到達燃燒室處的20個環形燃油噴嘴，用做燃燒。小部分燃油流到HMU內部起伺服燃油的作用，用來給主動渦輪間隙控制作動筒，以及VBV 可變放氣活門和VSV可調靜子葉片的作動筒提供伺服燃油。這部分伺服燃油會流經IDG綜合驅動發電機的滑油冷卻器，到達低壓燃油泵，最后回到燃油箱。
1.4 FADEC全權限式數字發動機控制系統控制發動機
在發動機運轉過程中，FADEC獲取子系統反饋的穩定狀態和連續的發動機參數，FADEC系統是一個雙通道交互式系統并且有監控故障的能力。當FADEC探測到故障狀態時，FADEC電門會從故障通道切換到另一個正常通道。
FADEC系統的功能有：控制燃油流量、空氣流量和正向推力以及反向推力需要的引氣;發動機超限保護;自動啟動能力;發動機間隙控制;廣泛的診斷和維修能力;操控反推。
2 啟動模式
發動機的啟動分為四種模式：自動啟動、人工啟動、干冷轉、濕冷轉。
其中，整個人工啟動過程中，ECU不起監控作用，需要人工觀察各發動機參數是否正常。而自動啟動過程中，FADAC系統全程監控。所謂冷轉，指的是發動機轉子轉動，但是燃燒室的點火嘴不工作。根據冷轉過程中是否噴油，冷轉又可以分為干冷轉和濕冷轉。干冷轉，就是發動機轉動過程中既不點火，也不噴油;濕冷轉，指的是發動機轉動過程中不點火但是噴油。
3 自動啟動
自動啟動過程中，將發動機方式選擇器打到START位置，指令通過EIU送到ECU，ECU得到該信號，下ECAM上顯示發動機系統頁面。如果此時在用空調系統，流量控制活門會馬上關閉，原因是在啟動發動機，需要大量的空氣，因此停止為空調系統供氣。將發動機主電門打到ON位置，打開低壓燃油關斷活門，同時主電門的信號也會通過EIU送到ECU，ECU接到該信號后，打開起動活門。起動活門打開，起動機就可以工作，帶動發動機轉動。當N2轉速達到16%轉速的時候，指令點火組件開始點火。為了增加整個點火系統的壽命，FADEC自動交替使用點火器A和B。N2轉速達到22%后，ECU指令計量活門計量燃油，高壓燃油關斷活門打開，燃燒室開始噴油，燃燒室開始工作。此時發動機一方面由起動機帶動轉動，另一方面由燃燒室工作后的沖擊渦輪帶動。在自動啟動過程中ECU執行全程監控，如果有不正常的情況，比如說超溫或者轉速異常，ECU將會中止啟動過程。當N2轉速達到50%的時候，啟動完成，ECU會指令起動活門關閉，同時點火結束，將發動機方式選擇器打到NORM位置。發動機啟動完成后，30s以后，空調組件就又可以重新得到引氣。轉速繼續增加，直至達到慢車位穩定工作。 4 人工啟動
人工啟動過程中，將發動機方式選擇器打到START位置，下ECAM上有發動機頁面顯示，若空調系統在用引氣，會停止為空調系統供氣。人工啟動電門打到ON位置，信號通過EIU送到ECU，ECU指令起動活門打開。起動活門打開，起動機開始工作，N2轉速就開始增加。當N2達到20%左右時，把主電門打到ON位置，供油和點火才開始進行，低壓燃油關斷活門打開，同時信號通過EIU送到ECU，ECU指令點火開始。在人工啟動過程中采用雙點火，即點火器A和B同時點火。另外，ECU會指令燃油計量活門計量燃油，高壓燃油關斷活門打開，燃燒室開始噴油點火。當N2轉速達到50%的時候，啟動完成，將發動機方式選擇器打到NORM位置。整個人工啟動過程中，ECU不起監控作用，需要人工觀察各發動機參數是否正常。
5 干冷轉和濕冷轉
干冷轉的目的是檢查發動機、起動機正常，把燃燒室里的余油吹除。在發動機停車、APU供氣、FADEC有電的情況下，斷開高壓燃油關斷活門的跳開關1KC1（2）以打開LP 活門，將旋鈕打到CRANK位置，下ECAM上顯示發動機的頁面。將人工啟動電門打到ON位置，指令通過EIU傳向ECU，ECU控制起動活門打開，N2增加。為了保護起動機，冷轉不能超過2分鐘。
濕冷轉的目的是檢查發動機燃油系統是否正常，在執行完濕冷轉以后，需要執行干轉，確保發動機、起動機運轉正常，并吹干燃燒室及附近油路的余油。斷開跳開關1JH、2JH1、3JH1，將旋鈕打到CRANK位置，下ECAM上顯示發動機頁面。將人工啟動電門打到ON位置，指令通過EIU傳向ECU，ECU控制起動活門打開，N2增加。當N2轉速達到15%到20%之間時，將發動機主電門打到ON位置，燃油流量增加。濕冷轉時間不要太久，一般最多15秒，把主電門打到OFF位置。轉動發動機60秒，弄干燃燒室及附近油路的余油。
6 發動機啟動過程中常見故障
啟動過程中，很容易出現一些故障，需要密切監視。如發動機啟動過熱、超溫、點火不正常、啟動轉速懸掛、啟動機不能自動脫開，以及發動機參數不正常、喘振、振動值過高等故障信息。在上述故障中，啟動過熱、啟動轉速懸掛、和點火系統不能正常工作尤為常見。[2]
啟動過熱或者超溫是指在啟動過程中，EGT排氣溫度上升過快，接近或者超過EGT紅線，需要中止啟動。造成啟動過熱的原因有油氣比過高或者過低、推油門桿過早、外界溫度低等等。
點火不正常是指燃燒室內的油氣混合氣體不能被正常點燃，表現為EGT上升緩慢，出現這種情況后，發動機控制計算機ECU會自動切斷點火，并先進行干冷轉吹除燃燒室的殘余燃油，嘗試重新點火，如果重新點火幾次還是不能順利點火成功，則啟動終止。
參考文獻：
[1]A320 Aircraft Maintenance Manual，AIRBUS S.A.S，2002.
[2]蔣陵平.燃氣渦輪發動機（第二版）[M].清華大學出版社，2016.
轉載注明來源:http://www.hailuomaifang.com/1/view-14870492.htm
