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发动机性能数据可以精确的反映出发动机健康状况。现代发动机的安全管理,愈发重视对性能参数的分析和研究。通过对发动机性能参数的监控,对于发动机故障的早期发现和处理起到越来越重要的作用。本文描述了对一起CFM56-5B型发动机高压涡轮间隙控制活门(HPTACC)的故障排除过程,分析总结了此类故障对发动机性能参数造成的影响,为今后此类故障的排除积累经验。
故障描述
2013年11月某日,我维修基地执管的某A320型飞机在性能监控软件RD中表现为右发多组起飞裕度DEGTm突降10度左右,而左发无变化(见图表1)。
图表1 发动机起飞裕度DEGTm性能监控RD图表
由于当天未产生相关巡航报告,为进一步判断参数异常原因,将该飞机起飞数据进行双发差值比对分析(右发数据减去左发)。如图表2所示,在20日的起飞数据中,有三组HPTACC活门开启角度列差值出现了异常:为-90左右,而正常的HPTACC活门开启角度应为双发同步,即差值应为0。同时对应的双发EGT差值同比突升10℃左右;DN2有0.3%左右的突降。调取当天的ACARS起飞报告,知该三组HPTACC活门开启角度均在10以内,正常此数值应该为100。
图表2 双发起飞数据差值比对分析数据表
检查飞机MCDU,查看故障报,发现记录有“HPTC VLV(POS), HMU ENG2A”的故障信息。排故手册对该故障信息的描述是“当活门位置与指令位置不一致超过5%,而且故障状态持续7秒钟以上,该故障信息被记录” 。
故障分析
高压涡轮间隙控制系统(简称HPTACC),由发动机控制器(ECU)通过液压机械组件(HMU)控制液压式作动器来控制活门的开关。该系统通过控制高压压气机(HPC )4级以及9级的气体引入高压涡轮机匣外围冷却气路中,通过冷却涡轮机匣来缩小高压压气机叶尖间隙从而到优化涡轮效率、降低EGT峰值的功能。
如图表3所示,当ECU指令为0位置时,两个蝶型活门都关闭,即无机匣冷却气体引出参与工作;当ECU指令位置为37%时,HPC 9级引气全开,HPC 4级引气仍然关闭,9级高压空气引入高压涡轮机匣外围冷却气路中;当ECU指令位置为100%时,HPC 9级引气关闭,HPC4级引气全开,由4级高压空气引入高压涡轮机匣外围冷却气路中进行高压压气机叶尖间隙的控制。
图表3 HPTACC指令位置与HPTACC蝶型活门位置图
根据HPTACC活门随飞行状态开度变化逻辑图(图表4)可见,当发动机处于起飞状态,活门位置应处HPC9级蝶型阀打开位,引出高压级9级空气对高压涡轮机匣进行冷却,而故障当天该活门位置处于8%左右,此时则无任何冷却气流引出参与涡轮机匣的冷却工作,所以高压级涡轮叶片叶尖间隙比工作设定值大,降低了高压涡轮的工作效率,导致该发性能参数排气温度EGT突升和高压转速N2的突降。该发更换了HPTACC活门后,故障现象消失,发动机性能参数恢复正常。
图表4 HPTACC活门随飞行状态开度变化逻辑图
结论
这是一起发动机性能监控参数出现异常并同时MCDU出现故障报告而发现并排除的故障。此例故障由于MCDU给出了明白的故障信息所以有利于故障的准确快速排除,而对于那些不符合MCDU故障信息触发逻辑的类似故障,通过仔细分析各控制部件的工作逻辑关系,找出其对发动机性能参数的影响规律,对于今后我们能及时准确找出类似故障的原因,会起到非常重要的作用。
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