某型航空发动机起动温度异常故障分析与排除

石见

摘要：某型发动机在试车过程中发生起动温度异常升高故障，针对此故障，对发动机燃油及起动点火系统进行分析、检查，最终排除故障。

关键词：燃油调节器；起动温度；点火系统

1.故障描述

某型发动机在外场进行试车时发生起动温度异常升高，具体现象为：按压起动按钮后发动机转速正常上升至点火转速12%，而后上提前推油门杆至低慢，约3-4s后点火成功，转速、温度继续上升但尚未达到慢车转速，此时温度快速异常上升至900℃并有继续增大趋势，试车人员准确判断，果断后拉油门切断燃油停车。

2.起动点火系统原理及过程概述

图1 发动机起动点火系统原理示意图

发动机起动点火系统原理如图1所示，地面起动过程大致可分为以下两个阶段：

阶段1：按压起动按钮至转速12%，起动机以复激方式工作，平稳起动、缓慢加速，带动压气机及燃油泵、燃油调节器等部附件运转，为点火做准备；

阶段2：上提前推油门杆至低慢（52.5+2.5％），如图1所示，微动开关动作接通电路，使起动机以串激方式工作，起动机较快加速，流量分配阀及放泄阀的主、副活门先后打开，主、副燃油喷嘴先后开始喷油，与压缩空气混合；同时接通点火系统相关电路，点火激励器通过火花点火器放电跳火，点燃燃烧室衬套内的油气混合气，高温高压热燃气高速冲击压气机涡轮，热燃气在涡轮组件内膨胀做功，涡轮剩余功率又带动压气机及相关部附件工作，向系统供给更多燃油和压缩空气，二者混合后被点燃产生更多热燃气，如此循环在燃调的控制下发动机逐渐加速至慢车后松开起动按钮，起动完成。

3.故障原因分析

3.1环境因素影响

1)进气温度高，压缩后参与燃烧以及用于冷却热燃气的空气温度随之升高，其冷却散热能力减弱，进而使得温度偏高；

2)空气流量减小，则用于冷却散热的空气量也减少加之燃烧室内混合气又偏富油燃烧，进而使得温度偏高。

3.2压气机段问题

压气机段有关部附件故障，如进气滤网堵塞、压气机叶片组件腐蚀或损伤、放气活门卡滞、引气管路或接头泄漏等，主要影响压气机的空气流量、压气机增压比及效率，在恒功率时较多表现为燃油流量增加、转速上升、温度偏高。

3.3燃烧室段问题

1)大、小出口管相关连接处气体渗漏、密封环渗漏、小出口管与压气机涡轮导流环连接处气体渗漏等，此时用于膨胀做功的气体减少，为保持功率不变，燃调会自动调节使燃油流量增加，喷油量增多，进而使得温度偏高；

2)燃烧室衬套、大小出口管上的冷却空气通道不畅通，亦会导致燃气流稀释冷却不充分，进而使得温度偏高。

3.4涡轮及导流环组件问题

1)压气机导流环出口面积越大，燃气膨胀加速程度越小，速度越低，对涡轮做功减少，转速下降，导致恒功率下燃油流量增加，进而使得温度偏高；

2)压气机涡轮径向间隙增大，则涡轮效率降低，燃气通过涡轮膨胀做功减少，转速下降，导致恒功率下燃油流量增加，进而使得温度偏高。

3.5燃油系统部附件问题

1)燃调内部故障（如最小压力活门关不上等），会导致起动初期燃油压力过低，燃油在喷嘴处雾化不良，燃烧不充分，导致恒功率时会使供油量增加，进而使得温度偏高；

2)流量分配阀及放泄阀副活门关不上，起动时副喷嘴提前喷油，短时供油量相对变大，混合气富油燃烧，温度偏高。

3.6起动点火系统问题

1)起动程序不正确。如上提前推油门手柄时机晚，此时燃油压力足以使流量分配阀及放泄阀主、副活门同时打开，前推油门后主、副燃油喷嘴同时喷油，短时供油量相对变大，进而使得温度偏高；

2)起动点火系统相关部附件故障。如供电电源容量不足、电压低、点火激励器内部故障、高压电缆断路或漏电搭铁、火花点火器故障以及其他电路部附件故障等。此类故障主要影响点火系统输出能量，多表现为放电点火能力减弱。随着点火成功率和可靠性的降低，正常点火时机延迟甚至点火失败，会在燃烧室内形成相对富油燃烧，进而使得温度偏高。

3.7温度测量及指示组件故障

1)温度测温热电偶探头烧蚀或断路等；

2)相关电路导线或接头松动、锈蚀、断路或搭铁等；

3)配平热电偶不匹配、断路或锈蚀等；

4)温度指示表故障等；

以上各问题均可能引起温度指示异常偏高。

4.故障排除

4.1梳理分析

故障发生后，机组围绕故障现象，结合飞参判读数据，对现场环境温度、发动机技术状况、地面电源工作以及试车人员操作情况等进行了系统梳理：

大气总温8℃，气压正常，微风；发动机前期工作情况良好，相关定检项目内容已落实，近几次试车无异常，试车过程中无异响、振动，排气无异常；地面电源拖车在外场露天停放时间较长，当日已工作第3台次，起动前未加负载检查电压为28V；试车人员持卡读卡操作，程序无误，操作正常，与飞参判读结果基本相符（温度最高915℃，持续1.5s）。

4.2推理假设

通过以上分析，温度异常偏高的诸多影响因素中，进气温度、空气流量、温度指示表、起动程序及操作等的影响基本排除。压气机段、燃烧室段、涡轮及导流环组件等内部故障可能性小。不排除燃油系统部附件故障可能。起动点火系统相关部附件问题、温度测量组件相关问题可能性较大。

4.3验证排除

1)考虑到后续排故工作试车安全可靠，我们首先对温度测量组件进行检查。外部检查相关导线、接线终端、插头等无松动、锈蚀等异常，电路的通断、搭铁以及电阻值测量无异常，温度测量组件相关问题基本排除；

2)随后验证起动点火系统疑点。检查该地面电源拖车发现经过多次连续起动后其电压已不足26.5V，加负载后电压下降至24V。领用满电拖车（电压30V，加负载至29.5V），通电检查地面放电跳火声音及频率无明显异常，基本排除点火激励器、电缆以及火花点火器问题；

3)使用满电拖车按程序起动试车，温度恢复正常，起动时温度最高580℃，发动机工作平稳无其它异常，故障排除。

5.结论

地面电源拖车容量不足使发动机地面起动时起动点火系统工作异常进而导致起动温度异常升高。拖车内铅酸蓄电池组由于自身特性且长期露天停放、多次连续大电流放电、低温等不良工况，电池组容量减少，内阻增大，供电电压降低，致使点火激励器输出的高压脉冲电压及放电频率降低，虽然供油量基本不受影响，但点火成功率和可靠性降低，从而在燃烧室内形成相对富油燃烧，进而使得起动温度异常升高。