某型發動機渦冷系統反復通斷故障分析

摘 要：本文介紹了某型發動機渦冷系統的組成、結構及工作原理，通過對該型發動機渦冷系統的研究分析，針對性的制定出排故方案，解決了發動機渦冷系統低轉速狀態反復通斷故障，便于日后此類問題的解決。

關鍵詞：渦冷系統；故障；分析

中圖分類號：V233 文獻標識碼：A

渦輪葉片是發動機中旋轉著的高溫部件，工作環境極為惡劣，除去承受的各種機械負荷外，還承受著很高的溫度，為使渦輪葉片的工作溫度在其材料允許的范圍內，采用不參與燃燒的氣流對渦輪部件進行冷卻。某型發動機采用四股氣流對渦輪部件進行冷卻，第一股氣流為不參與燃燒的主燃燒室二股氣流，第二股氣流為不參與燃燒的主燃燒室經空氣熱交換器冷卻的二股氣流，第三股氣流為外涵道空氣流，第四股氣流為高壓壓氣機第七級或來自外涵道空氣流。

為提高發動機效率，該型發動機增加了渦冷控制系統，根據發動機狀態的需要，調節第二股氣流的冷卻空氣量大小，渦冷控制系統控制的冷卻空氣質量約為發動機空氣流量的8.5%。當П2≥（91.5±1）%、T 4≥（590±10）℃、П2пр<（81±1）%、α*

РУД≥（62+3）°四個條件滿足之一時，渦冷系統接通。

1 故障現象

1.1 發動機起動到慢車狀態故障現象：

某發動機地面首次試車時，出現渦冷系統反復通斷故障。在發動機慢車狀態，按照發動機工作原理，渦冷系統應該處于斷開位置，該發動機在起動過程中，渦冷系統在П2=61%左右時接通正常；起動到慢車狀態后，試車臺渦冷限位信號燈閃爍（渦冷限位信號燈亮時表示渦冷系統未接通），同時尾噴口發出異常聲音。

1.2 從高轉速拉回慢車狀態故障現象：

繼續推油門桿至大狀態，渦冷系統在П2=81%及以上狀態時工作正常，將油門桿拉回慢車狀態，在轉速П2=81%及以上狀態時渦冷系統工作正常，當П2=72%左右時，再次報出渦冷限位信號燈閃爍故障。

2 故障排除過程

因為故障現象為渦冷限位信號燈閃爍，為排除試車臺設備問題，首先對測試線路進行檢查，檢查未發現問題，再次開車故障依舊，說明此故障由發動機本身導致，渦冷系統的確在該狀態出現反復通斷故障。

為排除此故障，分別更換了渦冷控制附件、噴調，但故障依舊存在，后增加主泵至噴調控制油壓的測點，經測量該油壓擺動，確認為主泵故障，最終更換主泵后故障排除。

3 原因分析

3.1 渦冷系統組成 ：

該型發動機渦冷系統主要由渦冷控制附件、斷流活門、電磁活門ИМ10、分流活門、綜合調節器的渦冷控制通道等部分組成，渦冷控制附件由殼體、活塞、彈簧、限流嘴、微動開關等組成。

3.2 渦冷控制附件的工作過程：

當滿足渦冷接通條件之一時，渦冷控制附件活塞上部油壓力增大，活塞下移，關小由空氣熱交換器輸往空氣控制壓力管道的氣路；斷流活門活塞上腔氣壓力減小，斷流活門活塞上移，打開渦輪的冷卻空氣路，增大輸往渦輪的冷卻空氣流量。另外，由于渦冷控制附件的活塞下移到底，接通微動開關，向綜合調節器輸送渦冷系統工作信號。

當條件都不滿足時，渦冷控制附件上部的高壓油來油路被切斷，在彈簧和空氣熱交換器氣體壓力作用下，活塞上移，這時活塞上部的油液通過限流嘴回到低壓腔。隨著活塞的上移，從空氣熱交換器來的空氣輸往空氣控制壓力管道，作用在斷流活門活塞的上腔，使其下移關閉，減少輸往渦輪的冷卻空氣流量。

3.3 渦冷控制附件的接通條件：

渦冷控制附件是否接通主要由控制附件活塞上部的油壓力決定，活塞上部油壓來自噴調中的定壓油，而此處的定壓油主要通過電磁活門和分流活門進行控制，當П2≥（91.5±1）%、T 4≥（590±10）℃、П2пр<（81±1）%、α*

РУД≥（62+3）°四條件滿足之一時，渦冷系統接通，其中前三個條件為電子信號，綜合調節器渦冷控制通道根據發動機狀態發出指令，使電磁活門ИМ10打開，噴調上的高壓油輸往渦冷控制附件活塞上部，渦冷系統接通；第四個條件為油壓信號，當α*

РУД≥（62+3）°時，噴調液壓延遲器上部的加力油泵接通活門下移，關閉了通往低壓腔的回油路，使分流活門下部的油壓力增大，活門上移，高壓油經分流活門輸往渦冷控制附件活塞上部，渦冷系統接通。

3.4 渦冷系統反復通斷故障原因分析：

根據發動機試車情況可知，該發動機只有在低轉速狀態（П2=72%左右）發生此故障，在П2=80%及以上狀態時渦冷系統接通情況正常，而噴調上的電磁活門在П2=80%及以上狀態才投入工作，因此該故障與電子信號無關，只與機械調節有關。

在停車狀態，分流活門的活塞和渦冷控制附件的活塞在彈簧力作用下，處在上極限位置，當起動發動機后，主泵的控制燃油經過噴調，從電磁活門ИМ10處作用到渦冷控制附件的活塞上腔，隨著發動機狀態的增加，控制燃油壓力逐漸增大，當壓力增大到大于活塞下部彈簧力時，渦冷控制附件的活塞下移，關小由空氣熱交換器輸往空氣控制壓力管道的氣路；斷流活門活塞上腔氣壓力減小，斷流活門活塞上移，打開渦輪的冷卻空氣路。另外，由于渦冷控制附件的活塞下移到底，接通微動電門，向綜合調節器輸送渦冷系統工作信號。

若主泵的控制油壓不穩，當該油壓足夠克服彈簧力作用時，渦冷系統接通，當該油壓不足以克服彈簧力作用時，渦冷系統斷開，故控制油壓在一定壓力附近擺動時會導致渦冷系統反復通斷故障。

增加主泵到噴調的控制油壓測點，慢車狀態測量該控制油壓擺動，當控制油壓壓力低于2.3MPa時，渦冷系統即會自動斷開，當控制油壓壓力高于2.3MPa時，渦冷系統再次接通，同時該控制油壓擺動周期與發動機高壓轉子轉速擺動周期相同，由此確認為主泵內部出現故障，經更換主泵后故障排除。

4 故障情況驗證

將該主泵安裝于另一臺發動機上，進行驗證試車，故障再現，與該臺發動機故障現象相同，確認為因主泵內部故障，引起主泵到噴調的控制油壓擺動，導致了發動機渦冷系統的反復通斷故障。

參考文獻

[1]謝壽生.蘇二七型飛機加力渦扇發動機[D].空軍工程大學，1999.06.