CFM56-3發動機轉子咬合的原因分析及處理措施

郭建國 王瑞玲

（國航股份呼和浩特維修基地，內蒙古 呼和浩特010070）

CFM56-3系列發動機是CFMI(美國GE公司和法國SNECMA公司的合資組成的股份公司)生產的2萬磅推力級的軸流式、雙轉子、高函道比的渦輪風扇發動機。裝于波音737系列飛機和空中客車系列飛機。

該型發動機從投入使用到現在，其良好的在翼性能和維護經濟性受到了客戶的普遍認可，也正因該型發動機的上述優點，目前多數發動機均進行了3次或3次以上的進廠大修或修理。我公司多數的CFM56-3發動機也進行了3次或3次以上進廠修理。但近一段時間我公司出現了兩次新大修出廠發動機重新裝機后，正常試車（相關參數均正常）后關車，次日或間隔6-8小時以上再次啟動發動機啟動不成功，地面人員檢查發現核心機轉子與級間封嚴出現了罕見的咬合現象，造成高壓轉子（N2）或低壓轉子（N1）無法轉動。并兩次因核心機咬合故障造成航班延誤或當日航班取消，給公司的正常航班營運和正點保障帶來了諸多不利。筆者查閱資料，發現其他用戶也有類似現象出現，那么這種罕見的咬合現象為什么會發生呢？

1 咬合的原因分析

筆者分析認為隨著發動機在翼時間的延長，其核心機的性能會變得愈來愈差，諸多修理廠家為了保證出廠CFM56-3發動機的出廠性能和裕度，根據車間修理手冊（Engine Shop Manual）的標準，約從2002年開始在核心機級間封嚴，壓氣機出口封嚴（在燃燒室機匣上），前外封嚴，前內導向器封嚴上應用了發動機區域間隙最優化控制技術，即核心機整體匹配磨削加工（核心機小間隙封嚴）技術，將級間封嚴的間隙調到了ESM手冊的下限，以此保證出廠發動機裕度和性能，但這樣會出現當發動機裝機試車正常停車或由于發動機故障、試車臺等原因緊急停車后，因核心機與風扇機匣、渦輪機匣的膨脹程度不同，如果核心機的冷卻時間不夠，核心機冷卻得慢，機匣冷卻的快，加之核心機的高壓轉子或低壓轉子與封嚴的磨削間隙相對較小，此二因素共同造成了核心機轉子與機匣封嚴咬合的不正常現象。

針對此現象，GE公司于1999年的機隊概要 （Fleet Highlights）也做了說明，且一些用戶也有類似故障反映。GE認為轉子咬合現象多發生在新發或大修發動機上，對于一些訓練機裝機發動機（小時間，大循環）也會出現咬合現象。如果沒有出現高振動現象或磁堵檢查未發現金屬屑，則該咬合不會影響發動機的正常使用，也不會造成發動機硬件的損傷。

2 如何避免或降低咬合風險

鑒于咬合現象成因分析，結合航線維護的特點，筆者認為采取如下措施可避免或降低其發生。

如果新發或大修發動機裝機正常試車時，試車人員密切監控發動機參數，避免隨著N2轉速的提高，振動值隨著增大。這將使級間封嚴蜂窩被嚴重磨損，從而降低了由小間隙空隙而提高的發動機性能。

正常試車結束后，為了降低轉子和靜子的熱膨脹差異，同時使發動機重新起動時有一個好的狀態。讓該發在高慢車運轉5分鐘，低慢車狀態運轉5-10分鐘（至少5分鐘），讓核心機充分的冷卻，并在N2轉子完全停轉之前（大約1.3%N2）將發動機啟動電門置于“GND”位，連續執行兩次干冷轉發動機工作，工作2分鐘，讓發動機核心機再次冷卻，確保與機匣冷卻同步，如時間允許，同時建議打開風扇包皮、反推包皮讓發動機自然冷卻30分鐘以上。

如果發動機再次啟動距上次停車時間間隔小于8小時，啟動發動機時特別要小心，當發動機咬合或N2上升緩慢或不上升，必須馬上中止啟動發動機。

如果因某種原因需要再次試車，確保第二次起動距上次停車時間大于1.5～2分鐘之間，且發動機EGT溫度不高于100度，否則需要再次冷轉發動機。

3 咬合后的正確處理

如果一旦遇到核心機轉子咬合現象，如果處理不當會造成如下后果：

1）級間封嚴蜂窩會被磨得太深或轉子葉片葉尖卷邊、出現毛刺；

2）起動時N2振動高的風險；

3）造成起動機損壞；

4）增加飛機的停場排故周期，降低飛機可用率。

故而筆者建議，一旦出現核心機轉子咬合現象，針對不同咬合情況應采取相應的措施：

1）低壓和高壓轉子咬合，且高壓轉子沒有被靜子包住，可自由轉動情況；

處理措施：執行干冷轉程序或通過手搖泵把住N2轉子，用手扳轉風扇；

2）高壓轉子與靜子咬合

處理措施：建議每隔15分鐘，通過手搖蓋板試著轉動核心機；

3）低壓轉子與靜子咬合

處理措施：如果不能用手扳轉風扇，建議執行一次2分鐘干冷轉，同時監控風扇轉動情況。

4 結語

由于CFM56-3發動機的高、低壓轉子咬合現象較為少見，筆者也在實踐中不斷的摸索和總結，諸上不成熟的分析和建議希望為發動機的維護提供一些有益的幫助。

［1］航空發動機設計手冊，第l5冊，控制及燃油控制系統[M].北京：航空工業出版社，2000.

［2］CFM56-3LINEMAINTENANCETRAININGMANNUAL,GEAircraft Engines Customer Technical Education Center[Z].

［3］CFM56-3 Advanced Engine System Training，Aero Engine Maintenance Training Center，Civil Aviation Flight University of China,Guanghan,Sichuan,China[Z].

［4］ENGINE SHOP MANNUAL,CFMI CORPORATION,2009[Z].

［5］Fleet Highlights,GE CORPORATION,1999[Z].