某型發動機燃油調節器感溫棒堵塞對燃油消耗量的影響分析

張春海 王仕鵬

摘 要：本文根據某型發動機燃油調節器修正機構的工作原理分析了燃油調節器感溫棒被異物堵塞的故障。解讀燃油調節器感溫調節構造原理，計算燃油消耗量，確定了燃油調節器感溫棒堵塞對燃油消耗量的影響。本文對發動機典型故障的排除具有參考意義。

關鍵詞：發動機；燃油調節器感溫棒；燃油消耗量；典型故障

中圖分類號：V215.7 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）21-0061-03

某型發動機是我國常用的渦輪螺旋槳發動機，一般裝在運輸機上。該型發動機通過燃油調節器修正機構感受飛行高度、飛行速度及進氣溫度的參數變化，自動調節供油量。

該型發動機在使用過程中常常出現燃油調節器感溫棒故障。感溫棒故障的表現多發生在高空，造成燃油調節器無法正確調節供油量，而地面進行故障排除時因無法模擬高空條件，對感溫棒故障的排除帶來一定的困難。本文對燃油調節器感溫棒工作過程進行了詳細的研究，為類似故障排除提供借鑒。

1 故障案例

某用戶使用的運輸機在跨晝夜飛行過程中，發現其中一臺發動機的功率、燃油消耗量大幅下降，機組人員觀察其燃油消耗量約640kg/h，其他發動機的燃油消耗量約為850kg/h，相差約210kg/h。機組人員推油門試圖增加該發的燃油消耗量，但無反應。此時飛機在空中4500米，油門角度為80°，進氣溫度為-15℃，飛行馬赫數為0.45。

飛機著陸后，對發動機進行檢查，發現進氣道外整流罩燃油調節器感溫棒進氣管位置處有血跡及羽毛，其他部位未見異常。進一步進行檢查，發現燃油調節器感溫棒進氣管內部被羽毛堵塞。

2 故障分析

燃油調節器通過感受飛行高度、飛行速度及進氣溫度的變化，自動調節供油量實現等當量功率調節和等渦輪前燃氣溫度調節。感溫棒感受進氣溫度的變化調節發動機供油量。

發動機特性所規定的調節任務是由燃油調節器的修正部分來實現的。修正部分的各種調節機構分別通過感受大氣的靜壓PH、總溫tH*和壓氣機進口總壓P1*來自動控制油門開關的軸向移動量，改變油門開關限流口的截面，使供油量相應的增減。

經現場檢查，僅在感溫棒進口發現羽毛，其他位置未見異常。感溫棒進口被羽毛堵塞將影響發動機進氣溫度的檢測。

修正機構（見圖1）對發動機的調節最終表現為控制油門開關的限流口的截面積。分流活門裝在隨動活塞內部。燃油調節器內部滑油泵出口的滑油進入隨動活塞的左腔，通過隨動活塞的出油口少量回油。隨動活塞的右側受彈簧的作用。當滑油壓力與彈簧力保持平衡時，則隨動活塞不動。

當分流活門右移時，分流活門上的凸邊遮蓋了隨動活塞的出油口，滑油回油量減小，使隨動活塞的左側壓力增大，推動隨動活塞右移，直到隨動活塞的出油口重新開大，滑油壓力與彈簧力保持平衡。這樣當隨動活塞右移時，油門開關出口面積減小，減小了供油量。

燃油調節器感溫棒可經兩種機械傳遞控制分流活門的移動。

（1）在燃油調節器功率限制區修正燃油量中，等功率機構根據感溫棒感受進氣溫度進行減油。當溫度升高時，頂桿伸出量增加，杠桿被頂桿推動沿順時針方向轉動。溫度升高到35℃，杠桿上的凸片剛好與撥桿的臂接觸，從這時起，當溫度繼續上升，杠桿就帶動撥桿轉動。撥桿的襯套內有螺旋型面槽，當杠桿轉動時，襯套便向右移動。由于懸臂與撥桿的襯套的球頭接觸，因此，懸臂也向右。而搖臂的中支點固定在懸臂上，所以，搖臂亦隨之向右。因而隨動活塞向右移動，減小油門開關限流口截面，使供油量減少。

（2）在燃油調節器進行修正渦輪前燃氣溫度限制區供油量，也根據感溫棒感受空氣溫度。當發動機進口空氣溫度升高時，感溫棒頂桿伸出量增大，杠桿順時針轉動，通過杠桿使凸輪亦順時針轉動。在凸輪上有一個偏心調節螺釘，它是搖臂的中支點，由于凸輪順時針轉動，螺釘向上移動，迫使搖臂上端向右移動，推動分流活門向右而減少供油量。

由此可知，在發動機修正調節過程中，燃油調節器感溫棒頂桿的伸縮量與發動機供油量的成反比關系。即，當進氣溫度升高，燃油調節器感溫棒頂桿的伸出量大則發動機供油量降低，反之亦然。

本次故障發生時，燃油調節器感溫棒進口被羽毛堵塞，無法檢測到外界空氣溫度。燃油調節器感溫棒處在發動機密閉的短艙內，受短艙內溫度的影響，感溫棒感受的溫度為發動機短艙內的溫度。燃油調節器感溫棒頂桿的伸出量增大，則發動機供油量降低。

3 計算

按照發動機的調節規律，燃油調節器的修正部分把發動機整個的飛行范圍分為了兩個區域。

在功率限制區，修正部分的等功率機構參與工作，按公式（1）調節供油量，保持發動機當量功率大致不變。

G燃油1=[1200-0.5286（760-7.5PH）-1.5PH（δ進氣·B-1）-△G燃油]·C（kg/h） （1）

當tH*>35℃時，在等功率機構內專門減油機構按公式（2）來進行減油。

△G燃油=7.5（tH*-35） （2）

在渦輪前燃氣溫度T3*限制區，等溫機構感受tH*和Pl*，按公式（3）調節供油量，保持渦輪前燃氣溫度T3*大致不變。

G燃油2=15·A·P1*·C=15·A·δ進氣·B·PH·C（kg/h） （3）

式中：PH——外界空氣靜壓（kPa）。

δ進氣——發動機進氣道總壓損失系數。δ進氣=f（M），根據圖2查出。

B——沖壓系數。B=f（M），根據圖3查出。

M——飛行馬赫數。

C——油門角度系數。C=f（α油門），根據圖4查出。

A——溫度系數。A=f（tH*），根據圖5查出。

根據上述兩式計算得出的供油量是不同的。修正部分總是按這兩個公式中供油量較小的一個來控制油量。

修正部分的等功率機構和等溫機構的最后動作都是作用在分流活門上。在過渡區內，兩個搖臂同時作用在分流活門上，即一個未脫離接觸，另一個已加入接觸，使供油量比任一搖臂單獨作用時要少。這個減少量以Δq起飛·C來表示。此時供油量按兩個公式計算所得值中較小的一個減去Δq起飛·C。Δq起飛根據圖6查出。

故障發生時，飛機在空中4500米，油門角度為80度，外界空氣溫度為-15℃，飛行馬赫數為0.45。

（1）按功率限制區公式求出燃油消耗量GT1：

首先根據M=0.45，從圖2、3查得δ進氣=0.98；B=1.148。

再根據α=80°，從圖4查得C=0.88。

當t*H=-15℃時，△GT=0；飛行高度為4500m，PH=57.712KPa。

GT1=[1200-0.5286（760-7.5PH）-1.5PH（δ進氣·B-1）-△GT]·C

=[1200-0.5286（760-7.5×57.712）-1.5×57.712（0.98×1.148-1）-0]×0.88

=894kg/h

（2）按溫度限制區公式求出燃油消耗量GT2：

首先根據t*H=-15℃，從圖5查得A=1.075，則：

GT2=15·A·δ進氣·B·PH·C

=15×1.075×0.98×1.148×57.712×0.88

=921kg/h

（3）按過渡區公式求出燃油消耗量GT。

首先根據t*H=-15℃：

kg/h

從圖7查得△q起飛=15kg/h。

則GT=GT1-△q起飛·C=894-15×0.88=881kg/h。

假想發動機進氣道與感溫棒連接的軟管被完全堵塞，感溫棒無法感受到進氣溫度，感溫棒在發動機短艙內部受熱，感受到發動機短艙內部溫度。

在發動機實際使用過程中，發動機短艙內部溫度較高，一般達50℃以上。感溫棒感受到發動機短艙內部溫度時，在等功率機構內專門減油機構按公式（2）來進行減油。

（3）按功率限制區公式求出燃油消耗量GT1：

△G燃油=7.5（tH*-35）=7.5（50-35）=112.5kg/h

當t*H=50℃時，△GT=112.5kg/h。

GT1=[1200-0.5286（760-7.5PH）-1.5PH（δ進氣·B-1）-△GT]·C

=[1200-0.5286（760-7.5×57.712）-1.5×57.712（0.98×1.148-1）-112.5]×0.88

=795kg/h

（4）按溫度限制區公式求出燃油消耗量GT2：

首先根據 t*H=50℃，從圖5查得A=0.72，則：

GT2=15·A·δ進氣·B·PH·C

=15×0.72×0.98×1.148×57.712×0.88=617kg/h

則GT=GT2=617kg/h。

通過計算可知，正常的發動機的燃油消耗量為881kg/h，當進氣道與感溫棒連接的軟管堵塞則發動機的燃油消耗量為617kg/h，兩者相差264kg/h，與故障現象一致。

經過理論計算及原理分析，可以確定燃油調節器修正部分感溫棒被羽毛堵塞無法正確感受的進氣溫度，受發動機短艙內溫度的影響，檢測到的溫度大于進氣溫度，造成感溫棒內部頂桿伸出量增大，使油門開關截面積減小，供油量減小。

某型發動機在地面試車時，油門角度在82度，燃油消耗量為1048kg/h，油門角度在98度以上時，燃油消耗量最高為1200kg/h。即，油門角度在82度到98度之間，燃油消耗量的變化約為152kg/h。由此可知，當感溫棒進口被完全堵塞的情況下，油門角度從80度推上對發動機燃油消耗量的增加不能彌補因溫度升高對燃油消耗量的減小。

4 結語

在空中發動機燃油消耗量降低，且推油門無明顯增油的故障原因為燃油調節器感溫棒進口被羽毛阻塞。

燃油調節器感溫棒作為某型發動機感受進氣溫度的唯一檢測元件，燃油調節器感溫棒頂桿的伸縮量與發動機供油量的成反比關系，燃油調節器感溫棒頂桿的伸縮量能否與進氣溫度相匹配，決定了發動機供油量的合理性。

當進氣溫度異常升高時，燃油調節器感溫棒頂桿的伸出量增大，使發動機供油量減小，發動機功率降低；當進氣溫度降低時，燃油調節器感溫棒頂桿的伸出量減小過多，發動機供油量增加，發動機易超溫。

參考文獻

[1]某型發動機技術說明書[S].株洲：中國航發南方工業有限公司，2017.

[2]某型發動機維修手冊[S].株洲：中國航發南方工業有限公司，2017.