3505945系列空氣渦輪起動機漏油失效模式分析

蘇不 姜琪 洪劍敏 惠寶

摘要：通過對3505945系列空氣渦輪起動機漏油失效的子部件更換種類、使用時間進行研究，并對不同修理廠家進行歸類分析，針對修后使用時間差異，整理分析更換的失效部件，探討有效預防機制。發(fā)現(xiàn)在漏油失效模式下，若同時更換碳封嚴的動靜封嚴，可大幅提高起動機的使用壽命，節(jié)約維修成本，并對在大修模式下起動機同時更換動靜封嚴的經(jīng)濟性進行了分析。

關鍵詞：空氣渦輪起動機；波音737NG；CFM56-7B；滑油；滲漏；渦輪封嚴

Keywords：air turbine starter；B737NG；CFM56-7B；oil；leakage；turbine seal

3505945系列起動機裝配于CFM56-7B發(fā)動機。廈航至2020年該系列起動機送修記錄為665臺次，其故障將導致空中停車、滑油泄漏、緊急備降或較長時間的航班延誤，對公司運營成本造成巨大影響，也嚴重威脅航空安全，因此，需要對其故障情況進行研究。

1 起動機工作原理及送修情況

該系列起動機具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、維護方便等特點，得到廣泛的應用。起動機由進氣組件、靜葉、渦輪、保持環(huán)、切割環(huán)、內(nèi)部支撐和行星齒輪組件、大小齒輪、離合器、油泵組件等構(gòu)成[1]，通過APU或地面氣源的壓縮空氣使渦輪做功，獲得高轉(zhuǎn)速低扭矩，再經(jīng)減速后使齒輪獲得低轉(zhuǎn)速高扭矩，通過輸出軸轉(zhuǎn)動發(fā)動機。

修理報告按拆下原因劃分，前五大原因為高壽拆換、漏油失效、磁堵碎屑、運行中嚴重爆掉[2]。其中，漏油拆下的起動機占比16%，是非計劃拆換中占比最大的一種失效模式[3]。

報告表明的漏油失效部件中，石墨碳封嚴失效占比65%，排除NFF（檢測無故障）件數(shù)量，占比高達79%，是起動機漏油故障的主要來源。

2 漏油失效分析

2.1 漏油失效總體分析

在112臺次因漏油送修的起動機中，平均使用時間（TSR）為6237h。其中，0～3600h的有51臺次，占比46%；3600～8000h的有27臺次，占比24%；8000～15000h的有24臺次，占比21%；15000h以上的有10臺次，占比9%。漏油失效的渦輪起動機中，近半數(shù)TSR在3600h以下。

2.2 新件與修理件使用壽命分析

在這112臺次起動機中，新件首次修理和非首次修理分別為45臺次和67臺次。圖1顯示了它們的平均使用壽命，分別為8807h和4356h，且在修理件中使用壽命在0～3600h的占比為57%，超過半數(shù)，即新件的實際壽命遠高于修理件。

2.3 修理數(shù)據(jù)分析

112臺次漏油失效的報告中，OEM修理和MRO修理分別為33臺次和79臺次，修后有下一次修理記錄的分別為21臺次和58臺次，平均TSR分別為9652h和6101h，OEM的修后可用時間較MRO的高出58%。

2.4 修理更換子部件分析（A分析方案）

針對修后質(zhì)量差異，梳理所有報告，篩選出68份有效報告（無效報告包括NFF、無修理報告、無下一次拆裝記錄、不涉及碳封嚴的修理等）。其中，更換靜封嚴的數(shù)量和動靜封嚴全換的數(shù)量分別為39臺次和29臺次，前者平均TSR為6165h，各修理廠家修后平均TSR如圖2所示。

29份更換了動封嚴和靜封嚴的平均TSR為7649小時，各修理廠家修后平均TSR如圖3所示。修理廠家A的修后TSR如表1所示。

表1中的拆下時間多在2009年之前（GRTA8763的修理是發(fā)現(xiàn)動靜封嚴配合不好），結(jié)合修理廠家A只更換靜封嚴的34臺的拆下時間均是2013年之后的，可以判斷應該是動靜封嚴更換方案的變化導致的差異。較早期更換動靜封嚴組件的修后平均TSR為10473h（見圖3），后續(xù)只更換靜封嚴的修后平均TSR為5810h（見圖2）。若修理方案重新變更為更換動靜封嚴，起動機的在翼均值有望從5810h提升至10473h。

2.5 修理更換子部件分析（B分析方案）

針對OEM和MRO的修后質(zhì)量差異，梳理112臺次的修理報告，篩選出第一次因漏油拆下、下一次因漏油再次更換的24份有效報告，對兩者進行分組比較。

靜封嚴和動靜封嚴更換的分別為13臺次和11臺次，平均TSR分別為3787h和5401h。可以看出，動靜封嚴同時更換的方案將漏油失效的平均TSR提高了43%。

2.6 動靜封嚴同時更換方案影響性評估

服務信息信函（SIL）D201804000029[4] TABLE 3中霍尼韋爾公司推薦在每次大修時更換碳封嚴組件動靜封嚴。

如圖4所示，近3年起動機因漏油原因拆下送修的數(shù)量平均每年有8臺左右，2020年前9個月已有11臺因漏油拆下。

近5年的碳封嚴更換數(shù)量如表2所示，年平均更換量為81件，以2019年的107件作為預測方案變更后影響修理成本的年有效數(shù)量來計算，其中，高壽送大修數(shù)量為70件，按動封嚴采購費用500美元計算，對于小修來說，建議廠家開發(fā)轉(zhuǎn)子修理、檢測工藝，以提升起動機的在翼壽命；對于大修來說，因需要更換碳封嚴組件，年預增物料成本為35000美元。同時，因碳封嚴組件更換方案改變后，起動機在翼時間大幅延長，送修率逐年下降，物料增加成本將進一步降低。

2.7 預防機制的探討

起動機在翼時間延長將大幅降低起動機的年送修率，從而降低起動機的小時包修費率，小時包修費率降低而節(jié)省的資金可用于研究起動機高費用、高壽子部件的深度修理及更換，如碳封嚴轉(zhuǎn)子的修理、檢測技術，碳封嚴轉(zhuǎn)子、靜子的匹配程度檢測技術等，可形成優(yōu)化修理方案和繼續(xù)開展技術研究的良性循環(huán)[5]。

3 結(jié)束語

采用動靜封嚴同時更換的方案，可進一步優(yōu)化維修方案，減少拆換數(shù)量，使起動機在翼壽命得到提高，發(fā)動機年送修率會減低，機隊起動機在翼時間將進一步提升，有助于提高工程技術管理水平。預防維修措施的落實，也可節(jié)約公司的維修成本[6]。

參考文獻

[1]霍尼韋爾. CMM 80-11-79 [Z]. 2019.

[2]彭明玉.波音737NG飛機發(fā)動機起動機故障診斷與分析[J].內(nèi)燃機與配件，2020，307（1）：157-158.

[3]姜琪，高藝聰，葉阿哲. CFM56-7B發(fā)動機的起動機螺桿斷裂分析[J].航空維修與工程，2020，351（9）：75-78.

[4]霍尼韋爾.SIL D201804000029 [Z]. 2018.

[5]劉正紅.民用飛機空氣渦輪起動機剩余壽命預測研究[D].天津：中國民航大學，2020.

作者簡介

蘇不，工程師，研究方向：航空發(fā)動機維修。

姜琪，高級工程師，研究方向：航空發(fā)動機維修。