传感器故障引起的CFM56-3发动机喘振分析

传感器故障引起的CFM56-3发动机喘振分析 传感器故障引起的CFM56-3发动机喘振分 析 中国西部科技201l~-OS月(中旬)第10卷第17期总第250期 传感器故障引起的6-3发动机II分析 李世林 (中国民航飞行学院航空工程学院,四川广汉618507) 摘要:发动机中的压力,温度等传感器故障,都是诱发发动机喘振的重要因素.本文针对CFM56-3发动机,讨论其温 度和压力传感器工作机理,依据发动机的控制规律,分析其对发动机气路状态的影响,研究其对喘振产生的危害度,提 出相应的维护建议,从而为研究发动机喘振提供理论依据,为机务维护提供工程支持. 关键词:喘振;压气机引气压力;压气机入口温度;CFM56 DOI:10.3969/J.issn.1671-6596.2011.17.002 l引言 喘振是航空发动机工作状态严重偏离了设计值,气流 在叶片通道内发生严重的气流分离,引起气流在压气机中 忽断忽续的,轴向的,周期性的,低频高幅的振荡现象. 发动机发生喘振时,会伴随着排气温度升高,转速摆动, 振动加剧,严重时会导致机件损伤,发动机熄火等严重故 障.发动机工作正常时,其压气机单级叶片前后的气流速 度三角形如图l所示,其中C.为入口绝对速度,?为入口相 对速度,u为压气机旋转线速度,c为入口绝对速度,为 入口相对速度. ?Cm 图1压气机单级速度三角形 发动机发生喘振时,压气机工作状态严重偏离设计 值,其根本原因是气流的流量系数变小,气体在叶背处发 生气流分离.同时由于空气流动的惯性,气流有加剧分离 的趋势,从而导致流量系数继续减少,喘振加剧(如图 2所示). Z)口 图2喘振时的单级速度三角形 飞机侧滑,进入其它飞机的尾流中,顺风过大结冰,反 推装置使用不当等状态都会引起发动机流量系数减小,引起 喘振.以上问题都可以通过严格操作程序防止,但如果发动 机的压力,温度等传感器发生故障,则很难对喘振进行修 正.CFM56-3发动机是国内民航运输机的主力动力装置,于 80年代大量引入我国,目前面临着全面老化阶段,此时由于 发动机性能的衰退,特别容易发生喘振.所以研究传感器故 障导致喘振的机理,对维护发动机状态,实现安全飞行有重 要意义. 2发动机控制规律 CFM56-3发动机采用机械液压式燃油控制,其核心部件 为主发动机控制(MEC,MainEngineContro1),其燃油控 制规律如图3所示. 图3CFM56-3发动机燃油控制规律 怔C通过油门杆输入PLA来确定发动机的目标转速,制定 出目标燃油值.同时根据压气机出口压力(CDP,Compressor DischargePressure)传感器,压气机引气压力(CBP, CompressorBleedPressure)传感器和压气机入口温度 (CIT,CompressorInletTemperature)传感器传来的信号 来确定瞬态时发动机的极限燃油值.然后通过MEC中的比较器 对目标燃油值和极限燃油值进行比较,取其中较小的值为实 际燃油值,供应给发动机工作.若CBP,CIT传感器故障,可能 会导致实际燃油值异常,造成燃烧室中燃烧不充分,压气机 收稿日期:2011一O4—14修回日期:2011一O4—28 作者简介:李世林(1978一),男,成都籍,讲师,博士研究生,主要从事航空工程研究工 作. 04 偏离其正常工作状态,引起发动机喘振. 3CBP传感器 3.1CBP工作原理 CBP传感器安装在MEC的后方,通过管路连接到高压压 气村L9级引气端口,感受自高压气机引气压力来调节加减 速供油 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 .它是一个双文氏管装魂,感受压气机引气压 力,反映了高压压气机第9级引气的流动速率.其工作原理 图如图4所示. MEG能根据CBP开度的大小,自动调整加速程序,当引 气需求量大时,能额外增加供油量,保持发动机推力和压 气机处的流量系数.CDP,CBP常作为一个系统来分析,如 图5所示.CDP系统感受压气机排气压力并定位CDP凸轮.伺 服燃油压力Pf经过节流孔供给CDP传感器,节流孔后的压力 为P5,此压力作用在CBP敏感膜盒的外部,CBP敏感膜盒的 内部通CBP力空气,CDP敏感膜盒的内部通CDP,外部作用 有CBP空气压力. 图4CBP传感器原理图 图5CDP和CSP系统结构框图 伺服燃油力Pf经过节流孔供给CDP传感器,此压力 P5作用在CBP敏感膜盒的外部,当此压力增加到一定程度, 敏感膜盒收缩,打开调节活门,允许P5爪力释放~tjPb, 厂]董 P5压力被调节到某'压力值.P5压力通过CDP分油活门敏感 凸台的上腔,Pb压力通到敏感『rL}台的下腔.在平衡状态, 分油酒门由P5,Pb和弹簧力保持在中立位置.在此状态 下,伺服活塞和凸轮保持不动(如图5所示). 如果CDP增加,导致调节活门关小,压力差P5一Pb增大, 此压力差作用于分油活门敏感凸台上,使分油活门下移, Pc力通到伺服活塞的下腔,伺服活塞上移,CDP凸轮顺时 针方向转动,扭力弹簧绕紧,恢复弹簧力减小,分油活门随 着凸轮的转动而向上移动,直到到中立位茕,系统再次平 衡,凸轮停在较高的CDP位置.CDP/CBP系统可以根据高压压 气机排气压力的大小,重新定位凸轮的周向位置. r…一一,i…一…一一一一一一 图6CIT传感器构造图 3.2CBP管道泄漏,损伤或堵塞 CBP管道泄漏和损伤将会引起cBP指示偏低,由CBP传感 器原理可知,燃油流量将偏人,涡轮前燃气总温升高,涡 轮功率人于气机功率,转速增火,流量系数偏小,会使 气流叶背处发生分离,当这种气流分离严重扩展至整个 叶栅通道时候,将发生喘振. CBP管道在高空堵塞时,cRP指示偏低,由CBP传感器 原理可知,燃油流量将偏大,涡轮前燃气总温升高,涡轮 功率大J压气机功半,转速增人,流量系数偏小,会使气 流侄叶背处发生分离,当这羊叶气流分离严重扩展至整个叶 栅通道时候,将发牛喘振.当CBP管道在低窄堵塞时候, CBP~h'偏高,燃油流晕将偏小,涡轮前燃气总温升低,涡 轮功率小于气机功率,转速减小,流量系数偏大,气流 在叶处发生分离,遗成涡轮状态,进而使通道减小,后 (下转第60页) 05 中国西部科技2011年O6月【中旬)第10卷第17期总第250期 锋作用 一 是重点落实好基层党组织的各项 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 .作为基层党组 织,要适应市场经济的新形势,进一步健全完善并严格坚持 党内生活制度,加强对党员的管理,切实抓好"三会一 课","党员目标管理"等各项制度的落实.特别是要结合 党员不同职业,岗位,有针对性地开展各项活动,对党员提 出不同的要求.要注重实际效果,加强对党员的日常管理, 按照支部考核 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 定期检查他们对工作和发挥作用的完成情 况,表扬先进,督促后进;对履行党员义务不到位,工作不 积极的,要给予批评帮助,使其快步赶上. 二是组织开展党员评议制度,严格坚持民主评议党员 工作.季度和年度评议工作要坚持制度性,严肃性,通过 评议,找准问题,解决问题,积极开展批评与自我批评, 营造良好的民主评议气氛.民主评议中,要征求部分党外 群众对党员的意见,对大多数党员,群众不满意的党员, 要给予警示,限期改正缺点,错误,促其快速转化. 三是开展特色活动.结合企业实际,有针对性地开展 生动活泼,喜闻乐见的文化体育活动,丰富生活,活跃气 氛,陶冶情操,密切关系,加强团结,增进了解,增进友 谊,构建和谐党支部:同时,对党员在提出的意见或好建 议要及时采纳,大力宣扬党员先锋岗,党员技术能手,安 全标兵和岗位典型,为党员创造一个发挥作用的宽松环 境.建立健全激励机制,构筑提高党员队伍的"绿色桥 梁",把党员队伍打造成为能够适应市场竞争的先进人力 资源,把创造力,凝聚力和战斗力体现到确保中心任务完 成上来. 四是细化党员标准.突出先进典型,发挥党员的先锋 模范作用,细化党员包保措施,明确界定党支部和党员岗位 及责任区的 职责 岗位职责下载项目部各岗位职责下载项目部各岗位职责下载建筑公司岗位职责下载社工督导职责.docx ,明确党员的包保重点和责任,把责任细 化,量化落实到每名党员头上,增强党员岗位的自控,互控 和安全生产过程控制的能力,发挥党员先锋模范作用,增强 企业发展的责任感和使命感,带头执行标准化作业,带头遵 章守纪,带头提升质量,确保党员自身无"两违",身边无 事故,真正使企业党支部和党员成为企业生产经营的先锋骨 干,形成党建工作融入生产经营的新格局. 五是激活党员潜能.紧密围绕企业改革发展,生产经 营, 安全管理 企业安全管理考核细则加油站安全管理机构环境和安全管理程序安全管理考核细则外来器械及植入物管理 ,质量管理,效益效率等重点工作,及时组 织党员开展形式多样的党内活动,发动党员在企业特殊经 营的环境里,攻坚克难,锐意进取,在"急难险重"的时 期,挺身而出,发挥党员先锋模范作用,团结带领职工群 众完成生产经营任务,创造新业绩,谱写新篇章. 党支部是党的最基层组织,党的各项方针政策最终要 靠这一级组织去落实,上级党委作出的决议和提出的各项 任务,最终要通过这一级组织带领群众完成.基层党支部 凝聚力,战斗力的强弱,直接影响党的领导和执政地位的 巩固,直接影响党的全部工作的落实和企业的和谐与稳 定.因此,大力加强基层党支部建设对于提高党的执政能 力建设具有特别重要的意义.作为上级党组织要进一步加 强对基层党组织的指导,管理和监督,创新党务工作管理 体制,建立加强基层党支部建设的长效机制和目标考核体 系,帮助解决提高基层党支部战斗堡垒作用的发挥,不断 巩固和增强党执政的组织基础,为提高党的执政能力提供 坚实的组织保证. 参考文献:(略) (上接第05页)面级的攻角增大,从而发生喘振. 4CIT传感器 4.1eli工作原理 CIT传感器是压力式温度传感器,感受高压压气机入口 温度.CIT传感器由敏感螺线管,螺旋管保护罩,敏感膜 盒,真空膜盒,计量活门和壳体组成.在螺旋管和敏感膜 盒内充有氦气,螺旋管的容积是恒定的,因此气体压力同 温度成正比.当压气机进口空气温度变化时,膜盒内氦气 的压力也随之变化,从而调节计量活门的开度,CIT传感器 原理构造图如图6所示. 真空膜盒将压力信号传至计量活门,计量活门改变反 馈膜盒的伺服燃油压力,反馈膜盒的伺服燃油压力平衡敏 感膜盒的压力.P6为CIT敏感膜盒供油压力,Pb为CIT敏感 膜盒回油压力,二者的压力差正比于CIT.CIT和N2信号会 改变MEC中的3D凸轮的位置,从而限制发动机供油,其结构 图如图6所示. 4.2CIT传感器冷漂移 当CIT改变,在传感线圈里的氦气压力改变,将会引起 传感元件打开或者关闭计量活门.计量活门改变在反馈元 件上的燃油压力,这个压力是用来平衡传感元件的.在 P6和Pb里的燃油压力差与CIT是成比例的,这个压力差被 MEC感应并用作燃油计划.当CIT传感器完全失效时,发动 机会自动进入失效保护模式,将CIT假设为15摄氏度.当氦 气压力损失时,会导致测量温度冷漂移,当CIT冷漂移时, 会改变3D凸轮的位置,改变先导阀的位置.其位置改变使 MEC控制可调放气活门偏关,使气流量偏大,使工作叶片进 口处绝对速度在发动机轴向分量上升,流量系数偏大,气 流在叶盆处发生分离,使叶片通道变小,从而造成涡轮状 态,进而使气流量减小,造成后面几级的攻角变大,使气 流在叶背处发生分离,当这种气流分离严重扩展至整个叶栅通道时候,将发生喘振. 5维护建议 CFM56—3是我国波音737经典型的动力装置,为了防止 处于衰退期的发动机保持良好工作状态,必须在日常维护 中注意保证发动机中各传感器的正常工作. CBP传感器依靠气体作为媒介传递压力给MEC,需要保 证在传递过程中,管路接口处不会出现泄漏.同时由于空 气中的水分沉积可能会导致管路堵塞,需要定时检查管路 6点位置的放水孔是否堵塞.若在发动机启动加速过程中出 现喘振,则需要考虑更换MEC进行检查. CIT传感器依靠感应螺线管中的氦气压力变化来确定压 气机入口温度,所以需要定时检查是否出现氦气泄漏.同 时,对感应油路P6和Pb,需要检查是否渗漏和堵塞,以防 止CIT传感器出现温度漂移. 参考文献:(略)