CFM565B发动机起动系统常见故障分析

中国民航飞行学院航空工程学院毕业论文CFM56-5B 发动机起动系统常见故障分析学生：余佳琦 指导教师：魏武国摘 要航空发动机是飞机的心脏，CFM56 系列发动机时 CFM 公司已研制成功并投入使用的新一代发动机。CFM56-5B 发动机采用的是空气涡轮起动机，主要包括空气涡轮起动机以及起动关断活门。空气涡轮起动机属于无压气机的涡轮起动机，具有输出扭矩大、重量轻、结构简单、工作可靠、使用方便等各种优点。目前民用航空发动机大多采用空气涡轮起动机。本文主要讲述了 A320 飞机上 CFM56-5B 发动机的起动系统组成以及工作原理，起动系统的几种主要运行方式，起动系统的主要部件的功能以及工作原理。并对部件进行 FMEA 分析，将可能出现的故障模式进行分析，给出排除故障的方法。在故障发生时，通过 FMEA 可以迅速确定故障原因，采取措施消除故障或隐患。关键词：CFM56-5B 发动机，起动系统，FMEA 分析中国民航飞行学院航空工程学院毕业论文The Common Faults Analysis of The Starting System of CFM56-5B EngineAbstractAviation engine is the heart of the aircraft ,the series of CFM56 engine as a new generation of engines which is successfully developed by CFM International and have been put into operation for several years.The starting system CFM56-5B use is air turbine system,it mainly includes air turbine starter and starter shut off valve.Air turbine starter has no compressor,with the advantages of large output torque,light weight ,simple structure,reliable operation,easy to maintenance and so on.At present,air turbine starter is used in most of civil aviation engine.This article mainly represents the composition and working principle of the starting system of CFM56-5B engine which applied in A320 aircraft,the main operation modes of the system,and the functions and working principle of the components of the system. It also make FEMA analysis to the components ,and analyses the failure it may take place ,gives the methods for the trouble shooting.When the faults occur,through the FEMA we can assign the reason for the faults,and take steps to eliminate the faults or risk. Key Words: CFM56-5B,starting system,FMEA analysis中国民航飞行学院航空工程学院毕业论文I目 录前言 .1第 1 章 CFM56-5B 发动机简介 .21.1 CFM56-5B 发动机的背景 .21.2 CFM56-5B 发动机的工作原理 .21.3 CFM56-5B 发动机的结构 .3第 2 章 起动系统 .72.1 概述 .72.1.1 起动基本概念 .72.1.2 CFM56-5B 发动机起动系统介绍 .72.1.3 空气起动机和活门系统 .92.2 起动过程 .132.2.1 自动启动 .132.2.2 手动起动 .14第 3 章 故障模式分析 .153.1 FMEA 分析方法 .153.2 故障原因分析 .153.2.1 空气起动机故障模式分析 .163.2.2 起动关断活门故障模式分析 .203.3 其他原因导致的起动失效 .203.3.1 辅助动力装置 .213.3.2 工作环境 .21第 4 章 常见故障分析 .224.1 发动机起动时活门打不开 .224.1.1 故障影响 .224.1.2 故障原因 .224.1.3 故障排除方法 .234.1.4 排故流程图 .234.2 发动机起动完成后活门无法关闭 .254.2.1 故障影响 .254.2.2 故障原因 .254.2.3 故障排除方法 .264.2.4 排故流程图 .264.3 发动机点火前起动慢 .284.3.1 故障影响 .284.3.2 故障原因 .284.3.3 故障排除方法 .294.3.4 排故流程图 .29总结 .31参考文献 .33致谢 .34CFM56-5B 发动机起动系统常见故障分析0前言CFM56-5B 发动机是当前应用比较广泛的发动机之一，特别是在 A320 系列飞机上。CFM56-5B 是涡轮风扇发动机，起飞推力从 21600-32000 磅不等用于适应推力需求。低压压气机有 1 级风扇和 4 级低压压气机，9 级高压压气机，全重 2381KG，2.14M 长，1.97M。作为航空发动机，最重要的便是安全性和可靠性，但无论任何发动机都会有发生故障的时候，CFM56-5B 发动机也不例外。起动系统是飞机系统中比较重要的一部分，起动系统的故障将会导致发动机起动不成功，其直接后果就是是航班延误或取消。不仅仅给航空公司造成经济损失，还会对公司声誉产生不好的影响。本文第一章主要介绍了 CFM56-5B 发动机，包括发动机的制造背景、工作原理以及发动机的主要结构，使读者对这个发动机有一个大概的了解。然后在第二章，详细介绍了 A320 飞机上的起动系统。先对起动系统进行概述是读者对起动系统有了一定的了解，然后详细介绍了起动系统的工作原理，即发动机是如何起动的。随后本文又介绍了起动系统的供气以及起动系统对发动机的某些系统进行检查是的两种起动方式：干启动和湿起动。最后本章详细介绍了起动系统各个部件的功能以及工作原理，主要包括空气起动机和起动关断活门，并附上图片方便读者理解。在第二章的基础上，本文第三章对起动系统的失效模式进行分析，主要包括起动机失效以及活门失效。并对每个部件上的一些重要的零件进行失效模式分析，并对故障影响、故障原因以及故障排除方法分别进行了详细的叙述。并在最后介绍了其他系统以及外界环境对起动系统的影响，使故障分析更加全面。第四章主要介绍了起动系统的常见故障以及排故的流程。中国民航飞行学院航空工程学院毕业论文1第 1 章 CFM56-5B 发动机简介1.1 CFM56-5B 发动机的背景1969 年法国政府针对国际民用航空市场形势提出了研究 10t 推力级涡扇发动机的课题,法国 SNECMA 公司经过分析和调查 ,1971 年底选择了美国 GE 公司作为合作伙伴,以美国 F101 军用涡扇发动机的核心机为基础发展满足 80 年代飞机低油耗低噪声、低污染要求的发动机。1971 年 11 月两家公司决定联合研制 10000daN 级的大涵道比的发动机。1972 年 2 月完成设计并开展试制，1974 年 9 月正式组成 CFM 国公司，发动机定名为CFM56，试制的头两台发动机相继在两家公司试车台试车。目前 CFM56-5B 为 CFM 系列较为成熟，技术先进且被广泛使用的发动机型号， CFM56-5B 发动机主要装备于空客 A319-A320-A321 系列飞机上。包括了 7 个系列的发动机，编号从 CFM56-5B1 一直到 CFM56-5B7 其中 CFM56-5B13 装备了 A321 飞机， CFM56-5B4 装备了 A320 飞机，CFM56-5B57 装备了 A319 飞机。相应的推力分别为： 30000lbs 、31000 lbs 、33000lbs、 27000 lbs、22000 lbs、 23000 lbs 、27000 lbs。图 1-1 CFM56-5B 发动机实物图CFM56-5B 发动机起动系统常见故障分析21.2 CFM56-5B 发动机的工作原理如图 1-2 所示，由风扇进入发动机的空气被分为两部分，一部分主气流（Primary Flow）通过低压压气机进入高压压气机，然后在燃烧室内同空气混合后燃烧，高温和高压的燃气通过高、低压涡轮做功。另一部分空气（Secondary Flow）通过外涵，经过风扇叶片和外部导向叶片（Outlet Guide Vanes ），排入大气，而这一部分空气提供过了近 80%的推力。图 1-2 CFM56-5B 发动机推力分布1.3 CFM56-5B 发动机的结构如图 1-3 所示，CFM56-5B 发动机采用的是模块化设计，17 个不同的模块被组装到 3个主要的模块：风扇模块、核心机模块、低压涡轮模块，另外还有附件齿轮箱模块。次气流主气流反推中国民航飞行学院航空工程学院毕业论文3图 1-3 发动机模块如图 1-4 所示，CFM56 发动机是高涵道比的涡扇发动机。发动机采用双转子，分别是高压系统和低压系统，共有 5 个轴承。发动机的主要结构包括：轴流压气机，一级风扇，四级低压压气机，九级高压压气机，环形燃烧室，一级高压涡轮，四级低压涡轮，尾喷管。CFM56-5B 发动机采用的是视情维修的方式，对各个部件进行状态监控，发动机一直保持在役状态，除非发生重大意外或发动机寿命到期。图 1-4 CFM56-5B 发动机的结构 附件传动5 个轴承低压系统2 个框架高压系统2 个集油槽风扇模块低压涡轮模块附件传动模块核心机模块CFM56-5B 发动机起动系统常见故障分析41.进气口：环形、无进口导流叶片，流道外壁设置消声衬板，无防冰装置。2.风扇：单级轴流式。风扇叶片带叶中阻尼凸台，有 36 片。风扇盘后部与增压级鼓筒相联，风扇轴由 2 个轴承支承。风扇出口导流叶片为实心铝合金锻件制成，风扇流道设置有复合材料的消声衬板。3.低压压气机：4 级轴流式。4 级转子为整体钛合金锻件制成，出口处沿圆周均布 12个可调放气活门，可于低功率状态将部分空气放至风扇通道。最大允许低压转子转速为 5200r/min。4.高压压气机：9 级轴流式。进口导流叶片和前 3 级静子叶片可调，静子机匣为对开式，69 级机匣为双层结构，外层机匣上设有 5 级空气引出口，内层机匣为低膨胀系数合金制成，并在 5 级引出空气包围中，起到了控制压气机后面级间隙的作用。转子叶片13 级为钛合金制，49 级为 IN718 制成，13 级叶片固定于轮盘的轴向燕尾槽中，49 级固定于环形燕尾槽中。所有转子叶片可单独更换，各级均设孔探仪检查口。5.燃烧室：燃烧室位于高压压气机和高压涡轮之间，采用的是短环形结构。来自高压压气机的空气和 20 个燃油喷嘴喷出的燃油在燃烧室内混合燃烧，油气混合气通过两个点火嘴点燃。9 级气体用于发动机引气和发动机控制。燃烧室整流装置和内外衬板火焰筒由 Hastelloy X 锻环机械加工成，内外壁均有分段气膜冷却。火焰筒头部有 20 个高压空气雾化喷嘴，燃烧室机匣材料为 IN718。6.高压涡轮：高压涡轮用于驱动高压压气机，他采用的是单级轴流式结构，由高压涡轮喷口，转子和低压 1 级涡轮喷口组成。高压涡轮喷口是在两片叶片之间形成 21 个通气口，他主要的作用就是将高温高压的燃气进行整流，进而让其有更好的方向进入到高压涡轮转子。导向器叶片和转子叶片均用压气机出口（CDP）空气冷却，高压涡轮与高压压气机组成的高压转子由前后二个轴承支承，其最大工作转速允许到 15183r/min，由高压压气机第 5 级和第 9 级引