B737NG航空发动机启动慢故障分析

谢福

摘 要：发动机启动系统是发动机非常重要的一个系统，在使用过程中经常会出现一些故障，影响航班的正常运营，因此研究发动机启动故障原因是非常有必要的。本文以波音 737NG（CFM56-7B）为例，从原理入手，进行分析，并总结在实际工作中所遇到的发动机启动慢故障，具有较强的参考价值。

关键词：发动机启动系统；故障分析；737NG

1 引言

2012年5月7日，某航空公司推出启动发动机时，双发N2转速达到21%后上升缓慢，机组正常提手柄，发动机起动成功，机组观察发动机起动过程中APU引气压力25 psi左右。航后双发EEC自检无故障代码，APU自检无当前故障[1]。

2 发动机正常启动原理

737NG飞机发动机启动过程如下：将启动电门置于GROUND位，启动活门打开使来自APU的引气通过并使启动机转动进而驱动发动机的高压转子（N2转子）加速。与此同时高压转子（N1转子）也跟随转动转速上升。当观察到N2转速上升到25%以上，或者N2转速达不到25%以上时，N2转速到达其最大冷转转速（指的是N2在5秒之内的上升小于5%）时，将发动机的启动手柄上提至慢车位。EEC将控制点火并供油，当燃烧室点火成功后，涡轮发出功率将于启动机一起带动转子转速上升。当N2转速达到55%时，启动机自动脱开，启动活门关闭，启动机慢慢停转。自此以后，发动机转子的加速仅是由于涡轮产生的功率大于压气机所消耗的功率，它将带动发动机的转速继续上升，直到发动机稳定工作在慢车转速[2]。

3 故障分析

发动机起动慢故障可分为两种：

（1）发动机冷转慢（提起动手柄前N2转速上升缓慢）；

（2）发动机起动悬挂（提起动手柄之后N2转速上升缓慢）[3]。造成发动机起动不正常的部件和系统有：

1）起动机及起动活门；

2）发动机燃油喷嘴；

3）发动机的燃油泵、HMU、PS3气管、翼梁活门、VSV及VBV系统；

4）发动机引气系统；

5）APU引气系统；

6）引气管路。

案例属于双发起动慢中的第一种情况，因为故障为双发冷转慢，双发中的起动、燃油、点火系统同时发生故障的概率很少，所以故暂不考虑发动机起动不正常前三个因素，重点分析APU引气系统与引气管路渗漏故障。当APU提供给发动机的起动系统的引气压力低时，起动机获得的热能较少，转换提供给N2转子的动能变少，因此N2加速速率变低，形成冷转慢的故障[4]。

3.1 APU引气系统引起的双发冷转慢故障

根据APU引气系统工作原理，影响APU引气的因素：引气活门、IGV控制系统、防喘放气活门系统、APU本体。

737NG飞机的APU引气活门不会调节APU的引气压力， APU引气活门只起开关作用。当APU引气活门开度不够时，无论是在发动机起动还是使用空调下APU引气压力都低，可以检查该活门本体的位置指示器确定活门是否开度是否正常。

因为APU引气压力低的故障只发生在发动机起动时，而在地面使用空调时APU引气压力正常，且APU自检无APU引气活门、PT、DP或P2故障代码，所以我们可以判断APU引气活门工作正常。

对APU引气压力起真正调节作用的只有IGV（即APU的IGV开度决定APU的引气压力）。当IGV的实际位置与ECU计算的指令不一致时，即 IGV的开度不够，流过负载压气机的空气流量不足，负载压气机对气体做功量不足以满足引气量需求，尤其是在起动发动机时。流过负载压气机的空气流量越多，负载压气机对气体做功量越大，APU引气压力越大；流过负载压气机的空气流量越小，负载压气机对气体做功量也越小，APU引气压力也越小。IGV的开度不够会导致APU引气压力低，而且根据波音的维护信函：件号为3886188-2 IGV作动筒可靠性不高，容易发生故障导致冷转慢故障。

APU引气负载影响APU发动机的供油量：APU的IGV开度变化时，流过负载压气机的空气流量也就改变，涡轮对负载压气机的输出功率也要求随之改变。根据APU燃油控制系统和IGV之间的关系，如果IGV在发动机起动期间角度不够，会有燃油流量变小的问题。燃油调节系统供给IGV作动筒的控制压力故障也会导致IGV开度不够，但从737NG机队APU燃调的可靠性分析燃调故障可能性较小。

当PT、DP或P2有故障（不能提供压力信号或提供的压力信号不正确）时，会导影响IGV的开度，继而影响APU引气压力，造成APU引气压力波动。总压PT和压差DP传感器管路容易堵塞和受到水汽的影响，造成APU引气压力波动或时有时无的故障，且在自检时可能无故障代码。可以通过清洁总压PT和压差DP传感器，吹通传感器管路能解决该故障。

根据APU防喘放气活门的工作原理，防喘放气活门的放气量会影响APU的引气压力。ECU根据IGV的位置， APU进气道的进气压力P2、进气温度T2，负载压气机出口的总压PT和压差DP传感器完成对喘振放气活门SCV的控制。总压PT和压差DP传感器、进气压力P2、进气温度T2都会影响SCV的开度。

APU本体故障导致引气压力低：主要是APU的涡轮叶片可靠性不高。涡轮叶片有损伤或移位都会导致涡轮叶片效率降低，需要增加更多的燃油流量来满足APU工作的要求，如果是由于APU本体故障导致APU引气压力低，那么APU的燃油流量和EGT都会偏高（尤其在起动大发时），可以通过译码、状态监控和对APU本体进行孔探检查。当APU本体故障时不管是在起动发动机还是使用空调下，APU引气压力都会低。

3.2 引气管路漏气导致的发动机冷转慢

737NG飞机引气管路破损泄露导致的管道压力低故障极少，常见导致引气压力低的故障为空调组件活门非指令性打开。组件活门（流量控制和关断活门）是一个电控气动的活门，管道中无压力时，弹簧力使活门保持在关位。查询南航可靠性中心，由于空调组件活门非指令性打开导致的冷转慢故障就有8起，占起动不正常较大的比例。endprint

根据机组检查单，发动机起动前都要将空调组件电门放到OFF位，隔离活门在自动位。此时起动发动机，如果某一空调组件活门不在关闭位，空调组件继续工作，为客舱或者驾驶舱提供调节的空气，将导致引气管路中的压力不足，从而导致发动机冷转慢或起动不成功。

当发生双发冷转慢，伴随APU引气压力低。根据现有的排故经验，在按照FIM手册排故的同时，对发生故障的航段进行译码，观察当时组件电门位置是否与活门位置一致。对故障航段译码时发现右组件电门放在OFF位，而右组件活门在ON位，如图1。

发生冷转慢故障可能伴随着的另一个故障现象：机组反应时驾驶舱或客舱有燃油味，起动结束后燃油味消失，尤其在起动右发时。广西分公司和郑州分公司各出现过几起发动机起动时客舱有燃油味的故障报告。这种情况基本上可以判断为某一空调组件活门非指令性打开，原因是发动机起动过程中，发动机带有燃油味的尾气被机尾右后侧的APU进气口吸入，进入负载压气机和引气管道，此时某一组件活门没有关，混有燃油的空气从空调系统进入驾驶舱或客舱。

当出现发动机冷转慢故障时，建议检查气源系统是否有渗漏。重点检查空调组件活门（起动发动机时组件活门在开位等同于气源系统渗漏）、APU气路上的单向活门、地面气源接头和单向活门、隔离活门。

4 总结

当双发冷转慢时，根据现有的排故经验，并按照FIM[5]手册排故的同时，应该还注意以下要点：

（1）自检APU，查看有无当前、历史故障代码，维护历史故障信息。APU的当前和历史故障信息，与发动机的故障代码不一样，是当有导致APU停车的故障时才会记录，其他的一般故障信息，例如APU引气压力低等故障，将记录在维护历史内，因此，除了要查询当前和历史故障信息之外，还要查询维护历史的信息。

（2）对发生故障的航段进行译码，检查起动时左右组件活门位置是否与组件电门位置一致。建议检查气源系统是否有渗漏，重点检查空调组件活门、APU气路上的单向活门、地面气源接头和单向活门、隔离活门。检查双发PRSOV是否在关位；使用引气测试工具检查双发高。

参考文献：

[1]波音公司.波音737NG飞机维护手册[K].第54版（R54），2014.

[2]廉筱纯，吴虎.航空发动机原理[M].陕西：西北工业大学出版社，2005.

[3]佘登凤.737NG 发动机引气系统故障浅析[J].中国民航飞行学院学报，2015：54-57.

[4]戴伯鸿.浅析737NG型飞机发动机引气系统及其故障[J].科技创新与应用，2013（11）.

[5]波音公司.波音737NG飞机故障隔离手册[K].第54版（R54），2014.endprint