45 某型涡轴发动机起动超温研究-秦银雷(4)

第二十八届（2012）全国直升机年会论文

某型涡轴发动机起动超温研究

秦银雷1 齐永2香承虎3

（1.陆军航空兵学院直升机机械工程系，北京，101123；2.陆军航空兵学院直升机机械工程系学员6队，北京，101123；3.武警新疆总队直升机大队机务中队，乌鲁木齐，830017）

摘要：涡轴发动机的起动性能直接影响着直升机的飞行安全。在发动机地面试车或空中起动时，时常出

现T4超温现象，轻则中止起动，重则损坏装备或导致飞行事故。本文针对某型涡轴发动机起动过程的超

温现象，分析了几种可能导致起动超温的原因，并提出了针对起动超温的维护及排故建议。

关键词：涡轴发动机；起动性能；超温

1 引言

涡轴发动机的起动性能直接影响着发动机的总体性能和直升机的飞行安全。发动机起动过程要求，在不喘振和不超温的前提下，在尽可能短的时间内安全可靠地起动[1]。然而在直升机地面试车或空中起动时，时常出现燃气涡轮后T4温度超温现象，轻则被迫中止起动，重则造成涡轮叶片烧坏，严重损坏装备或导致飞行事故。本文针对某型涡轴发动机起动过程的超温现象，分析了几种可能导致起动超温的原因，并提出了针对起动超温的维护及排除建议。

2 起动超温分析

发动机起动超温的主要原因就是起动过程中燃烧室供油量过大或者供油压力过大，造成燃烧室内燃气温度迅速上升，超过限制值。高温高压燃气在经过燃气涡轮时，对燃气涡轮叶轮做功，燃气一部分动能和焓转换成燃气涡轮的机械功。但由于燃气温度过高，燃气焓虽然降低，仍然具有很高的温度，造成T4超过限制值[2]。

2.1 超转放油活门故障

2.1.1 组成及工作状态

超转放油活门组件主要由电磁活门、增压活门和40%活门组成，如图1所示。其主要功用有：发动机正常工作时，超转放油活门向甩油盘供给一定的高压燃油；在停车过程中，当发动机转速（Ng）小于40%以后，排出甩油盘及喷油路系统内的余油；当自由涡轮超转时，迅速切断供油路，使发动机停车。

图1 超转放油活门

起动发动机时，燃油达到一定压力后，顶开增压活门，并分为两路，一路到球形活门油腔，一路通过内部油道经节流嘴达到薄膜下腔，在油压作用下顶起薄膜，联动活门上移，使下球形活门压在活门座上，关闭放油路；同时上球形活门离开活门座，接通通往甩油盘的供油路，向燃烧室供油。进油活门打开，放油活门关闭，燃油经甩油盘甩入燃烧室进行燃烧。在发动机停车过程中，关闭燃油主开关后，当Ng<40%后，在剩余泵压的作用下，40%活门的薄膜向下弯曲，联动活门下移，关闭进油活门使发动机停车。同时打开放油路，甩油盘的油放出。发动机停车后，系统内油压消失，弹簧推动联动活门上移，又回到供油位置，等待下次起动状态。

2.1.2 故障现象

以上所述的是超转放油活门正常工作的状态，当超转放油活门故障时就可能会导致发动机T4超温。例如陆航某部一架直9直升机正常悬停试飞，直升机落地发动机关车后，待发动机余温降到140℃后第二次起动，发现T4温度上升较快，迅速将油门杆后拉，起动失败。关车后冷吹发动机至余温120℃后第三次起动，点火正常。发动机T4温度上升至400℃时略收油门，T4温度继续上升，再收油门，感觉控制困难。当T4温度接近785℃时迅速回拉油门杆，此时T4温度继续上升至900℃直至温度指示最大处，并在此停留约3、4秒。最后将油门杆于后位使劲摇动，T4下降，发动机停车。

2.1.3 故障原因分析

对发动机本体及燃油附件进行了检查，发现超转放油活门上40%活门的薄膜破裂，导致发动机T4超温。40%活门作用是感受燃油泵压力，在发动机停车过程中，当Ng转速降到40%时，切断发动机的供油，并放掉喷射油道中的燃油。由于40%活门上的薄膜破裂，燃油通过薄膜裂口进入超转放油活门薄膜下方，将两个球形活门向上顶，进油球形活门不能关闭，因此燃油不受燃调计量油针控制继续进入甩油盘，增加了发动机供油量，导致T4温度继续上升。

2.2 压气机喘振

喘振是气流沿压气机轴线方向发生的低频率高振幅的一种振荡现象，对发动机的工作有着严重的威胁。引起压气机喘振的原因有很多，但根本在于叶片通道的扩压性。当压气机工作时，空气压力沿流动方向逐渐增大，存在反压差，若气流方向又偏离设计状态，就会造成气流叶背分离。发生喘振时，进气量不足，造成富油燃烧，易发生超温[1,5]。

压气机防喘的措施主要有中间级放气、旋转静止叶片和双转子压气机。该型发动机采用的是中间级放气方式，在燃气发生器转速较低时，通过放气活门放掉一部分轴流压气机出口的空气（P1′），防止压气机喘振。放气活门安装在压气机机匣锥形段上方，主要有空气引出管1、通过节气门2、传动系统3、控制系统4、微型开关5和接头6组成，如图2所示。

放气活门根据P2和P0空气压力自动控制活门的关闭和打开。放气活门控制部分有感受P2和P0的膜盒组，膜盒内部作用着P2空气压力，膜盒外部作用着P0空气压力。在发动机加速过程中，当P2/P0上升到调定值时，膜盒因伸长而关小薄膜控制腔的泄漏口，控制腔（节流嘴B下游）压力升高，薄膜左移关闭活塞腔（节流嘴A下游）的泄漏口，活塞腔内压力升高，活塞克服弹簧力下移，通过扇形齿轮将活门关闭。发动机减速过程中，当P2/P0下降到调定值时，膜盒收缩，薄膜右移，活塞腔内压力降低，活塞在弹簧力作用下上移，通过扇形齿轮打开活门，部分P1′空气经活门排入外界大气，可以有效的避免压气机喘振的发生。

图2 防喘放气活门

当放气活门开关时机异常时，容易发生喘振，发生喘振时，进气量不足，造成富油燃烧，极易发生超温。

2.3 假超温

飞行人员或机务人员是通过座舱内的发参指示器来判断T4温度是否超过允许值的，前提是要保证发参指示器上的显示是准确的，否则就会出现“假超温”。这主要取决于两个方面：一是测量的温度值可靠，二是显示的温度值可信。发参指示器在试车之前通过检查很容易判断是否正常，因此着重分析测量失真引起的假超温。

T4温度值是通过固定在自由涡轮导向器后支承的三个安装凸缘上的热电偶测量的。每个热电偶由两根导线组成，一根由“镍铬”合金制成，一根由“镍铝”合金制成。两根导线的一端焊成首尾相接，形成回路，绝缘地装在金属套管1中，第一个金属套管1固定在第二个金属套管2内。热电偶的探针插入自由涡轮导向器后支承的安装凸缘中，用螺母3拧紧。“镍铬”和“镍铝”导线在探针体内与也是由“镍铬”和“镍铝”合金制成的屏蔽电缆4的两根绝缘导线相连，“镍铬”和“镍铝”这两根金属导线串联便构成了热电偶。这两种特性不同的金属焊点，随着不同的测量温度成比例地产生不同的电动势。

热电偶测得的电信号经过直升机电缆，在座舱内的发参指示器显示出来[3]。

当T4测量线路断开、热电偶松动、T4的信号放大器故障时都可能导致T4温度指示不准确，

出现假超温。当出现超温时，首先应该检查三个热电偶是否故障，导致T4温度值测量错误。

2.4 其他原因

2.4.1 发电机电压不稳

当蓄电池的电压低或电流小时，导致发动机的转速上升慢，而此时的供油量不变，进气量不足，

造成富油燃烧，导致发动机的温度场不均匀，会产生局部超温。起动发电机的碳刷磨损，会导致起

动发电机力矩改变，可能引起起动变慢和T4增大[4]。

2.4.2 油门推动过快

该型发动机的油门大小是用手控制油门杆移动实现的，若油门移动过快，则容易造成发动机起

动超温或排气温度高。

2.4.3 外界大气条件

在炎热的季节里，大气温度高，一般来说，发动机容易起动。但是大气温度升高时，大气密度减小，会使空气流量减小，因而起动过程中容易造成混合气富油而使燃气温度过高。特别是再次起动时，由于发动机停车不久，燃烧室内温度仍然较高，流经燃烧室的空气受热膨胀，密度减小，这时起动点火装置喷出的燃料就会过多，以至混合气过于富油，不能被点火花点燃，发动机不能起动。因此，在大气温度较高的情况下，发动机停车后，应对其进行充分的冷却，以利于发动机的再次起动，防止出现超温而被迫中止起动[1]。

3 维护建议

若在发动机起动过程中出现T4超温时，首先应检查热电偶是否正常，如果没有故障，则排除“假超温”的可能；接着检查蓄电瓶电压和起动发电机是否正常；接着检查放气活门是否故障，如果放气活门故障，可能发生了喘振，要用孔探仪对压气机转子叶片进行探伤，发现缺陷后要对MO2和MO3单元体进行更换；再次检查超转放油活门是否正常，特别是检查40%活门的状态；如果故障仍没有排除，则需要更换燃油调节器或考虑发动机提前返厂。

发动机的起动与试车，是检查和判断发动机工作是否良好的一种重要方法，是定期检修的一项重要内容，是保证飞行安全的重要手段。起动试车时，试车人员要严格按照规定程序进行操作，实时观察发动机的各种工作状态参数的变化，遇到特殊情况，需沉着冷静，准确处理，避免严重事故发生，保证装备和飞行的安全。

参考文献

[1] 常春雷，韩雅慧. 涡轮轴发动机原理[M]，陆军航空兵学院，2011.04

[2] 佟永军. 航空发动机启动T4超温故障诊断[J]，航空维修，2007，01：54-55

[3] 朱迪. WZ-8系列发动机构造[M]，陆军航空兵学院，2010.07

[4] 段家宽. 涡轴八发动机起动超温故障调研[J]，空军第一研究所二室

[5] 张红兵. 一起阿依-25型发动机超温停车故障的原因分析[J]，航空装备，2011，03：47-49

Study for starting over-temperature of certain turboshaft engine

Qin Yinlei Qi Yong

(Helicopter Mechanical Engineering Department, Army Aviation Institute, Beijing 101123, China)

Abstract: The starting performance of turboshaft directly affects the helicopter's flight safety. T4 over-temperature phenomenon often appears in engine ground test or starting in the air, will result in ranging from suspension of starting to damage to the equipment or causing flight accidents. In this paper, several possible reasons which lead to the over-temperature are discussed, and some suggestions for maintenance and debugging of starting over-temperature are put forward.

Key words: turboshaft engine; starting performance; over temperature