V2500 1号发动机热空气泄漏.docx
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V25001号发动机热空气泄漏
航空工程学院
航空发动机综合课程设计
题目
HotAirLeaksonEngine1
1号发动机热空气泄漏
作者姓名
张运超
专业名称
热能与动力工程
指导教师
刘爱中
提交日期
答辩日期
目录
第1章V2500航空发动机概述-1-
1.1V2500发动机结构-1-
1.2V2500发动机常见问题-2-
第2章V2500发动机的空气系统-3-
2.1空气系统概述-3-
2.2短舱和附件冷却-5-
2.2.1短舱的冷却-5-
2.2.2飞机和发动机附件冷却-5-
2.2.3冷却发动机零件-5-
2.2.4零部件位置-6-
2.3HPT主动控制间隙系统-8-
2.4LPT主动控制间隙系统-9-
2.5转子主动间隙系统（RACC）-9-
2.6ECU冷却-10-
2.7短暂引气活门系统-11-
2.8点火系统冷却-11-
2.9压缩机控制-11-
2.9.1可变静子叶片系统（VSV）-11-
2.9.2可变引气活门系统（VBV）-11-
2.10短舱温度指示-12-
第3章故障分析-14-
3.1故障原因分析-14-
3.2故障树-14-
3.3排故过程-15-
参考文献-18-
第1章V2500航空发动机概述
V2500是先进的双转子、轴流式、高涵道比涡轮风扇航空发动机，由国际航空发动机公司（IAE）设计生产。
该发动机适用于中程和短程客机，它的推力在22000lbf~33000lbf之间，专门为空客公司的A319、A320、A321以及麦道公司的MD-90飞机设计。
V2500发动机的低压转子包括1级风扇，4级低压压气机，5级低压涡轮；高压转子包括10级高压压气机和2级高压涡轮。
其燃烧室为环形燃烧室。
图1为V2500发动机。
图1-1V2500发动机
1.1V2500发动机结构
进气道：
环形，无进气口导流叶片，无防冰装置。
风扇：
单级轴流式。
采用的是罗尔斯·罗伊斯公司从RB211-524E4和RJ500设计和发展而来的无凸台宽弦空心叶片，其增压比为1.7，叶片材料为钛合金，长度为558mm。
低压压气机：
4级轴流式（V2500-A1为3级）。
真空电子束焊接的鼓筒以螺栓固定在风扇之后，没有放气环。
高压压气机：
10级轴流式。
前5级静止叶片可调，增压比为16，压气机机匣为钢机匣，后面级为双层机匣。
燃烧室：
短环形。
采用了普拉特·惠特尼公司的浮壁燃烧室技术。
燃烧室壁是由金属层板外壳组成的，里面挂有合金扇形块。
这些扇形块“浮”在它们和外壳之间的冷空气上。
这样的设计提高了冷却效率，消除了压力，并且这些铸件都可以单独更换，因而减少了维修费用。
高压涡轮：
2级轴流式。
采用三维设计叶形、冷气单晶涡轮叶片和超塑性等温锻造的粉末冶金盘。
材料为MERL76，第1级导向器用MAR-M509精铸，第2级导向器用MAR-M247精铸，涡轮外环采用可调主动间隙控制。
低压涡轮：
5级轴流式。
采用三维设计叶形和叶尖主动间隙控制。
图1.1为压气机级数划分。
图1-2V2500压气机级数划分
1.2V2500发动机常见问题
1、高压压气机HPC第3级叶片：
高压压气机HPC第3级叶片土台的不规则磨损会导致发动机提前更换，更有甚者出现发动高压压气机第3级叶片断裂，导致整台发动机损坏。
2、高压压气机HPC第4级叶片：
高压压气机HPC第4级叶片也出现过断裂的问题。
IAE曾怀疑这是因为叶尖和机匣间隙过小造成的，由叶尖摩擦引发的也根部后缘位置产生交换应力引发裂纹，实验室的调查也发现所有裂纹的起点都是在叶片根部后缘处。
3、高压压气机5/6/7级叶片：
5级叶片中曾有一批叶片在制造过程中使用了不合格的工具，导致叶片上的止动片槽应力集中，从而导致在翼飞行时5级叶片断裂。
另外6和7级叶片也出现断裂的问题，通过重新设计叶根的形状，增加叶根部分的深度和宽度，为优化叶片的平衡，叶片的安装位置向压力面前移，同时也改变了叶片的材料。
通过一系列的改装，高压压气机第5/6/7级叶片的断裂问题得到很好的解决。
4、高压涡轮1-2级空气封严：
高压涡轮1-2级空气封严有裂纹会导致N2高压转子振动有突然增大的趋势。
通过改进高压涡轮的第2级静子叶片，增加冷却气流，改善高压涡轮1-2级空气封严的冷却，可以解决该问题。
5、高压涡轮第1级叶片的改进：
发动机在高推力的工作状态下，叶片经常会面临叶尖烧蚀的问题，导致发动机提前下发，在翼时间大大缩短。
新的叶片应用更好的内部冷却、合金材料和表面涂层，同时还增加了清除沙子的一些改进措施。
6、高压涡轮第1级叶片外空气封严问题：
曾有发动机因外空气封严冷却孔堵塞，导致外空气封严烧穿，进而烧穿高压涡轮机匣的例子。
第2章V2500发动机的空气系统
2.1空气系统概述
V2500发动机空气系统确保了压气机空气流量控制和涡轮间隙控制，同时也冷却和增压气流。
空气系统包含主要的，第二级（旁路）和附属（冷却和增压）气流和系统使用控制气流，它由两个主要的段组成：
发动机段和短舱段。
图2-1发动机气流
发动机段：
气流流动经过发动机供给2个组要系统。
1、内部空气系统，它由
（1）主要的和第二级气流
（2）轴承槽增压气流（3）冷却气流，三部分组成。
2、外部空气系统，它由
（1）高低压涡轮主动间隙控制
（2）高能点火器线缆冷却空气（3）发动机引气，三部分组成。
短舱段：
发动机短舱安装设计为沿风扇和核心机匣安装的发动机附件提供冷却和通风。
空气在组件内分布和循环，但不可超过特定组件的温度限制。
图2-2涡轮控制
图2-3压气机控制
经过发动机空气进口整流罩,前面安装风扇,全部发动机空气进入。
通过风扇压缩后,气流经分裂器分裂在风扇框进入主和副（旁路）气流。
空气系统逻辑通过FADEC控制详细叙述在章节73-20-00.
2.2短舱和附件冷却
动力装置冷却系统含有:
1、冷却发动机短舱舱
2、冷却飞机和发动机附件
3、冷却发动机零件（HPT,HPC,LPT,ECU）
2.2.1短舱的冷却
发动机短舱分为三个主要的区域：
（1）发动机空气进口
（2）风扇舱
（3）核心舱
发动机短舱舱功能有:
（1）足够大气流抵消发动机机匣热传递和发动机法兰漏气因此维持一个可接受的
舱温水准。
（2）冷却温度重要零组件。
（3）万一空气导管故障包皮压力载荷限制。
（4）通风舱于发动机关闭期间。
（5）通风易燃液体蒸气以排除火灾。
2.2.2飞机和发动机附件冷却
发动机短舱安装设计为装在风扇和核心机匣上的发动机附件提供冷却和通风。
空气在舱内分布和循环，但不可超过特定组件的温度限制。
2.2.3冷却发动机零件
不同的发动机零件经主要的气流（HPTACC,RACSB）,第二级气流（LPTACC）空气冷却。
进气口整流罩的戽斗允许通过冲压空气冷却ECU。
2.2.4零部件位置
高压涡轮主动间隙控制（HPTACC）系统位置，见图2-4。
HPTACC活门位于HPC压气机机匣在3点钟（从后向前看）。
图2-4HPTACC系统位置
ECU冷却系统位置，见图2-5。
图2-5ECU的系统位置
低压涡轮主动间隙控制（LPTACC）系统位置，见图2-6。
图2-6LPTACC系统位置
转子主动间隙控制和起动引气系统（RACSB）位置，见图2-7。
图2-7RACSB系统位置
2.3HPT主动间隙控制系统
发动机高压涡轮主动间隙控制（HPTACC）系统使用高压压缩机（HPC）引气从4和9级
来加热或冷却高压涡轮（HPT）防护套管支承结构。
系统目的是在巡航期间最大涡轮
效率和油门手柄最大期间减少排气温度（EGT）峰值。
HPTACC是一封闭式环形系统基于防护套管温度。
电子控制组件（ECU）首先计算HPTACC活门位置以控制防护套管温度到预定的水准。
然后,ECU送一个电信号到液力机械组件（HMU）以移动HPTACC活门。
HPTACC活门是一个液压作动筒连接第4级和第9级蝶活门控制气流到HPT防护套管支承结构。
两个线性可变微分传感器（LVDT）相连作动筒到活门位置反馈到两个热电偶是深藏在HPT防护套管支承结构并提供温度反馈到ECU。
图2-8
（1）HPTACC图解
图2-8
（2）
2.4LPT主动间隙控制系统
低压涡轮机匣通过风扇排出空气冷却经过一个阵的管道喷射和小的空气喷射冲撞在机匣外表面。
LPT主动间隙控制系统通过一活门控制经过FADEC系统保持LPT机匣防护套管间隙相对于LPT转子叶片末端。
间隙控制系统供气风扇引气从反推力装置内部筒体戽斗到LPT机匣经由圆形管道适合围绕防护套管支承结构。
根据发动机状况工作风扇引气流动通过ECU调节。
图2-9LPTACC图解
（1）
图2-9LPTACC图解
（2）
2.5转子主动间隙控制系统（RACC）
发动机转子主动间隙（RAC）和起动引气（SB）控制系统使用高压压缩机（HPC）5级引气在高空控制压气机间隔，使用9级HPC引气在起动和加速期间为压气机减轻载荷。
RAC系统功能是改善压气机效率在巡航期间,SB系统功能是改善发动机在起动和加速度期间失速裕度。
RACSB是一个开环式系统。
RAC控制系统导管第5级压气机的引气到HPC孔腔。
第5
级空气引起转子扩展和减少HPC间隙。
增加HPC效率导致低燃油消耗。
SB功能使用于发动机从低速起动和加速度期间。
在过渡期间,第9级引气增加发动机失速裕度。
在发动机起动,RACSB活门移动到第9级引气位置卸下HPC以改善发动机加速度。
在稳定的速度慢车以上,在低高度,RACSB活门在没有空气位置。
在高高度,RACSB活门引气第5级空气加热HPC腔减少压气机间隙和改善压气机效率。
当发动机关车,活门伸出到一失效安全没有空气位置。
图2-10RACSB图解
2.6ECU冷却
电子控制组件（ECU）是空气冷却。
此气流保持ECU内部温度在最大极限。
一个戽式进气口位于进口外部筒体。
它与筒体齐平和经过一管道到ECU供给空气。
冷却空气从ECU排放进入风扇舱。
空气进入ECU气流越过散热器冷却片。
用于正常工作,环境温度小于100℉（38℃）或马
赫数大于0.4,此冷却系统是适当的。
然后冷却要求是50g/s（1.765oz/s）,通过一戽斗在空气引入口整流罩外表面获得。
图2-11ECU冷却系统
2.7瞬时引气活门系统
瞬时引气活门（TBV）控制空气流动从高压压缩机（HPC）第9级到低压涡轮（LPT）腔。
此空气流动在发动机瞬时状态下增加压气机失速裕度。
TBV是一个两位蝶活门正常关闭。
它有一作动筒和一流程活门体。
TBV有一双重线性可变差动传感器（LVDT）告诉电子控制组件（ECU）活门的位置。
2.8点火系统冷却
为了不超出温度极限,点火线缆是空气冷却的:
204℃（399.2°F）（稳态）,232℃（449.6
°F）（短暂）。
冷却空气从风扇框出口接近的电动接线盒获得的高能点火器线缆。
增压器排出空气是从风扇框毂引气。
空气通过管携带到管捆装接合板在6点钟。
冷
却空气经过一个进口连接器进入两个点火器导线旋绕电路。
空气出口导线在火花点火器栓塞接头并变成核心包皮通风空气。
2.9压缩机控制
可变导向叶片（VSV）和可变引气活门（VBV）通过ECU控制。
VSV系统控制气流（主要的）经过增压器压气机下游。
可变定子叶片作动筒定位进气导向叶片和静子导向叶片,如计划通过ECU经过HMU。
VBV系统自动计划位置活门总打开作为校正核心和校正风扇速度功能。
2.9.1可变静子叶片系统（VSV）
VSV系统保持满意的压气机性能在工作状态宽广范围。
系统变化进气导向叶片角度和3级可变叶片,以高压级空气动力匹配压缩低压级。
这叶片位置变化改变有效角在空气流动越过压缩机叶片和叶片。
角度确定压缩特征（方向和风速）用于任何特别的级的压缩。
2.9.2可变引气活门系统（VBV）
在低核心发动机速度低压压气机提供比核心发动机更多的空气。
要匹配低压压气机排引气流到核心发动机要求在低速时,过量空气经过可变引气活门（VBV）排放进入风扇排流。
在较高发动机转速,VBV是关闭的因此全部增压器排放（主要的气流）进入核心发动机。
VBV是计划一校正核心发动机速度和校正风扇速度功能并从HP压气机气流操纵系统接收信号。
（经过HMU,VBV系统通过ECU控制）
2.10短舱温度指示
一个吊架出口温度探测器将应有效的作为一个附件来测量核心舱出口温度。
它将表
明超温由于松动或折断空气导管或从松动法兰,磨损VSV衬套等等。
图2-12短舱温度传感器和位置
发动机短舱温度指示系统由一探头和一个ECAM指示器构成。
发动机短舱温度探测
器有一-55℃到300℃（-67°F到572°F）范围。
信号馈送到EIU转变模拟信息到数字格式。
然后EIU传送数据到ECAM系统。
一旦温度达到240℃,指示出现在ECAM;当温度低于235℃时消失。
如发动机短舱温度超过240℃按驾驶舱显示,发动机要求排故。
图2-13短舱温度指示-下部ECAM显示组件
图2-14短舱温度图解
第3章故障分析
3.1故障原因分析
目标故障：
1号发动机热空气泄露。
发现故障首先要在TSM手册中根据现有的关键词找到相应的章节。
根据所查章节号TASK75-41-00得知，故障现象为CFDS（中央故障显示系统）上指示不正常。
在危害性方面，该故障可能导致严重的飞行事故。
该故障可能由以下原因引起：
1、发动机接口组件（EIU-1（1KS1））故障。
它可能导致短舱温度传感器无法获得在EIU上的短舱温度，或者无法将探测到的数据传输到ECAM显示面板上。
该故障可能导致接口数据传输组件传输错误的或者不正常信号，从而获得错误的热空气泄漏信息。
引起这个故障的原因可能有：
（1）组件老化
（2）接口松动受污染的原因。
2、发动机空气导管故障。
空气导管用来传输高温空气，若其泄露，可能引起热空气泄漏。
如：
4th和9th至HPTACC活门及HPT防护套管支撑结构管路，ECU与进口外部筒体齐平管道，核心舱出口导管，VBV后的风扇排流导管。
该故障产生的可能原因有：
空气导管由于磨损或松动等原因而产生泄露。
3、短舱温度传感器（4008KS）故障。
该故障同样可能导致短舱温度传感器无法获得在EIU上的短舱温度数据，进而影响温度的探测，从而无法获得正确的温度数据，有可能导致显示面板显示错误，得到错误的空气泄漏信号。
该可能的原因有：
（1）短舱温度损坏
（2）接向EIU插头故障等。
4、从EIU（1KS1）的插针到短舱温度传感器（4008KS）的插针之间的线路故障。
该段线路的故障将直接影响数据的传输，从而不能获得正确或及时的数据，导致错误信号。
可能的原因有：
（1）插针与导线连接处松动
（2）线路老化等原因。
3.2故障树
由以上分析可知，只要其中任意故障出现均会导致1号发动机热空气泄漏故障。
由此可以绘出该故障的故障树，从而帮助我们更加系统的排故。
X1：
短舱温度探头损坏X2：
接向EIU的插头损坏
X3：
组件老化X4：
接口处松动污染
X5：
空气导管破裂X6：
导管接口处松动
X7：
插针与导线连接处松动X8：
线路老化
图3-1故障树示意图
3.3排故过程
1、故障确定
用CFDS对EIU1做一个工作测试
2、如果这个工作测试给出的维修信息是：
核查1号发动机热空气泄漏，那么按以下步骤操作：
检查发动机空气导管是否泄露。
（1）如果故障继续：
更换短舱温度传感器（4008KS）
（2）如果故障继续：
更换EIU-1（1KS1）
（3）如果故障继续：
对从EIU1处插针到短舱温度传感器处插针之间的线路做一个测试和维修。
排故流程图如图3-2所示。
图3-2排故流程图
参考文献
[1]A320飞机维修手册AIRBUS
[2]A320飞机排故手册AIRBUS
[3]航空燃气涡轮发动机系统中国民航飞行学院
[4]唐庆如，敖良忠.AREO-ENGINELINEMAINTENANCE.中国民用航空飞行学院.009
[5]张在中，张翅.V2500发动机在运营中的常见故障航空工程与维修报2000.6
附录.工卡
A/CREG
机号
REV.DATE
修正日期
TITLE标题
HotAirLeaksonEngine1
1号发动机热空气泄漏
CARDNO卡号
B-2590
2011-12-06
Z76-CA-101-1
Item
工序
JobDescription
工作单内容
MECH
工作者
INSP
检查者
TASK75-41-00-810-801
HotAirLeaksonEngine1
1号发动机热空气泄漏
1.PossibleCauses
故障可能原因
--EIU-1（1KS1）
EIU-1故障
--engineairducts
发动机空气导管故障
--SENSOR-NACELLETEMPERATURE（4008KS）
短舱温度传感器故障
--wiringfromthepinAA/10BoftheEIU1（1KS1）tothepinA/1ofthenacelletemperaturesensor（4008KS）
从EIU1处插针到短舱温度传感器处插针之间的线路（4008KS）
2.JobSet-upInformation
工作准备信息
ReferencedInformation
参考信息
TSM70-00-00P.Block301STANDARDPRACTICES-ENGINE–GENERAL
标准的习惯做法
AMM73-25-34-000-041RemovaloftheEngineInterfaceUnit（EIU）
（1KS1,1KS2）
移除发动机接口组件
AMM73-25-34-400-041InstallationoftheEngineInterfaceUnit（EIU）
（1KS1,1KS2）
安装发动机接口组件
A/CREG
机号
REV.DATE
修正日期
TITLE标题
HotAirLeaksonEngine1
1号发动机热空气泄漏
CARDNO卡号
B-2590
2011-12-06
Z76-CA-101-1
Item
工序
JobDescription
工作单内容
MECH
工作者
INSP
检查者
TASK73-25-34-000-041
任务73-25-34-000-041
RemovaloftheEngineInterfaceUnit（EIU）
发动机接合面组件（EIU）的拆卸
1.ReasonfortheJob
工作目的
SelfExplanatory
自定义
2.JobSet-upInformation
工作准备信息
A.Fixtures,Tools,TestandSupportEquipment
固定设备,工具,试验和支持设备
-----------------------------------------------------
REFERENCE参考QTY数量DESIGNATION名称
-----------------------------------------------------
Nospecific无规定blankingcaps堵盖
Nospecific无规定circuitbreaker（s）safetyclip（s）
跳开关保险丝
Nospecific无规定accessplatform1.6m（5ft.3in.）
工作平台1.6m（5ft.3in.）
B.ReferencedInformation
参考信息
-----------------------------------------------------
REFERENCE参考DESIGNATION名称
-----------------------------------------------------
73-25-34-991-300Fig.401图401
3.JobSet-up
工作准备
Subtask73-25-34-865-061
子任务73-25-34-865-052
A.Open,safetyandtagthis（these）circuitbreaker（s）:
A.断开,保险并挂标签于这（这些）跳开关:
A/CREG
机号
REV.DATE
修正日期
TITLE标题
HotAirLeaksonEngine1
1号发动机热空气泄漏
CARDNO卡号
B-2590
2011-12-06
Z76-CA-101-1
Item
工序
JobDescription
工作单内容
MECH
工作者
INSP
检查者
A.IftheoperationaltestgivesthemaintenancemessageCHECKHOTAIRLEAKSENG1:
如果这个运行测试给出了维修信息是“检查1号发动机热空气漏”：
--examinetheengineairductsforleakage（Ref.AMMTASK75-21-00-200-010）and（Ref.AMMTASK75-21-00-200-011）.
检查发动机空气管是否泄露。
（1）Ifthefaultcontinues:
如果故障持续：
-replacetheSENSOR-NACELLETEMPERATURE（4008KS）,（Ref.AMMTASK75-41-15-000-010）and（Ref.AMMTASK75-41-15-400-010）.
更换短舱温度传感器
（2）Ifthefaultcontinues:
如果故障继续
-replacetheEIU-1（1KS1）,（Ref.AMMTASK73-25-34-000-041）and（Ref.AMMTASK73-25-34-400-041）.
更换EIU1
（3）Ifthefaultcontinues:
如果故障继续
-doacheckandrepairthewiringfromthepinAA/10BoftheEIU1（1KS1）tothepinA/1ofthenacelletemperaturesens
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