3505945系列空氣渦輪起動(dòng)機(jī)漏油失效模式分析

蘇不 姜琪 洪劍敏 惠寶

摘要：通過對(duì)3505945系列空氣渦輪起動(dòng)機(jī)漏油失效的子部件更換種類、使用時(shí)間進(jìn)行研究，并對(duì)不同修理廠家進(jìn)行歸類分析，針對(duì)修后使用時(shí)間差異，整理分析更換的失效部件，探討有效預(yù)防機(jī)制。發(fā)現(xiàn)在漏油失效模式下，若同時(shí)更換碳封嚴(yán)的動(dòng)靜封嚴(yán)，可大幅提高起動(dòng)機(jī)的使用壽命，節(jié)約維修成本，并對(duì)在大修模式下起動(dòng)機(jī)同時(shí)更換動(dòng)靜封嚴(yán)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：空氣渦輪起動(dòng)機(jī)；波音737NG；CFM56-7B；滑油；滲漏；渦輪封嚴(yán)

Keywords：air turbine starter；B737NG；CFM56-7B；oil；leakage；turbine seal

3505945系列起動(dòng)機(jī)裝配于CFM56-7B發(fā)動(dòng)機(jī)。廈航至2020年該系列起動(dòng)機(jī)送修記錄為665臺(tái)次，其故障將導(dǎo)致空中停車、滑油泄漏、緊急備降或較長(zhǎng)時(shí)間的航班延誤，對(duì)公司運(yùn)營(yíng)成本造成巨大影響，也嚴(yán)重威脅航空安全，因此，需要對(duì)其故障情況進(jìn)行研究。

1 起動(dòng)機(jī)工作原理及送修情況

該系列起動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、維護(hù)方便等特點(diǎn)，得到廣泛的應(yīng)用。起動(dòng)機(jī)由進(jìn)氣組件、靜葉、渦輪、保持環(huán)、切割環(huán)、內(nèi)部支撐和行星齒輪組件、大小齒輪、離合器、油泵組件等構(gòu)成[1]，通過APU或地面氣源的壓縮空氣使渦輪做功，獲得高轉(zhuǎn)速低扭矩，再經(jīng)減速后使齒輪獲得低轉(zhuǎn)速高扭矩，通過輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

修理報(bào)告按拆下原因劃分，前五大原因?yàn)楦邏鄄饟Q、漏油失效、磁堵碎屑、運(yùn)行中嚴(yán)重爆掉[2]。其中，漏油拆下的起動(dòng)機(jī)占比16%，是非計(jì)劃拆換中占比最大的一種失效模式[3]。

報(bào)告表明的漏油失效部件中，石墨碳封嚴(yán)失效占比65%，排除NFF（檢測(cè)無故障）件數(shù)量，占比高達(dá)79%，是起動(dòng)機(jī)漏油故障的主要來源。

2 漏油失效分析

2.1 漏油失效總體分析

在112臺(tái)次因漏油送修的起動(dòng)機(jī)中，平均使用時(shí)間（TSR）為6237h。其中，0～3600h的有51臺(tái)次，占比46%；3600～8000h的有27臺(tái)次，占比24%；8000～15000h的有24臺(tái)次，占比21%；15000h以上的有10臺(tái)次，占比9%。漏油失效的渦輪起動(dòng)機(jī)中，近半數(shù)TSR在3600h以下。

2.2 新件與修理件使用壽命分析

在這112臺(tái)次起動(dòng)機(jī)中，新件首次修理和非首次修理分別為45臺(tái)次和67臺(tái)次。圖1顯示了它們的平均使用壽命，分別為8807h和4356h，且在修理件中使用壽命在0～3600h的占比為57%，超過半數(shù)，即新件的實(shí)際壽命遠(yuǎn)高于修理件。

2.3 修理數(shù)據(jù)分析

112臺(tái)次漏油失效的報(bào)告中，OEM修理和MRO修理分別為33臺(tái)次和79臺(tái)次，修后有下一次修理記錄的分別為21臺(tái)次和58臺(tái)次，平均TSR分別為9652h和6101h，OEM的修后可用時(shí)間較MRO的高出58%。

2.4 修理更換子部件分析（A分析方案）

針對(duì)修后質(zhì)量差異，梳理所有報(bào)告，篩選出68份有效報(bào)告（無效報(bào)告包括NFF、無修理報(bào)告、無下一次拆裝記錄、不涉及碳封嚴(yán)的修理等）。其中，更換靜封嚴(yán)的數(shù)量和動(dòng)靜封嚴(yán)全換的數(shù)量分別為39臺(tái)次和29臺(tái)次，前者平均TSR為6165h，各修理廠家修后平均TSR如圖2所示。

29份更換了動(dòng)封嚴(yán)和靜封嚴(yán)的平均TSR為7649小時(shí)，各修理廠家修后平均TSR如圖3所示。修理廠家A的修后TSR如表1所示。

表1中的拆下時(shí)間多在2009年之前（GRTA8763的修理是發(fā)現(xiàn)動(dòng)靜封嚴(yán)配合不好），結(jié)合修理廠家A只更換靜封嚴(yán)的34臺(tái)的拆下時(shí)間均是2013年之后的，可以判斷應(yīng)該是動(dòng)靜封嚴(yán)更換方案的變化導(dǎo)致的差異。較早期更換動(dòng)靜封嚴(yán)組件的修后平均TSR為10473h（見圖3），后續(xù)只更換靜封嚴(yán)的修后平均TSR為5810h（見圖2）。若修理方案重新變更為更換動(dòng)靜封嚴(yán)，起動(dòng)機(jī)的在翼均值有望從5810h提升至10473h。

2.5 修理更換子部件分析（B分析方案）

針對(duì)OEM和MRO的修后質(zhì)量差異，梳理112臺(tái)次的修理報(bào)告，篩選出第一次因漏油拆下、下一次因漏油再次更換的24份有效報(bào)告，對(duì)兩者進(jìn)行分組比較。

靜封嚴(yán)和動(dòng)靜封嚴(yán)更換的分別為13臺(tái)次和11臺(tái)次，平均TSR分別為3787h和5401h?？梢钥闯?，動(dòng)靜封嚴(yán)同時(shí)更換的方案將漏油失效的平均TSR提高了43%。

2.6 動(dòng)靜封嚴(yán)同時(shí)更換方案影響性評(píng)估

服務(wù)信息信函（SIL）D201804000029[4] TABLE 3中霍尼韋爾公司推薦在每次大修時(shí)更換碳封嚴(yán)組件動(dòng)靜封嚴(yán)。

如圖4所示，近3年起動(dòng)機(jī)因漏油原因拆下送修的數(shù)量平均每年有8臺(tái)左右，2020年前9個(gè)月已有11臺(tái)因漏油拆下。

近5年的碳封嚴(yán)更換數(shù)量如表2所示，年平均更換量為81件，以2019年的107件作為預(yù)測(cè)方案變更后影響修理成本的年有效數(shù)量來計(jì)算，其中，高壽送大修數(shù)量為70件，按動(dòng)封嚴(yán)采購(gòu)費(fèi)用500美元計(jì)算，對(duì)于小修來說，建議廠家開發(fā)轉(zhuǎn)子修理、檢測(cè)工藝，以提升起動(dòng)機(jī)的在翼壽命；對(duì)于大修來說，因需要更換碳封嚴(yán)組件，年預(yù)增物料成本為35000美元。同時(shí)，因碳封嚴(yán)組件更換方案改變后，起動(dòng)機(jī)在翼時(shí)間大幅延長(zhǎng)，送修率逐年下降，物料增加成本將進(jìn)一步降低。

2.7 預(yù)防機(jī)制的探討

起動(dòng)機(jī)在翼時(shí)間延長(zhǎng)將大幅降低起動(dòng)機(jī)的年送修率，從而降低起動(dòng)機(jī)的小時(shí)包修費(fèi)率，小時(shí)包修費(fèi)率降低而節(jié)省的資金可用于研究起動(dòng)機(jī)高費(fèi)用、高壽子部件的深度修理及更換，如碳封嚴(yán)轉(zhuǎn)子的修理、檢測(cè)技術(shù)，碳封嚴(yán)轉(zhuǎn)子、靜子的匹配程度檢測(cè)技術(shù)等，可形成優(yōu)化修理方案和繼續(xù)開展技術(shù)研究的良性循環(huán)[5]。

3 結(jié)束語(yǔ)

采用動(dòng)靜封嚴(yán)同時(shí)更換的方案，可進(jìn)一步優(yōu)化維修方案，減少拆換數(shù)量，使起動(dòng)機(jī)在翼壽命得到提高，發(fā)動(dòng)機(jī)年送修率會(huì)減低，機(jī)隊(duì)起動(dòng)機(jī)在翼時(shí)間將進(jìn)一步提升，有助于提高工程技術(shù)管理水平。預(yù)防維修措施的落實(shí)，也可節(jié)約公司的維修成本[6]。

參考文獻(xiàn)

[1]霍尼韋爾. CMM 80-11-79 [Z]. 2019.

[2]彭明玉.波音737NG飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)機(jī)故障診斷與分析[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2020，307（1）：157-158.

[3]姜琪，高藝聰，葉阿哲. CFM56-7B發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)機(jī)螺桿斷裂分析[J].航空維修與工程，2020，351（9）：75-78.

[4]霍尼韋爾.SIL D201804000029 [Z]. 2018.

[5]劉正紅.民用飛機(jī)空氣渦輪起動(dòng)機(jī)剩余壽命預(yù)測(cè)研究[D].天津：中國(guó)民航大學(xué)，2020.

作者簡(jiǎn)介

蘇不，工程師，研究方向：航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修。

姜琪，高級(jí)工程師，研究方向：航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修。