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关于CFM56-5B发动机VBV润滑与柔性轴更换工作的浅谈

2020-03-20
代显荣
(西藏航空机务)
  CFM56-5B在平时航线和定检工作经常会涉及到VBV活门的相关工作,包括润滑,更换和检查等,在此对涉及VBV相关工作做一个简单的探讨和总结,本文从VBV功能入手,简单总结一下平时VBV涉及润滑与柔性轴更换的工作,最后还分析一些VBV常见故障及处理方法。作为对自己工作的一个提高,同时也作为与同行的一个交流和相互学习的一个机会。
  1、VBV的功能作用
  CFM56-5B属于双转子涡轮风扇发动机,在发动机运转时,连接高压转子的高压压气机(HPC)与连接低压转子的低压压气机(LPC)之间常常会产生不匹配,因此设计了可调放气活门系统(VBV)。
  VBV系统在发动机运转中起着至关重要的作用,在发动机恒速运转和加速运转过程中,它直接受可调压气静子叶片(VSV)的角形调节点控制:低转速时,低压压气机提供的压缩气流大大超过核心机所需利用的气流,这时VBV活门打开,将多余的压缩空气放出核心机;高速运转时,VBV活门关闭,这样低压压气机的压缩空气充分进入核心机,以满足发动机的运转功率需要。当发动机减推力飞行时,VBV活门打开,快速减推力时,VBV活门全开,将低压压气机(LPC)的压缩空气排出核心机,这时VBV起着增加低压压气机LPC内的空气流动和改善LPC和HPC之间的匹配作用。
  2、VBV的组成
  VBV作动系统(如图1)中包括:一个燃油驱动马达装置位于9点钟位里,一个主VBV活门以及11个随动门,这12个VBV活门均匀分布在LPC上,在燃油驱动马达与主活门之间装有机械止动装置,一根主柔性轴穿过机械止动装置连接驱动马达和主VBV活门,在12个VBV活门之间通过11根柔性轴连接,一个VBV位置传感器(RVDT)安装在机械止动装置上,在RVDT与主VBV活门之间连有一根力反馈杆。VBV由ECU控制、通过HMU供给高压燃油驱动马达作动。燃油驱动马达转动通过主柔性轴驱动主VBV活门,主VBV活门再通过柔性轴驱动其他的VBV活门。活门活动的极限位置由止动机构决定。

图1 VBV系统结构

  3、VBV润滑及检查
  为了能保证VBV活门能平稳顺畅工作,需要定期对VBV系统进行注油润滑。参考AMM75-31-00-640-801-A进行VBV润滑。⑴先拆下3点半钟位置的风扇气路面板,使用专用扳手(856A2501G01)将12个VBV活门摇到完全关闭位,然后在顺次拆下剩余风扇气路盖板并做好标记;(2)找出每个VBV作动筒的注油口,用干净毛巾蘸上异丙醇(CP1041)进行清洁,每个VBV作动筒只有一个注油口,在其铭牌附近(如图2);(3)使用装有Mobil28润滑脂的注油枪,注油头对准每个VBV注油点两人完成注油,一个人保持注油嘴位置,一个人打泵,加注大约0.1oz(2.83g)到0.17oz(4.82g)润脂,看到注油头有红油冒出说明已经注满,用毛巾将多余的油擦干净;(4)使用专用扳手(856A2501G01)向两个方向转动(从全开位到全关位),转动过程中注意观察每个活门都要跟着转,没有卡阻很轻松转动,重复转动至少3次,以确保润滑脂进入到每个作动筒,最后确定12个VBV活门在全关位,最后恢复风扇气路盖板,打上力矩。

图2 VBV注油口位置


  在打开风扇盖板后需对整个VBV活门区域包括柔性轴进行目视检查,检查活门有无变形损伤,封严是否有损伤,如有需参考手册进行更换;检查柔性轴有无断丝、损伤和鼓包,安装端是否有磨损,如有则更换柔性轴,并对安装件进行尺寸检查和弯曲测试。
  对于已经执行过CFMSB75-0056则还需润滑VBV止动机构(如图3),在取堵盖的时应小心的拿走废弃保险丝防止外来物损伤部件,取下并放好堵盖。注油前先计算出每次油枪每一个行程挤出油脂的重量(通过计算大概一个行程挤出的油脂重量为1g)作为一个参考,注油时把注油枪接到止动机构传动螺帽的注油嘴上,加注约0.5g的润滑脂,转动螺帽接近外侧轴承,往注油孔注入0.5g的油脂,使腔体下部的轴承得到润滑,转动螺帽直到和外侧止动螺帽/轴承咬合,通过注油孔注入1.0g润滑脂,润滑到丝杆和防转销的顶部,最后往丝杆下部的腔体注入4.0g的润滑脂,润滑到止动机构底部的腔体。注油结束后安装好堵盖,按要求打力矩保险。

图3 VBV止动机构

  4、VBV柔性轴更换
  VBV系统一共有12根柔性轴,其中一根是主轴由燃油齿轮马达驱动从而带动11根从动轴(也称为内联柔性轴)转动,一起作动12个VBV放气活门移动。(如图4)11根从动柔性轴组件是一个未防护功率核心,六角形接头在一端部和一个8点接头在另一端,1根主挠性轴一端是六角形接头另一端是花键槽端部接头。VBV活门之间通过这些柔性轴连接一起作动,通过连续的机械柔性传动轴安排,VBV活门保持完全同步化遍及他们完全冲程。如果柔性轴VBV柔性轴功能性衰退(如扭断)会导致其他系统的损坏。出现警告导致中断起飞,返航,延误及航班取消。因此一般在飞机达到12,000FH间隔需要跟换VBV柔性轴为新件。

图4 VBV柔性轴


  更换11根从动轴需要注意的要点:(1)拆装前都要使用专用扳手(856A2501G01)将12个VBV活门摇到完全关闭位;(2)在拆的时候顺时针推揉性轴,压缩弹簧,松开相反的一端,安装时通过风扇框架支柱将柔性轴的六角形端(弹簧端)安装到适用的作动机构中,压缩弹簧,将柔性轴的另一端安装到相邻的作动机构中;(3)最好是取一根装一根,这样就不需要去调整角度,新旧构型柔性轴不能混装,新型的轴套内径由于新型柔性轴的六边形端头直径增大而相应变大(与旧构型相比);(4)检查安装后人工开关几次活门,保证没有卡阻。
  更换主柔性轴需要注意的的要点:(1)拆装前都要使用专用扳手(856A2501G01)将12个VBV活门摇到完全关闭位;(2)依据AMM task 75-31-50-000-002拆下VBV主作动器,其中VBV系统主次活门在拆装过程中一定要注意不要掉东西到内涵道,否则会直接到高压压气机里造成压气机打坏.安装完后要把活门重新调到活门关位-Reference close;(3)通过燃油齿轮马达和止动机构拔出主柔性轴,安装VBV主柔性轴时,将主柔性轴的带有弹簧的那一端通过止动机构插入到燃油齿轮马达,并检查并确认主柔性轴上的弹簧在位,确保主柔性轴与燃油齿轮马达完全啮合;(4)在拆装时注意不要损坏止动机构前端的保护套(未执行SB75-0010),只有装有外部密封轴承的止动机构(已执行SB75-0010)才没有保护套;(5)不要将旧构型(未执行CFMSB72-0119)和新构型(已执行CFMSB72-0119)的柔性轴及轴套混装。新型的轴套内径由于新型柔性轴的六边形端头直径增大而相应变大(与旧构型相比);(6)根据AMM TASK 75-31-50-400-002安装VBV主作动器完成后人工操作检查VBV门系统开关几次,保证没有卡阻。
  VBV主挠性轴和VBV互连挠性轴的目视检查:(1)检查柔性轴是否有损坏(如图5),如鼓包(鼓包最大波幅大于0.020英寸)、断丝、变窄,内部损伤等,都需要更换;(2)对主、内连接的挠性轴六角端进行尺寸检查(如图6),检查磨损情况如下:①测量A尺寸(平端)。尺寸A必须是0.350英寸。(8.89毫米)最小。如果尺寸A小于这个最小值,则更换柔性轴;②测量尺寸B(横过六角形角)未执行SBCFM56-5B72-0119尺寸B最小必须为0.370英寸(9.40毫米)。已执行SBCFM56-5B72-0119尺寸B最小必须是0.385(9.78毫米)。如果尺寸B小于这个最小值,则更换轴;(3)对主、连接间的柔性轴进行尺寸检查(如图6)如下:①测量主柔性轴的尺寸,尺寸C必须在5.8英寸(147.32毫米)-5.83英寸(148.08毫米)之间,如果尺寸C超出限制则替换主柔性轴;②测量互连挠性轴的尺寸,尺寸D必须在6.805英寸(172.85毫米)-6.845英寸(173.86毫米)之间;如果尺寸D超出范围则替换互连柔性轴。

图5 柔性轴的损伤及检查

图6 柔性轴尺寸检查

  5、VBV常见故障及处理措施
  (1)故障描述:VBV活门的柔性轴绞断,排气温度(EGT)超温,发动机喘振。
  处理措施:发动机做内窥镜检查未见异常,于是更换VBV活门以及柔性轴,故障排除。
  故障分析总结:当柔性轴安装不到位,安装不正确,更换柔性轴低活门未在全关闭位或是安装完没有调节所有VBV活门在基准关闭位,都会导致VBV活门的柔性轴发生卡阻,造成柔性轴绞断,使VBV活门不能正常关闭或打开。在发动机大推力时,压缩空气从VBV活门溢到外涵道,这时核心机运转得不到充分的压缩空气,从而影响核心机正常工作以及由HPC提供冷却气源的高压涡轮主动间隙控制(HPTACC)系统的工作,最终导致EGT超温;在减推力时,多余的压缩气流不能全部排出核心机,阻碍了LPC内的空气流动,导致LPC与HPC间的不匹配,造成发动机喘振。在维修检查中应加强对VBV系统的检查,检查调节所有VBV活门在基准关闭位,检查VBV机械止动装置在关位,目视检查VBV活门,活门封严及柔性轴无损坏,检查柔性软轴六方形端无磨损,并用专用工具从两个方向人工转动VBV,确信VBV工作流畅、自如、无卡阻现象。
  (2)故障描述:燃油驱动马达漏燃油和本体故障。
  处理措施:
  ①对于本体损坏,我们只能更换此液压齿轮马达,试车检查正常;
  ②燃油渗漏故障主要是因气温的变化、部件磨损和使用维护不当造成的,对于漏油,经常发生在冬季航前启动发动机时。冬季航前漏油主要是发动机停车时,VBV活门是关闭的,启动时VBV活门需快速打开,可能产生高热,导致封圈变形从而漏油,等发动机运转5分钟后漏油即可减少或消失。另外VBV活门位置与发动机转速有关,导致马达经常作动使封圈易磨损产生漏油。齿轮马达过度磨损的主要原因(如图7)是急促的小排量震动(颤震)阻止了大排量运动所需要的液压动力模支撑及冷却作用的产生所导致。

图7 VBV齿轮马达磨损部分

  故障分析总结:对于确定的VBV马达漏油我们可以按AMM手册处理,静态下小于60滴/分不需要做维护工作,超过60滴/分需要做最小慢车渗漏检查。在慢车5分钟后,漏油小于60滴/分不需要处理,60-90滴/分最多可以飞行25个循环,超过90滴/分则需要更换液压齿轮马达。
  (3)故障描述:VBV止动机构卡阻,活门不能正常作动。
  处理措施:更换止动机构,故障排除。
  故障分析总结:止动机构(如图8)卡阻的最大故障源是内部的随动螺母,其次为保护罩损坏或漏装间接导致的卡阻。由于VBV系统灵敏度高,作动次数多导致随动螺母加速磨损产生变形,造成止动装置卡死,从而导致活门卡阻。在安装止动机构时,胶皮保护罩损坏或漏装,水或者杂质可能进入止动机构。杂质加速随动螺母磨损变形。而飞机在空中时,温度较低,水可能结冰,导致随动螺母卡阻,这些都可能造成止动机构损坏或主柔性轴被剪切断。在安装VBV系统的止动机构时,如果没有人工转动到全关位置或者连接主软轴时松动了止动机构的随动螺母的位置,导致活门与止动机构的位置不一致,当活门到达极限位置时,液压齿轮马达还能继续转动,此时作用在活门和柔性软轴上的力矩过大,造成柔性轴六方形端头磨圆打滑、断裂或者直接脱开连接,也可能造成活门和机匣的磨损。因此在更换VBV系统的止动机构以及连接主软轴时一定要使止动机构在全关位,并确认保护罩有安装在位。

图8 VBV止动机构

  参考资料:
  [1]A318/A319/A320/A321 AIRCRAFT MAINTENANCE MANUAL.revision number28,2018(6)
  [2] 敖良忠. CFM56-5B发动机VBV系统故障分析[J]. 中国民航飞行学院学报,2005(8)
  [3] 潘明旭. A320系列飞机发动机引气系统原理及故障分析[J]. 中国民航飞行学院学报,2013(3)
  [4] 文永生. 浅析CFM56 5B发动机空气系统及航线常见系统故障分析[J]. 江苏航空,2013(1)
  [5] 敖良忠. CFM56-5B发动机冬季运行燃油渗漏故障分析[J]. 航空维修与工程,2011(4)
  [6] 郑鹏飞. CFM56-5B发动机VBV故障引起的EGT超温[J]. 江苏航空,2002(3)

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