1、 浅谈莱康明发动机点火系统常见故障分析及排除近十几年里，中国有越来越多的用户在使用美国莱康明航空发动机，随着维护的深入，发现发动机故障率中占比例最高的是点火系统故障。下面以德事隆莱康明公司生产的 IO -3 6 0 -L 2 A 发动机选用的美国 CHAM PION 公司生产的点火系统为例，分析点火系统在飞行使用中最常遇到的问题及分享排故的一些经验。 1 莱康明发动机点火系统基本组成及分布 莱康明发动机点火系统主要由：磁电机(包括外部导线和开关)、高压导线和电嘴三部分组成。每个气缸有两个电嘴，分别安装在气缸头的上部和下部，有两个磁电机通过高压导线分别控制每个气缸的一个电嘴，即一台发动机有两套独
2、立的点火系统。一般两个磁电机是分开安装的，也有两个磁电机合在一起共用一个转子，由一个传动齿轮带动。阿维科莱康明公司生产的IO -5 4 0 -C4D5D 发动机选用的 D6 LN-3 0 0 0 型磁电机就属于这一类。各型莱康明发动机使用的磁电机原理大同小异。 2 磁电机单磁掉转异常故障 发动机在使用中，飞行人员或机务人员在对发动机试车时，在对磁电机进行试单磁工作时，常会遇到这样两种情况：要么单磁工作时发动机不掉转，要么单磁工作时发动机转速迅速下降，发动机失去功率。这两种情况可以归结为：(1)在单磁位双磁工作。(2) 在双磁位单磁工作。 3 在单磁位双磁工作分析 3.1 在单磁位双磁工作的原因
3、 它的现象即试车试单磁时，一个磁电机工作时发动机不掉转，另一个磁电机工作时发动机掉转正常。这种现象的原因是在试单独的一个磁电机工作性能时，另一个磁电机没有关闭，而在正常工作。在日常维护中，排故时会发现，另一个磁电机由低压电路中的电容正极引出接到磁电机开关的接地线断路。而最可能断开的位置在电容正极引出的接线桩处的接地线的接线片根部导线断开。这样就造成了这个磁电机不能关闭。本来应该在试单磁时，让另一个磁电机通过接地线在磁电机开关处接地，使其不工作。现在接地线断路，就等于磁电机低压电路中的一次线圈始终能产生感应电流。发动机转动，断电器就会正常工作，一次线圈就会产生自感应电动势，从而让高压电路中的二次
4、线圈产生感应电动势，让磁电机始终产生高压电。因为接地线断开就等于磁电机开关对磁电机的控制失去作用，磁电机开关无法让磁电机的一次线圈接地，只要发动机转动这个磁电机就正常工作，就无法试单磁。 3 .2 定时灯在查找单磁位双磁工作故障中的应用 定时灯是给磁电机在外定时安装中，判断磁电机是否安装精确的工具。大多使用以电池为电源的定时灯，如 E A S T E R NT ECHNOL O GY COR P OR AT ION生产的 E50 型定时灯。这种定时灯在磁电机断电器触点断开时灯亮，闭合时熄灭。交流定时灯的工作方式与上述相反，当断电器触点断开时灯熄灭。在上述故障的分析中，在单磁位双磁工作的故障是可
5、以在运转发动机试单磁中检查出来的。但是当停车排故时，拆掉了发动机整流罩，可是肉眼却看不出电容正极到磁电机开关的接地线哪里断了。因为有时导线内部的金属线断了，而外面的绝缘层完好无损。这时发动机试车人员甚至会怀疑自己的判断，记不清是左磁不掉转还是右磁不掉转，而装回整流罩给发动机试车又很麻烦。这时使用定时灯就可以简单有效的判断哪个磁电机不能接地。把定时灯的两根正线接在两个磁电机的电容正极，而负线接地，此时磁电机开关都在 OF F 位。当拆掉电嘴，顺旋向搬动螺旋桨到一号缸膨胀作功行程使冲击联轴器脱开，然后回搬螺旋桨到一号缸压缩行程上死点前 2 5 附近来回晃动时，会发现有个定时灯会亮而另一个灯始终不亮
6、，不亮那个灯相连的磁电机为正常，亮灯相连的那个磁电机为故障。因为磁电机开关在 OF F 位，两个磁电机均应接地。亮灯说明这个磁电机没接地，断电器对低压电路起作用。这时只要找到这个磁电机接地线断开的位置就可以排除故障，断处多在电容正极接线处的接线片根部胶套内。这是一个利用定时灯排故非常好的例子。3.3 在双磁位单磁工作分析 这类故障只能在试车试单磁时才能发现。它的现象是当磁电机开关位于单磁位时，一个磁电机单独工作时，发动机不掉转，而另一个磁电机单独工作时，发动机转速迅速下降直至为零，即发动机不工作。这是因为有一个磁电机使终没有工作，即无论磁电机开关在双磁位还是在不掉转的单磁位，都只有一个磁电机在
7、工作。另一个不工作的磁电机故障的原因有很多。比如装配磁电机时未连接内部的电容插线;磁电机断电器故障; 磁电机分电器故障;磁电机线包不绝缘等。当更换这个故障磁电机后，发动机单磁掉转就可恢复正常。 4 电嘴积碳引起的发动机抖动 莱康明的发动机抖动多数是由电嘴积碳，造成电嘴的中央极和旁极相连，而使电嘴不跳火。对于四缸的莱康明发动机，如 IO-36 0 -L 2A 发动机，在查找故障电嘴时，有如下规律：如果是左磁电机单独工作时，发动机抖动并掉转 2 0 0 R P M 以上，则检查左边 2、4 缸下部电嘴和右边 1、3 缸上部电嘴，简称左下右上如果是右磁电机单独工作时，发动机抖动并掉转 20 0R P
8、M 以上，则检查右边 1、3 缸下部电嘴和左边 2、4 缸上部电嘴，简称右下左上。对于装有 G10 0 0 系统的飞机，甚至可以根据每个气缸的排气温度的差异，确定是哪一个电嘴故障。有少数比例的飞机，在出原厂时，磁电机的接地线在磁电机的开关处或电容正极接线处，左磁电机和右磁电机互相接反。这并不影响飞机的安全性，但对排故有影响。比如现在试车试单磁，左磁电机工作右磁电机接地。发现发动机抖动并掉转 3 0 0 R P M，2 号缸排气温度异常，初步判定为 2 号缸下部电嘴因积碳而未工作。而因左、右磁电机接地线接反，实际故障的电嘴为 2 号缸上部电嘴。5 点火系统隔波装置故障引起的机载电子设备干扰 5.
9、1 磁电机及其外部导线的隔波 先介绍磁电机外部的连接导线，这很容易让人混淆。S L ICK 磁电机的电容正极_越小，国内一些设计院推荐压低水位距离转轮下环 12 m，转轮直径越大、转速越高的机组可以取较大值。 4.7 给气开始时间 为防止抽水调相起动时发电电动机的起动电流过大，一般在低转速时(10 %15%额定转速)即开始给气压水。发电调相的启动是先发电并再转发电调相，故在额定转速下给气压水，此时要防止机组进入深度反水泵而导致机组逆功率保护动作出口，通常需要快速压气和适时闭锁逆功率保护。 4.8 补气 漏气点：主轴密封处漏气至水车室;竖向回流与水平回流引起的尾水管逸气;水环排水阀夹杂气、水至尾
10、水管肘段。从天荒坪、宜兴实际运行情况观察，主轴密封处的漏气很少，但在机组调相运行时，尾闸处确有大量的气体排出，证明后两种漏气确实存在。补气方式有：连续补气：需要补气阀保持一个合适的开度，将补气阀常开，但此开度很难找到。根据尾水管水位控制补气：一般在尾水管设水位测量装置，在调相时投入。这种方法的主要影响在于尾水管肘管处振动大，环境湿度大，对水位测量装置的技术要求高。根据吸收功率控制补气：据试验证明，转轮在空气中旋转所消耗的功率仅为相同条件下在水中旋转消耗功率的 10 %-3 5%，故可利用功率继电器来控制补气，该法的缺点在于，补气只能在水淹没了转轮后开始，会造成不必要的能量损失，增大机组的振动。
11、 4.9 排气结束的判据 广蓄是利用安装在排气管上的一个流量传感器进行判断，当探测到水流量后延时结束排气。天荒坪、宜兴则是通过测量机组的吸收功率判断排气是否结束。因为相同转速下，转轮从部分淹没在水中到全部淹没，吸收功率激增，根据宜兴的运行经验，吸收功率从16-17 m m 到约 2 0 m m，用以改善二次稳定流和缝隙中压力脉动的放大作用;对导叶尾部(水泵模式)进行了修型，减小出水边侧的臂长。导叶修型后，宜兴进行了各种稳定工况、暂态过程和工况转换试验，均没有出现自激振动。 4.14 保护配制 为了提高调相的启动成功率与运行可靠性，需对保护做特殊的配置，如：由于调相启动过程中的电流很小(宜兴：调
12、相启动过程中最大电流约 0 .7 6 k A;调相运行电流约 0 .3 k A;抽水运行电流约 10 k A)，需对差动保护、低压过流保护、定子接地保护(9 5%、10 0 %)、过电压等整定特殊的定值;由于抽水蓄能机组具有发电与抽水两个方向，需对方向性保护如负序过流、失磁保护、相序监视等配置不同方向的保护并选择性投入。5 结语 调相运行是抽水蓄能机组重要的运行方式，有利于电的稳定运行，调相压水系统是保证调相运行的关键因素之一，设计时需综合考虑多方面因素，该文结合国内部分已投产电站实际运行情况，简要介绍了调相系统在设计时应关注的一些因素，希望为抽水蓄能电站的设计提供思考点。飞机暴露在大气环境中
13、，外部环境因素会对航空器的安全、正常运行造成不良影响。为了改善这些不良影响带来的被动局面，从制造商的维护文件体系到航空公司的可靠性、工程和维修管理体系，对飞机维护全过程都应该考虑环境因素的影响。根据航空公司的运行经验，影响飞机维护的天气和环境因素主要包括外界污染、高温、低温冰雪、雷雨、潮湿和高酸碱度空气、候鸟、大风等。 1 外界污染 1.1 发动机压气机叶片和气流通道上的沉积物 发动机压气机叶片上的污染沉积物会恶化转子叶片工作特性，增加油耗，引发 EGT 高温和发动机振动增大。 维修建议： 航空公司可以根据机队发动机性能梯次实施发动机水洗工作，以清除发动机压气机叶片和气流通道上的沉积物，部分恢
14、复发动机性能、减少发动机燃油消耗、延长发动机在翼时间。 1.2 APU滑油散热器污染 APU 滑油散热器污染可能导致 APU 滑油温度高，造成 APU 自动停车。 维修建议： 应采集 APU 滑油温度，分析评估污染情况，制定清洗计划，利用航后和定检清洗或更换 APU 散热器。工程部门应根据季节情况调整维修方案，缩短检查更换周期和间隔。 1.3 机身外表的污染 由于受到来自大气、地面、燃料废气等方面的污染，飞机外表面会沉积污染物，这些沉积污染物使飞机表面光洁度降低、摩擦阻力增大、飞行油耗增加。飞机外表污染严重时，飞行阻力增加 1%2%，全年油耗增加在 5090 吨。 维修建议： 定期清洗飞机外表
15、面，定期为飞机外表面抛光打蜡，使其恢复光洁度和良好的气动性能，以减小飞行阻力、降低油耗。 1.4 空调系统故障 中国北方地区每年 4 月下旬至 5 月底的沙尘、雾霾、大风、雷雨等多变恶劣天气与杨絮、柳絮结合，经常造成飞机空调系统制冷效果差、组件出口温度高、散热器堵塞和 ACM 叶片断裂等故障，空调系统故障几乎是目前导致航班延误的最多因素。以国航为例，2014 年 5 月初，国航机队(集中在波音 737 机队) 爆发因飞絮导致的空调系统故障，造成航班大面积延误，运行品质及服务质量急剧下降。从可靠性四位章节的排位分析来看，对国航波音737NG 机队运营影响较大的系统为 2151 空调组件控制系统，
16、从不正常千次率的变化趋势来看，每年的 5 月是 2151 章故障高发时期。 维修建议： 1)评估修订维修方案中关于散热器的更换间隔、时机、方法，可以在春夏季飞絮较多时缩短更换间隔。 2)改进热交换器清洁方式，试点将高压气体吹除改为吹、吸结合，航线水洗;热交换器清洁 2 次若无效果，则更换热交换器。 3)在大风、沙尘和柳絮季节，对全机队空调组件出口温度采集并排序，掌握机队空调的整体状况，根据空调系统出口温度的排序，确定需优先更换的散热器、优先在翼清洁散热器的飞机。 4)在热交换器定期在翼清洁和离位清洁的维护基础上，实施热交换器定期换芯的计划方案。 2 高温 外界大气高温主要是对飞机的火警/高温环
17、路探测系统以及发动机性能产生影响。 2.1 飞机火警/高温环路探测系统 A320 飞机的机翼引气渗漏探测系统由于设计原因在夏季时故障率较高，容易触发虚假警告，全球空客 A320 机队因该故障而导致的航班延误率均较高。因此，在夏季的换季检查时，应对每架飞机的探测环路进行测量，以便提前发现性能已经衰减的探测元件，减少虚假引气渗漏故障。 具体的防范措施包括： 1)当地气温超过 30时，尽量使用廊桥空调;若当地机场不具备廊桥空调，则尽量关闭右空调，只使用左空调。2)当地气温超过 30时，地面人员应及时通知机组放出缝翼;因加油时需收上缝翼的情况，在加油完成后，地面人员应及时提醒机组再次放出缝翼。 3)当
18、地气温超过 30出现大翼渗漏警告信息时，应关闭空调，断开 APU 引气，放出缝翼。 4)如果当地机场日照强度大，飞机流控时间长，除了对空调舱外部进行物理降温外，还可根据实际情况对大翼进行物理降温。 2.2 发动机 高温环境对发动机的影响主要表现为降低了发动机的 EGT 裕度。在全推力起飞状态，发动机涡轮前温度增高，使发动机热部件承受更大的热应力，进而将增大热部件的损耗，缩短部件寿命。 应对措施为： 1)减推力起飞可以有效提高 EGT 裕度，显著降低 EGT 裕度的衰退值，节约维修费用，降低空中停车率、提前换发率、班机延误率、使用性能衰退率，从而降低运营成本，提高经济效益。 2)水洗发动机是另一
19、个恢复发动机 EGT 裕度的有效方法。通过对发动机进气道、风扇叶片及整个核心机气路进行水(或水溶清洗剂) 冲洗，可以清除发动机压气机叶片和气流通道上的沉积物，改善转子叶片工作特性，部分恢复发动机性能，一般可获得 515的 EGT 裕度。 3 低温、冰雪 寒冷低温天气给飞机系统附件带来较大影响，主要表现为风挡玻璃、水系统、起落架、燃油、液压等系统故障的高发。 3.1 驾驶舱风挡玻璃 受极寒天气影响，驾驶舱风挡玻璃韧性降低，如果没有经过逐步的温升预热，直接大功率进行风挡加温，极易使风挡玻璃由于受热不均匀或温差突变造成裂纹破损。 维护建议： 1)及时清除风挡玻璃上的积雪和结冰。 2)冬季航前首先使用
20、空调加温方式预热客舱和风挡玻璃，或使用低功率加温对驾驶舱风挡玻璃进行短时的适度预热，增加其强度，为飞行中大功率加温做好准备。 3.2 燃油系统 地处北方地区的 A330 机队冬季经常出现大翼燃油泵指示低压的情况，原因是由于油箱放水不彻底，造成燃油泵压力传感器管路积水结冰。该型飞机燃油泵压力传感器管路较长且无回路，管路内进入水分后无法排出，气温低时积水冻结，阻塞传感管路，使压力传感器无法感知燃油泵压力，造成传感失效。 维修建议： 1)在南方或气温较高的外站建立放沉淀能力，如在执飞的南半球国家的机场或国内广东、福建、广西等地机场执行定期放燃油沉淀工作，确保油箱内的水彻底放出。 2)飞机制造厂家对燃
21、油泵传感器管路进行改装，以彻底解决此问题。 3.3 氧气系统 气温每变化1，氧气压力大约变化 5psi。冬季飞机在航后维护时，由于当时机舱内温度较高，氧气压力处于标准范围内，但随着停场后机舱内温度的降低，次日航前有时出现氧气压力低于标准要求而不得不充氧的情况，甚至可能导致航班延误。 维修建议：在航后维护工作中应考虑低温因素，适当提高充氧标准。 3.4 电子、电气系统 飞机电子、电气设备对环境比较敏感，计算机、控制组件等电子设备对环境要求很高，过高和过低的温度、湿度都会对其性能造成影响。冬季气温低，电瓶中的化学物质反应变慢，常表现为放电电流低、充电时间长。 维修建议： 航前适当提前给飞机通电，以
22、保证飞机各系统的工作正常。为保护电瓶，在外界温度很低而需要启动 APU 时，应尽量先使用地面电源和地面空调暖机后再启动APU。另外，在外界气温很低而飞机停场时间又较长时，应将电瓶拆下。 3.5 水系统 冬季飞机航后停场过夜，在外界温度很低的情况下极易造成水系统管路结冰。从以往的维护经验来看，寒冷气候对 38 章水/污水系统的影响较大，该系统全年不正常事件中有50% 70%发生在寒冷季节，12 月为最多的月份。 防范措施： 飞机落地后应立即对水系统进行增压放水，以彻底排除水箱和管路中的存水，同时排空所有厨房烧水器和卫生间管路内的余水;根据飞机结构特点，加改装保温层预防供水管结冰;航前第一时间通过
23、机载或地面空调为飞机系统加温，防止水系统管路、活门结冰堵塞。 3.6发动机/APU 1)受冬季低温天气影响，发动机风扇、进气道和发动机启动活门常常结冰，APU 进排气门发生冻结现象，可能引发管路渗漏故障。 防范措施： 发动机启动前，对发动机进气道和风扇进行详细的目视检查。必要时对进气道采用加温机加热的方法，改善发动机启动工作性能。为避免发生发动机启动活门不能正常打开的情况，航前发动机启动之前，采用人工扳动启动活门超控手柄的方法检查活门的工作状态。特别检查发动机、APU 的各液压、燃油、滑油管路接头及余油排放口，确保所有部附件安装状态良好无渗漏。2)当代航空发动机的滑油系统均为干油槽设计，发动机
24、停止运转后，滑油将回油到油箱，各转动磨擦面上失去油膜保护。低温状态下滑油黏度大大增加，附着力和流动性变差，此时如果高速运转则加剧轴承等转动部件的磨损，降低机件乃至发动机的整体工作寿命。(FAN) 防范措施： 对处于寒冷地区的飞机来说，航前应视情对发动机进行地面慢车暖车，使发动机进行低转速提前预热，既可以减少起飞前机组的高慢车预热等待时间，提高航班运行效率，又可以确保发动机的润滑质量，防止发动机机件磨损，同时还可以使涡轮叶片充分膨胀，从而确保起飞状态下涡轮的间隙较小，涡轮工作效率提高，改善发动机运行状态，提高发动机的可靠性，提升工作性能。 3 ) 寒冷天气应按照 A M M 手册 1 2 - 3 1 ( 空客飞机) 或 1 2 - 3 3 ( 波音飞机) 的 C O L D AINTENANCE 要求，对各系统实施维护，并将这项工作列为航空公司飞机换季工作的重点加以关注。
