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全球彩票app彩票官网民用涡扇发动机在使用和维

Management of EGT Margin of Civil Turbofan in the Use and Maintenance付尧明/中国民航飞行学院分析了民用涡扇发动机EGT裕度的影响因素,总结了发动机使用维护中提高EGT裕度,减小EGT裕度衰退,恢复EGT裕度的措施。排气温度(EGT,Exhaust Gas Temperatures)裕度是现代民用涡扇发动机在使用和维护中一个十分重要的性能参数。EGT裕度的大小从多方面影响着发动机使用和航空公司营运的经济性。据资料表明,CFM56-3系列发动机的EGT裕度每下降10℃,发动机的燃油消耗率将增加1%;为防止发动机超温,航空公司经常安排EGT裕度较小的发动机飞起飞不超温的航线,或者限制该发动机的使用季节,或者减小飞机起飞重量;对于在翼发动机,EGT裕度衰退快,使发动机的大修率增加,备份数量以及每次大修费用都增加。另外,发动机EGT裕度衰退快,发动机在使用过程中出现事故的可能性也会增加,对航班的正点率和飞行安全也会造成影响。EGT裕度及其影响因素EGT裕度是指发动机在海平面、外界大气温度为30℃的标准状态下进行全推力起飞的排气温度与红线限制值的差值。由于发动机绝大多数情况是工作在非标准情况下,通过计算EGTM并进行转换,再折算为标准条件的情况,来判断EGT裕度的大小。发动机的EGT裕度大小受发动结构及部件的性能影响。在使用过程中,发动机不可避免将出现叶片材料丢失,叶型改变,叶片的表面光洁度变差,叶片间流通通道变化,叶片与机匣的间隙变大以及发动机的封严变差等现象,使发动机的各种损失增加,发动机的推力有下降的趋势。此时发动机的燃油调节装置将通过增加发动机的工作供油,来阻止推力的下降,EGT将增加,使发动机的EGT裕度减小。发动机EGT裕度的大小也受使用和环境等外部条件的的影响。大气温度增加对发动机EGT裕度影响不大,但发动机的排气温度随着大气温度升高而升高。为防止EGT超温,对发动机设置了拐点温度,当大气温度升高到拐点温度后,发动机保持最高的EGT不变,这时候发动机的推力将减小。机场高度增加不影响EGT裕度,但排气温度增加。长期在高原使用的发动机,性能和EGT裕度衰退快。发动机的起飞前是否暖机对发动机的起飞EGT裕度有较大的影响,据统计,CFM56-3发动机每天的第一个航班的EGT比其他航班高出30℃,但对第一个航班进行暖机后,其排气温度可以下降30℃左右。发动机的EGT裕度还受到发动机的故障、燃油系统故障的影响。发动机的EGT裕度可以使用发动机监控软件进行监控分析,如GE的SAGE软件,普惠的ECMII软件。根据监控软件的监控分析可以了解发动机的运行情况,确定衰退原因,以便及时进行维护。提高EGT裕度的措施在发动机的使用中可以采用一定的措施来提高EGT裕度,减小EGT裕度的衰退。在起飞前进行一定时间的暖机,可以提高EGT裕度。暖机的时间随发动机的性能情况而定,一般需要达到10分钟以上(起飞前滑行过程除外),对于性能衰退较严重的发动机可以适当的增加暖机时间,以便达到一定的EGT裕度。减功率起飞是另一种有效地提高EGT裕度,减小EGT裕度衰退的方法。起飞功率对发动机的EGT影响相当大,对于CFM56-3发动机在N1为90%左右时,N1每增加1%,EGT上升11.4℃。而EGT每下降22℃,可使发动机热端部件寿命增长一倍。采用减功率起飞,可直接使EGT下降,增加EGT裕度,另外据GE公司的分析,采用减功率起飞可以显著地降低每1000个循环EGT裕度的衰退值。对于高原运行的发动机,可以选用大推力级别的发动机降低使用推力的方法,减小发动机性能和EGT裕度的衰退,增加发动机的在翼时间,提高发动机使用的经济性和安全性。在发动机的日常维护中,注意检查EGT裕度监控,分析发动机的故障,及时排除发动机的故障,也有利于EGT裕度的提高和减小EGT裕度的衰退。EGT裕度的恢复及改进当发动机的EGT裕度下降后可以采用一些方法进行恢复,其主要的方法有水洗、大修和部件升级。 水洗对恢复发动机的EGT裕度非常有效,尤其对航线分布在沿海地区或多沙尘地区的发动机,效果更显著,且成本低。一般水洗可以使发动机的EGT裕度恢复8~11℃。如果水洗后,EGT裕度恢复太少或太多,表示水洗的间隔时间不合适,应进行调整。如果每次水洗后没有明显效果,表明EGT裕度的下降是由发动机性能衰退引起的,此时不应再进行水洗,因为每次清洗后尽管都要及时的试车、排水,还是会引起部件的生锈、腐蚀等负作用。 对换发发动机进行大修是恢复EGT裕度的有效方法。发动机因性能衰退进行换发主要取决于两个方面,趋势监控数据和原位检查结果。其中EGT裕度下降过快且可能较快地接近警戒值是其中的一个标志。决定换发的EGT裕度剩余值不能过高也不能过低,过高增加了发动机换发率,使维护成本增加;过低增加了发动机大修时的工作内容,从而增加性能恢复的费用。对于CFM56-3-C-1发动机而言,当EGT裕度在30℃左右可以考虑换发。发动机换发后的大修可以使EGT裕度得到恢复,同时EGT裕度恢复目标值也是制定发动机大修工作单的依据之一。在发动机的部件模块中,高压压气机模块的大修可以恢复7~15℃ EGT裕度,高压涡轮模块的大修可以恢复15~30℃ EGT裕度,低压涡轮的大修可以恢复3~5℃ EGT裕度,其他部件的大修对恢复EGT裕度贡献不大。在制定EGT裕度的恢复计划时,可只恢复其中部分部件的性能,来降低大修费用。部件改进和升级也是提高EGT裕度的有效方法。随着发动机设计技术的进步,发动机公司不断设计制造出性能更好的部件,通过采用这些部件可以使提高发动机的效率,从而增加EGT裕度,减慢EGT裕度的恶化。例如,高压涡轮主动间隙控制技术的应用使高压涡轮叶尖间隙在不同的飞行状态下均较小,减小了发动机的EGT,提高了发动机起飞的EGT裕度;GE公司采用三维流场技术设计的压气机组件替代原来的压气机组件可以提高EGT裕度15℃,减小耗油率1.1%;改进涡轮组件,提高了发动机的EGT红线值,也能提高了发动机的EGT裕度和减小EGT裕度的衰退。这些新技术新部件都可以在大修时换用,换用这些新技术部件会使当次送修费用上升,但会增加发动机的在翼时间和EGT裕度,增加飞机所使用的航线范围,减小发动机性能衰退的速率。是否对发动机部件进行升级,何时对发动机部件进行升级,要根据具体的发动机情况和使用环境而定。

Estimation of Aero-engine Takeoff EGT Margin◎郝 英 / 中国民用航空学院发动机起飞EGT裕度是衡量发动机性能的主要参数,本文详细阐述了几种起飞EGT裕度的估算方法,最后给出了改进EGT裕度的一些措施。现代航空发动机的维修思想已由"预防维修"向"以可靠性为中心的维修"转变,维修方式相应由"定时维修"转为以"视情维修"为主。视情维修要求对发动机的性能进行监控,而最能反映发动机整体运行状况的参数就是起飞排气温度裕度,而且它还是发动机换发的重要依据。发动机由于老化,或部件、系统故障,都会造成起飞EGT裕度下降。本文详细阐述起飞EGT裕度的估算方法,最后给出了改进EGT裕度的一些措施。起飞EGT裕度1.发动机平功率民航发动机额定平功率是指发动机在平功率温度点可以产生的额定推力。从发动机使用角度来看,在平功率温度点以下,发动机可保证其额定推力基本不变,因此,随着Tt2的降低,发动机在较低的转速、较低的燃油流量和较低的EGT下就可产生其额定推力。这样,在不牺牲推力的前提下降低了EGT,也就降低了发动机热部件的衰退率。在平功率温度点以上,为防止热部件的超温,发动机将保持EGT基本不变,这意味着,发动机将无法产生其额定推力且随着Tt2的增加,推力会进一步下降。为延长发动机寿命,防止EGT超温是至关重要的,有数据表明,涡轮前温度每下降20~30℃,发动机热部件寿命大约可增加一倍。2.起飞EGT裕度由于发动机在平功率温度点上下采用了不同的控制规律,所以对于一台要产生其额定全推力的发动机,它的EGT与Tt2的关系就会如图2曲线1所示。从图2中可见,在平功率温度点以下,随着Tt2增加,发动机要消耗更多的燃油、工作在更高的转速和更高EGT下,才能保证产生其额定全推力;而在平功率温度点以上,控制机构会保持EGT,此时发动机无法产生其额定全推力。起飞EGT裕度定义:发动机EGT红线值与发动机在平功率温度下以全推力起飞时的排气温度之差,同时要求起飞应处于海平面压力下,且起飞过程中飞机正常引气,发动机整流罩防冰和大翼防冰关闭。EGT红线值是发动机厂商提供的排气温度限制值。EGT裕度如图2中所示。随着发动机使用,其性能会衰退,图2中曲线1对应一台新的发动机,曲线2则对应该台发动机已长时间使用后的情形。在图2中,在平功率温度点以下,Tt2相同时,发动机由于性能衰退,只有消耗更多的燃油,工作在更高的EGT下,才能产生其额定全推力。由曲线1,2可见,发动机EGT裕度的下降反映了其性能衰退的程度。3.外界空气温度限制外界空气温度限制也是反映发动机性能衰退大小的参数。在图2中,将曲线1延长与EGT红线值相交,此时对应的OATL1(标准日情况下Tt2即为外界空气温度就是该台发动机的OATL。它表示当环境温度等于OATL1时,若要发动机仍然产生额定的全推力,此时EGT就会等于红线值。显然,曲线2的外界空气温度限制为OATL2,它比OATL1小。显见,OATL与EGT裕度存在一定的关系。CFM发动机也用OATL来反映发动机性能衰退的程度。起飞EGT裕度的估算民航发动机起飞EGT裕度估算通常有以下几种方法。1用起飞EGT检查表来估算在飞机离地起飞(正常引气和防冰关闭)后,记录峰值EGT,并记下此时的EPR和TAT。然后,利用厂家提供的针对特定的飞机和发动机组合的EGT检查表,得到该EPR和TAT下的EGT限制值,则该台发动机起飞EGT裕度就等于查表得到的EGT限制值减去记录的EGT峰值。表1是普惠B737/JT8D-15的起飞EGT裕度的检查表的一部分。2 用换算法来估算该方法要求发动机做一次全功率起飞(空调组件打开或关闭),然后由机组记录峰值EGT 和此时的EPR及TAT。峰值EGT通常发生在飞机离地,起落架接近收起的时刻。EGT裕度计算如图3所示,将当前TAT下记录的峰值EGT,换算为平功率温度下调整的EGT,那么EGT裕度就等于EGT红线值减去调整的EGT。3 用巡航EGT偏差来估算发动机巡航EGT相对与基线的变化与EGT裕度的变化之间存在一定的关系,再结合发动机初始的起飞EGT裕度,便可估算出当前发动机的起飞EGT裕度。普惠公司监控软件ECMII中认为巡航EGT偏差为+1℃时,起飞EGT裕度就会下降1℃,这样再结合发动机初始的起飞EGT裕度,就可得到当前发动机的起飞EGT裕度。发动机初始的起飞EGT裕度用第一种方法得到。这样,在用巡航参数进行性能监控的软件中便可得到起飞EGT裕度的变化趋势。但是,这种估算方法是近似的。如普惠对15台JT9D-7R4G2发动机进行研究发现,当巡航EGT偏差为+1℃时,起飞EGT裕度下降约为0.8℃。同时,分析人员也应注意到有些发动机起飞EGT裕度的下降比巡航EGT的上升要来得大。所以,普惠公司建议当起飞EGT裕度较大时,可用此方法,而当起飞EGT裕度较小并要决定是否换发时,应当采用第一种方法估算。4 用车台EGT裕度来估算发动机车台EGT裕度是指发动在车台试车时得到的EGT裕度。它是由相应EPR下的排气温度限制值减去当前排气温度得到的,其中温度都为换算参数。试车人员常用车台EGT裕度近似估算发动机起飞EGT裕度。图4是JT8D-217/-217A发动机换算EGT限制值和EPR的关系曲线。通过以上对几种起飞EGT估算方法分析可见,第一种方法是首选方法,它得到的发动机起飞EGT裕度是最准确的,可作为换发重要参考依据;第二种方法是一种备用的方法,精度相对低,而且它要求发动机作全推力起飞,这显然是不利的;第三种方法主要用于发动机性能监控软件中;最后一种方法是供发动机在台架试车时使用。提高EGT裕度的措施对于发动机用户而言,提高EGT裕度可采取以下措施:1)只要在可能的条件下,要尽量使用减推力起飞;2)控制好飞机起飞重量,减少不必要的燃油和水箱携水量以及在飞机起飞时关闭空调组件以减小发动机负荷等;3)对发动机进行定期清洗气路可以获得一定的EGT裕度恢复;4)合理计划航线结构,如可安排性能出现衰退的发动机飞一些寒冷地区的航线等等。

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