某型航空发动机涡轮冷却系统原理及典型故障分析

摘 要：高压涡轮是发动机的高温部件，工作环境相当恶劣，不但承受着极高的温度，还在其上作用着各种力，因此产生了一系列的问题包括热膨胀和热应力。现在的金属材料很难在高温下长期安全工作，但是要提高涡轮的工作效率必须要提高温度，因此采用行之有效的冷却措施是很必要的。某型发动机的涡和涡轮叶片都有冷却系统，根据发动机需要调节冷却空气流量，保证发动机能够安全可靠的运行。文章简要介绍了某型发动机涡轮冷却系统的结构和工作原理，并对具体实例进行分析，最终解决涡轮冷却系统出现的故障。

关键词：涡轮冷却系统；涡轮冷却控制附件；典型故障分析1 涡轮冷却系统的组成

涡轮冷却系统是由涡轮冷却控制附件、空空换热器、断流活门、电磁活门、分流活门和空气滤组成。

1.1 涡轮冷却控制附件

涡轮冷却控制附件根据喷口加力调节器的分流活门和电磁活门的指令油压力，控制断流活门的开关。涡轮冷却控制附件由微动电门、弹簧、活塞、壳体、限流嘴组成。当发动机需接通涡轮冷却系统时，涡轮冷却控制附件关小由空空换热器输往空气控制压力管道的气路，断流活门下移打开涡轮的冷却空气气路。同时涡轮冷却控制附件的微动电门向发动机综合调节器发送涡轮冷却系统的工作信号。

1.2 电磁活门

电磁活门根据发动机综合调节器的指令，控制涡轮冷却控制附件活塞上部的油压力。当发动机高压转子转速小于81%、大于91.5%或者低压涡轮后燃气温度大于600℃时，综合调节器对电磁活门发出指令，电磁活门打开后就接通了通往涡轮冷却控制附件上部的高压油，反之如果不满足上述条件，则电磁活门关闭，涡轮冷却控制附件则不投入工作。

1.3 分流活门

分流活门是根据发动机操纵杆的角度控制涡轮冷却控制附件上部的油压。

1.4 空气滤

空气滤是用于过滤通往涡轮冷却控制附件的高压空气的杂质，这股高压空气则是引自高压压气机中的气流。

2 涡轮冷却系统的工作原理

涡轮冷却系统控制的冷却空气量约为发动机空气流量的8.5%，当发动机高压转子转速小于81%、大于91.5%或者低压涡轮后燃气温度大于600℃时，发动机综合调节器向喷口加力调节器内的NM-10电磁活门发出信号，电磁活门打开，高压油作用到涡轮冷却控制附件，如果上述三个条件都不满足，但是发动机操纵杆角度大于62°，这时分流活门打开，高压油通过分流活门作用到涡轮冷却控制附件。因此只要满足这四个条件之一，涡轮冷却系统都会投入工作，这时会关闭空空换热器到空气控制压力管路的气路，打开通大气的管路，断流活门打开增大输往高压涡轮的冷却空气流量，同时接通涡轮冷却控制附件上的微动电门，向发动机的综合调节器输出涡轮冷却系统的接通信号。如果信号未输出或者发送失败，则飞机会发出“转速小于90%”信号，此时飞行员会知道涡轮冷却系统出现了故障，这就是涡轮冷却系统的工作过程。

3 涡轮冷却系统典型故障分析

某型发动机的涡轮冷却系统故障主要有三种情况：慢车状态涡轮冷却系统不接通、出现“转速小于90%”信号、涡轮冷却系统一直接通。从之前介绍的工作原理可以得出，涡轮冷却系统出现故障应该从控制系统和执行系统两方面进行排查。

3.1 慢车状态涡轮冷却系统不接通

通过上文介绍可知是综合调节器控制发动机慢车状态是否接通涡轮冷却系统的，因此产生故障的原因有三种：一是控制系统出现故障就是综合调节器损坏。二是执行系统出现故障就是涡轮冷却控制附件出现故障，未执行综合调节器发出的控制信号。三是中转系统出现故障就是喷口加力调节器内的NM-10电磁活门损坏未输出综合调节器的控制指令。剩下的就是具体判断到底是哪里出现问题，因为综合调节器内有NM-10指示灯，所以很容易判断NM-10电磁活门是否工作正常。我们还可以人工发出控制信号令涡轮冷却系统投入工作，如果涡轮冷却系统仍不接通，则可认为是执行系统出现问题就是涡轮冷却控制附件出现故障，反之则是控制系统出现故障就是综合调节器损坏。

3.2 出现“转速小于90%”信号故障

涡轮冷却系统是保护高涡部件安全工作的系统，一旦发动机在大状态时涡轮冷却系统出现故障那么高涡部件的工作环境就会变得非常恶劣，很容易造成等级事故，所以出现“转速小于90%”信号故障时，一定要立刻降低发动机的工作状态同时要及时找出故障的原因。通过之前的分析我们可以知道，出现这个故障有两种情况：一是这是个假信号，实际上发动机的涡轮冷却系统工作正常。二是发动机的涡轮冷却系统出现问题，所以出现这个信号。针对第一种情况，综合调节器未接到涡轮冷却系统的接通信号，则可能是微动电门出现问题，更换涡轮冷却控制附件即可解决问题；针对第二种情况就变得比较复杂，可参考3.1的排故过程，但同时还要考虑高压油的压力是否达到要求的可能，如果高压指令油的油压力不满足使用要求也可能造成此故障的发生，所以如果是这个方面的原因还要更换主泵调节器方可解决故障。

3.3 涡轮冷却系统始终接通故障

某型发动机在设计时期考虑到发动机的经济性，在高压转子转速大于81%小于91.5%时涡轮冷却系统是不接通的，这就减小了发动机巡航状态的涡轮冷却用气量，提高了发动机的推力。如果出现此故障有两种原因：一是涡轮冷却控制附件老化，因为其内部有弹簧容易变形造成一直接通的故障。二是NM-10信号处于异常状态，一直输出信号令涡轮冷却系统投入工作，因此也要检查综合调节器是否有问题。

4 结束语

文章简单总结了某型发动机的涡轮冷却系统原理及一些典型故障，通过这些内容的介绍希望能对大家有所帮助，碰到相关问题可以起到一定的参考作用。

参考文献

[1]某机加力涡扇发动机[Z].空军工程学院，1998.

[2]某机航空发动机技术说明书[Z].空军装备部，2000.

[3]某机航空发动机故障诊断与排除[Z].空军装备部，2000.