B737NG 发动机地面起动不成功故障分析

郭 俊

(长沙航空职业技术学院，湖南 长沙 410124)

B737NG 发动机地面起动不成功故障分析

郭 俊

(长沙航空职业技术学院，湖南 长沙 410124)

介绍了 B737NG（CFM56-7B）飞机发动机起动的三个阶段。对发动机三个起动阶段就起动不成功故障现象、排故思路进行分析、总结，为诊断类似故障提供借鉴。

发动机；起动；故障分析

B737NG（CFM56-7B）飞机发动机地面起动不成功故障突发性强、排故时间长、难度大，成为长期以来困扰机务维护工作的一大难题。基于这一问题 ,统计某公司 B737NG（CFM56-7B）机队发动机地面启动不成功故障现象，结合维护工作中的排故实例，分析发动机地面启动不成功故障原因，并给出维护建议。

B737NG（CFM56-7B）飞机发动机的起动程序同其他涡扇发动机地面起动程序一样包括三个阶段：第一阶段由空气涡轮起动机单独带动高压转子加速转动；第二阶段由空气涡轮起动机和发动机一起加速阶段；第三阶段以空气涡轮起动机脱开后由发动机单独加速至发动机慢车转速[1]。

鉴于 B737NG（CFM56-7B）飞机发动机相关起动系统以及 CFM56-7B 发动机 FADEC（全权数字电子控制）起动控制特性，形成了该机型在三个起动阶段地面起动不成功的特有故障形式。根据某航空公司 B737NG（CFM56-7B）机队多年的数据收集，以下便分别从三个发动机起动阶段就起动不成功故障现象进行分析。

1 发动机起动第一阶段及故障分析

CFM56-7B 发动机由空气涡轮起动机单独带动高压转子加速转动是发动机起动第一阶段，这个过程也叫发动机的冷转阶段。正常情况 CFM56-7B 发动机可冷转到28-32%N2转速，所需时间约为30秒，冷转转速越高将更有利于后期发动机起动加速，而对于机组往往在冷转到 25%N2（时间约 25 秒）时便可提起起动手柄进入第二加速阶段[2]。在此冷转阶段，机组常反映的故障现象是冷转N2转速达不到 25%，有时甚至低于 20%N2 最低限制，过低提起动手柄N2转速将会导致后期的起动悬挂。针对N2 冷转转速过低导致起动不成功现象，B737NG（CFM56-7B）飞机主要反映在以下相关起动系统中。

1.1 APU 供气气源

APU供气起源导致发动机起动不成功问题有两种情况：一是APU负载压气机开度不够导致起动供气流量不足致使起动失败；二是起动时由于APU 引气系统故障导致 APU 引气活门自动关闭，从而终止了发动机起动气源。B737NG（CFM56-7B）飞机 APU 为 GTCP131-9B 型[2]，压气机分为主压气机和负载压气机，当发动机起动时，负载压气机便进入主发动机起动模式，负载压气机 IGV开度最大，防喘放气活门全关，以提供发动机起动时最大流量和压力，如果此时 IGV 不能开到应有角度，起动流量减少，发动机冷转 N2 转速自然达不到 25%提手柄转速，冷转转速过低，机组便会终止起动。针对此类故障现象，可以查阅 APU 维护信息记录，观察是否有 IGV 不一致故障，同时也可以在地面冷转发动机时监控 APU 输入监控页面 (图1)，观察 IGV和防喘控制活门开度是否与发动机起动所需一致，对于B737NG飞机往往出现此故障时IGV角度不对，更换 IGVA 即可排除故障。

图1 发动机时监控 APU 输入监控页面

对 于 GTCP131-9B 型 APU 的 IGV， 随 着 环境影响，使用一段时间后会出现 IGV 转动不灵现象，IGV 卡阻同样也会导致 IGV 作动不一致，在出现不一致信息，更换 IGVA 前应参照 AMM49-52-12PAGE501[2]检查 IGV 作动力是否在规定范围（手册力范围为 6-10 磅），如果检查力过大，可通过对可接近的 IGV 驱动轴及齿轮进行润滑，以使作动力满足手册范围，此情况不必更换 IGVA 即可解决IGV 开度不够问题。

发动机起动时，如果APU引气压力不升反降，低于 10PSI，说明 APU 引气活门已关闭。此现象往往是 APU引气活门自动关闭，驾驶舱无故障信息显示。此时排故可通过接通 APU 引气电门，查看 APU输入监控页面引气指令是否接通，观察 APU引气活门目视指示是否处于开位，B737NG（CFM56-7B）飞机出现此故障现象时 APU 引气活门总处于关闭或接近关闭位置，但并非引气活门失效，不能武断地仅是更换 APU引气活门，需测量引气活门电磁阀 P10 插头 1 号钉指令电源是否存在，在没有电源的情况下，APU 引气活门便会自动关闭。由于此型APU 引气活门的控制不仅是受引气电门控制，APU引气系统的 IGV、SCV、PT 和△ P 信号故障都会导致引气活门自动关闭， 直接将故障的 APU 气源系统与飞机气源系统隔离[3]，影响发动机正常起动。根据某航 NG 机队的数据统计，引起故障的直接原因大多数并非以上引气系统相关部件，而是相关部件线路及插头问题，排故时可测量相关线路的连续性，检查插头（图2）安装并进行相应清洁即可解决问题。

1.2 起动气源泄漏

B737NG（CFM56-7B）飞机起动气源泄漏并非是简单的气源管路渗漏问题，多数是相关气动部件失效而引起，通过机队数据统计，主要体现在以下两方面。

图2 APU 引气系统 P1、P2、P3、P17 插头位置

1.2.1 发动机高压引气系统故障

故障现象：机组在正常起动右发后，起动左发时 N2 转速上升缓慢，达不到 25%N2 转速，严重时低于 20%N2 转速。

故障分析及处置：此类故障现象总是反映在左发，便自然会诱导机务单方面考虑左发起动部件及左侧起动管路问题。然而对 B737NG（CFM56-7B）飞机气动分配和对机组的起动操作程序有一定了解的情况下，便会发现真正导致此类故障的原因是另一台已起动发动机高压级系统（图3）故障。正常情况下，机组起动时双发引气电门处于接通位，主发动机起动模式时，APU引气压力远大于慢车时发动机高压级引气压力，此时已起动进入慢车转速的发动机高压级活门在反流作用下处于关闭位。但如果此时高压级调节器的反流功能减弱或者失效，高压级活门便不能保持关闭，根据机组起动程序，先起动右发后起动左发，那么左发起动气流便会从右发高压级活门部分流失，导致左发起动流量不足，起动N2上升缓慢，从而达不到 25%N2 转速。

图3 高压机系统

高压系统排故可通过地面对高压级调节器和活门进行健康检查，航线上可通过以下方法快捷判断：正常情况下，发动机停车后高压级活门处于关闭位，接通 APU 引气，检查高压级活门是否处于关闭位，如果活门离开关闭位置，或者人工转动活门轴，活门能保持某一位置，在检查活门无卡阻前提下（通过断开活门打开作动腔信号管，人工转动活门蝶阀轴至打开位，检查蝶阀是否轻松自如回复到关闭位），说明高压调节器反流功能失效，更换调节器即可排故。

排故过程中，考虑机组起动程序也尤为重要。机组起动时发动机引气电门始终处于接通位，右发起动进入慢车后，PRSOV 便会打开，如果此时高压级活门失效打开，左发起动气流便会反流至右发[3]。为隔离故障或便于放行，此时可建议机组先起动右发后将引气隔离活门关闭再起动左发，便可恢复正常，或者先起动左发再起动右发，即使右发高压级系统故障，也不会影响正常起动。另外，左发高压级系统反流故障不会在习惯性机组起动程序中得以体现，要发现隐患可以采用以上检查方法或定期进行健康检查。此类故障现象仅会导致单台发动机起动问题。

图4 流量控制关断活门

1.2.2 空调系统流量控制关断活门故障

如果机组反映双发起动时都会有N2转速上升缓慢现象，除前面提及 APU 供气起源外，应重点考虑气源分配系统中各用气活门的封严状况。B737NG（CFM56-7B）飞机利用气源总管分配气源的系统有两个，即机翼防冰系统和空调系统，分别由两个机翼防冰关断活门和两个流量控制关断活门与分配总管隔离， 机翼防冰关断活门为电控电动式活门，控制开关的继电器为单向控制，当失去打开条件时便关闭活门，不易形成活门失效在打开状态，且驾驶舱还有相应活门的位置指示。而对于控制空调组件的流量控制关断活门（图4），其控制方式是双向控制的电控气动式，且电控电磁阀位于活门上，处于高温恶劣工作环境中，电磁活门提升阀以及打开、关闭电磁线圈长期高温环境下工作失效的概率增加，久而久之会导致活门非指令性失效，当活门失效在开位时便会形成起动气源分流，影响发动机正常起动。为判断流量控制关断活门是否失效在开位，可接通 APU 引气，关闭左右空调组件电门，检查空调冲压进出口是否有空气流速。也可以通过检查活门蝶阀的位置目视指示，以判断活门是否处于正常关闭状态。对于B737NG（CFM56-7B）飞机，该活门失效开位的故障率较高，更换活门后即可排除发动机起动故障。航线维护中认真检查尤为重要，及时检查发现和根除，可以有效避免故障恶化所导致的起动悬挂等问题。

2 发动机启动第二阶段及故障分析

根据某航 B737NG（CFM56-7B）机队数据统计，在此期间影响到发动机起动不成功的故障现象主要表现在两个方面：一是机组报告提起动手柄后，发动机会自动终止起动；二是起动过程中偶尔出现起动悬挂（高原机场较为突出） 。

根据机组的起动程序和起动时的关注度，只有当出现起动悬挂时机组才会终止起动，而且报告为无燃油流量而产生起动悬挂。作为机务排故，针对机组报告必须认真分析和判断，不能仅凭机组单方面描述就武断认为是供油问题导致的起动悬挂。对于 B737NG（CFM56-7B）飞机，此阶段导致起动不成功的原因往往不是供油问题，而是起动不点火所致。

B737NG（CFM56-7B）飞机在提起起动手柄至慢车位置后，起动手柄控制的电门组件将通过 EEC同时作动梁活门和所选择的点火系统。梁活门打开后，机身燃油通过梁活门、FMV和高压关断活门进入燃烧室，在整个燃油分配系统中，梁活门和高压关断活门有相应灯光提示活门的位置不一致，FMV虽没有灯光提示，但EEC会记录FMV的不一致故障，通过CDU故障查询可以得知。高压关断活门是一液压机械式活门，活门的开关由液压压力完成，该活门的可靠性很高，故障率几乎为零，活门位置偶尔有不一致故障指示，但都是活门位置反馈的同步解析器或线路故障，并非真实活门不一致。控制机身燃油的梁活门是电控电动式活门，活门位置的不一致会通过灯光得到真实反映，活门失效仅会在当前状态，活门的转换需要反向电流才能完成，地面起动时即使活门失效在关闭位，所导致的起动不成功也不会发生在此起动阶段。FMV控制精度高，为双裕度控制，在HMU内六个EHS中故障率最少，即使一个通道反映故障，另外通道依然会实施控制，不会导致突然中止供油现象发生。因此，从设计要求和实践统计分析，供油系统导致此阶段起动不成功的概率是非常小的。

相反，此阶段更应关注的是起动点火系统。从航线机组起动时所关注角度和所反映故障现象看，机组往往认为开始提起起动手柄时有燃油流量，而后流量终止导致起动悬挂，如果单凭机组所反映现象，势必会引导从燃油系统入手而误入歧途。从数据统计分析，点火系统的失效是导致此阶段起动不成功的主要原因。正常情况每次起动选择的是单点火，如果所选择点火系统存在故障或者点火性能衰退，机组在 25%N2 提起起动手柄后，此时仅有供油而无点火，正常点火时间是5秒左右，滞后于供油流量显示，机组往往注意不到，此时N2在起动机带动下依然加速，机组误认为起动正常。当起动手柄在慢车位 15 秒钟后，EEC 依然没有感受到 EGT上升时，便会实施自动保护功能，切断FMV和点火系统，彻底终止起动，此时机组才会发现 N2 不上升，FF 为零，如是便误认为无 FF 而导致起动悬挂，根本不可能意识到是 EEC 实施了湿起动自动切断保护功能。作为排故人员，除了解机组反映表面故障现象外，还应该基于机务维修对该型发动机深层认识来分析问题，借助于驾驶舱指示系统、CDU 的 EEC 测试系统和相关部件测试，可以有效的判断和隔离故障系统和部件。如果是点火系统导致故障现象，往往通过 EEC 测试会有相应故障记录，同时通过 EEC 地面测试系统可以有效鉴别点火系统故障是否存在，以及验证后续排故的可行性。

航线上，针对左右点火系统失效的放行是有区别的，左点火失效仅需选择双点火便可放行飞机，而右点火失效，除选择双点火外，还必须将左点火连接到备用交流电源系统后方可放行，此故障往往在飞机推出起动时反映，如果处理及时得当，可以避免延误或有效控制延误时间。

图5 梁活门控制电路图

至于此阶段的另外一种起动不成功现象是起动真实悬挂， 该现象大多出现在高原机场，没有任何故障记录，往往停车后再次起动后又可恢复正常起动。此现象在 CFM56-7B 发动机上偶尔出现，导致原因与该型发动机涡轮间隙控制系统和高原停车前冷却时间有关，所以往往通过再次起动冷转便可缓解或恢复，无需另加维护。

3 发动机启动第三阶段及故障分析

当 56%N2 转速后大发起动机脱开，单独由发动机加速至 59%N2 慢车转速而稳定。对于CFM56-7B 发动机，根据某航机队数据统计，此阶段由于发动机部件原因而导致起动失败的概率几乎为零，而相反，在发动机进入慢车稳定后一段时间内，偶尔会发生发动机自动停车的现象，此故障现象往往发生在发动机慢车稳定工作1分钟左右后，在没有任何迹象的情况下发动机自动停车。

根据数据收集，所有造成自动停车的原因都是机身燃油系统的发动机供油梁活门所致。梁活门为电控电动式蝶阀活门（图5），该活门的作动为双向控制，由发动机起动手柄来完成，活门作动器位置电门将活门运行情况反馈到驾驶舱灯光指示，该指示灯位于P5后顶板，提供三种位置指示，即活门关闭时灯光暗蓝；活门打开时指示灭；活门不一致或转换过程中灯光明亮蓝色，当活门不一致时不提供主警告指示[4]，由于机组起动程序，在机组起动过程中是不会抬头去留意该活门灯光指示的，所以在提起起动手柄后，即使梁活门处于不一致状态，灯光指示明亮蓝色，机组也是无法监控的。起动时梁活门不一致有两种可能性，即活门没有打开和活门部分打开。如果活门没有打开，管路余油可以满足发动机正常起动进入慢车，在慢车稳定约1分钟后，余油耗尽发动机便自动停车。如果活门卡在部分开位，受限的燃油流量足以让发动机在慢车工作更长时间，但是当机组增加推力起步时，便会导致供油不足而自动停车。

表1 发动机数据

梁活门由电马达作动器和蝶阀活门体组成，其中马达作动器为主要故障部件，当一定使用时间后，作动器可靠性降低便会导致间歇性不一致故障，由于作动器故障存在间歇性，给排故工作会带来很大困难和欺骗性，排故时可以通过多次循环起动手柄来鉴别梁活门是否存在间歇性不一致故障，如果无法鉴别，在检查其它系统工作正常后，航线上也应及时更换该活门以消除潜在的故障风险。另外，梁活门不一致故障导致自动停车时，EEC 自检是没有任何故障记录的，要想还原故障现象，分析故障原因，必须下载发动机数据（见表1），通过停车前及停车过程的数据分析，便可清晰还原停车时梁活门所处的位置，为精确排故提供有力的技术支持。

4 结论

B737NG（CFM56-7B）飞机发动机地面起动不成功故障的原因很多。维修人员应熟练掌握地面起动的工作原理及工作模式，从表面现象挖掘深层次的故障原因，避免治标不治本的排故方式。

[1]万俊丹 ,何遗非 .浅谈航空燃气涡轮发动机起动过程 [J].科技资讯 ,2013,(32):78-81.

[2]Boeing Co. Boeing B737-600/700/800/900 Aircraft Maintenance Manual [Z]. 2016.

[3]Boeing Co. Boeing B737-600/700/800/900 Fault Isolation Manual [Z]. 2016.

[4]Boeing Co. Boeing B737-600/700/800/900 System Schematics Manual [Z]. 2016.

［编校：杨 琴］

Fault Analysis of Unsuccessful Ground Starting of B737NG Engine

GUO Jun
(Changsha Aeronautical Vocational and Technical College, Changsha Hunan 410124)

This paper introduces the three stages of the aircraft engine starting of the B737NG (CFM56-7B). It analyzes and summarizes unsuccessful starting fault phenomena of three starting stages of the engine and corresponding troubleshooting ideas so as to serve as a reference for diagnosis of similar failures.

engine; start; fault analysis

V263.6

A

1671-9654(2017)02-0077-06

10.13829/j.cnki.issn.1671-9654.2017.02.020

2017-04-28

郭俊 (1987 － )，男，湖南益阳人，研究方向为航空维修。