減少渦輪發(fā)動機(jī)壽命的八大因素

戳關(guān)注，右上菜單欄···鍵，設(shè)為星標(biāo)

作者：邁克·布羅德里克

有一件事讓我確信自己變老了 - 有人就直升機(jī)渦輪發(fā)動機(jī)的維護(hù)向我征求意見，因為我“從事這行很久了”。我記得以前我留著長發(fā)，而不是像現(xiàn)在這樣渴望擁有頭發(fā)，那時一位老先生告訴我要珍惜時間，因為時光飛逝。他說得對。我不知道自己何時變成了這個“從事這行很久了”的老家伙的 - 但日歷和日漸稀疏的頭發(fā)不會說謊。既然已經(jīng)確定我是一個干這行很久的老家伙，那么就來看看我能和大家分享哪些維護(hù)方面的問題吧。

在分享我的“經(jīng)驗”之前，你應(yīng)該知道，良好的維護(hù)需要扎實的知識基礎(chǔ)。首先，我們應(yīng)該對原始設(shè)備制造商 (OEM) 的操作和維護(hù)手冊非常熟悉。我們的公司投入大量資金來更新這些手冊，而 OEM 也花費了大量時間來收集和印刷這些手冊中豐富的維護(hù)信息。雖然基于經(jīng)驗并相互分享的“經(jīng)驗知識”很有用，但應(yīng)該與操作與維護(hù)手冊中的說明結(jié)合使用，而不是取代它們。

接下來，給你和你的飛行員一些建議。務(wù)必了解你的直升機(jī)在正常運行條件下的性能。了解并掌握慢車溫度，以及在使用引氣附件、防冰、座艙加熱和進(jìn)氣粒子分離器時溫度的變化。所有直升機(jī)都有其可接受的振動特性。在出現(xiàn)“高頻振動”報告之前，就應(yīng)該了解它。我們稍后會詳細(xì)討論振動問題。了解發(fā)動機(jī)在慢車和正常運行時的滑油壓力和溫度也是我們稍后會討論的內(nèi)容。你還應(yīng)該了解正常飛行操作中的 N1/Ng 轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速的變化意味著某些情況發(fā)生了變化，需要進(jìn)行調(diào)查。

低滑油壓力或高滑油溫度會導(dǎo)致軸承和齒輪過早磨損。如果出現(xiàn)金屬屑，并且看起來還不嚴(yán)重（基于操作與維護(hù)手冊），請保留金屬屑，記錄發(fā)動機(jī)出現(xiàn)金屬屑的時間，并遵循操作與維護(hù)手冊的程序。這些只是我們稍后會詳細(xì)講解的一些經(jīng)驗之談。

有八大主要維護(hù)問題。我稱它們?yōu)椤鞍舜笠蛩亍薄?/p>

這八大因素中的任何一個都會對毫無防備的渦輪發(fā)動機(jī)造成重大損害，從而縮短其使用壽命。任何組合的“攻擊”都會加速渦輪發(fā)動機(jī)與“死神”（也就是渦輪發(fā)動機(jī)維修車間）的會面。作為直升機(jī)維護(hù)專業(yè)人員，我們的職責(zé)是識別這八種對運行有害的情況，并防止它們發(fā)生，或者至少減輕其影響。

以下是八大因素：

• 飛行員

• 腐蝕

• 熱啟動

• 侵蝕

• 超溫

• 發(fā)動機(jī)振動

• 金屬退化

• 發(fā)動機(jī)失速/喘振

這份清單讓你感到驚訝嗎？很好。既然你已經(jīng)完全注意到了，讓我們從維護(hù)的角度來審視這些危害。還有什么比從飛行員開始更好的呢？

飛行員

在影響渦輪發(fā)動機(jī)壽命方面，飛行員排在首位。從他們按下啟動按鈕的那一刻起，直到油門環(huán)或油門桿移至燃油切斷位置，即使在最好的情況下，飛行員也在不斷消耗發(fā)動機(jī)部件和附件的時限。這是他們工作的一部分。我們的工作是為他們提供一架安全的直升機(jī)，讓他們能夠順利完成任務(wù)。

這些時限是什么？發(fā)動機(jī)壽命取決于飛行小時數(shù)和/或發(fā)動機(jī)事件循環(huán)次數(shù)。每個發(fā)動機(jī)制造商都會根據(jù)自身的研究，計算出其發(fā)動機(jī)的飛行小時數(shù)和循環(huán)次數(shù)上限。每消耗一個飛行小時，發(fā)動機(jī)就離定期維護(hù)和/或大修更近一步。事件循環(huán)次數(shù)與飛行小時數(shù)分開計算，但基于相同的研究。發(fā)動機(jī)啟動并達(dá)到慢車狀態(tài)即被視為一個事件循環(huán)，也是計時器開始計時的起點。一些發(fā)動機(jī)制造商還會根據(jù)發(fā)動機(jī)達(dá)到特定 N1/Ng 轉(zhuǎn)速的情況來分配循環(huán)次數(shù)或循環(huán)百分比。正如我之前所說，即使在最好的情況下，飛行員也在消耗發(fā)動機(jī)的額定壽命。如果加上熱啟動或超溫運行（這些都是飛行員可以控制的因素），那么與維修車間“牽手”的日期就更近了。

我們維修人員處理這種情況的出發(fā)點在于信任。我們和飛行員之間必須建立一種共生的信任。就直升機(jī)而言，飛行員和我們應(yīng)該是 BBF - 永遠(yuǎn)最好的朋友。信任就像一張三條腿的凳子。每天，飛行員都信任我們交付給他們的直升機(jī)是安全的，因為他們正用我們給他們的直升機(jī)玩“賭上性命”的游戲。這是信任的起點，或者說是信任的第一條腿。我們相信他們會完好無損地把直升機(jī)送回來，我們聽到的最后一聲嗚嗚聲是渦輪發(fā)動機(jī)在關(guān)車前的低吟。這是第二條腿。那么，我們對飛行員的信任到此就結(jié)束了嗎？不，遠(yuǎn)非如此。第三條腿是我們和飛行員之間的溝通。飛行員是我們最好的故障排除工具，他們需要理解并接受這一點。還有誰比過去幾個小時一直在操縱這臺發(fā)動機(jī)的飛行員更了解它的運行狀況呢？如果我們讓他們稍微了解需要提供哪些關(guān)于發(fā)動機(jī)運行的信息，并在飛行后的溝通中認(rèn)真聽取他們的意見，我們作為直升機(jī)維護(hù)人員的工作就會輕松許多。因此，溝通是建立完全信任的最后一個關(guān)鍵因素。以下是一些飛行員可以提供的信息建議：

1. 發(fā)動機(jī)關(guān)車前的慢車溫度。此溫度升高可能表明存在冷卻空氣泄漏。

2. 發(fā)動機(jī)滑油壓力和溫度，以及飛行中和慢車時穩(wěn)態(tài)讀數(shù)的任何變化。

3. 發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)時，在操縱桿上感覺到的振動特征的任何明顯變化。

4. 飛行中或啟動時是否存在超溫的任何可能性。一些直升機(jī)配備渦輪溫度記錄裝置。我一直認(rèn)為記錄這些信息并非因為不信任飛行員的報告，而是因為飛行員通常忙于駕駛直升機(jī)，無法確切掌握超溫發(fā)生的持續(xù)時間和達(dá)到的實際溫度。這些信息至關(guān)重要，因為操作和維護(hù)手冊非常具體，意味著持續(xù)時間相差一秒和/或溫度相差一度，都會對所需的維護(hù)和修理成本產(chǎn)生重大影響。

5. 飛行中的可用功率。是否需要更高的發(fā)動機(jī)溫度才能達(dá)到相同的扭矩或功率？需要多少？也許壓氣機(jī)需要清洗，或者有外來物損傷，又或者引氣活門故障。

6. 正常運行期間的 N1/Ng 轉(zhuǎn)速是多少？他們應(yīng)該知道這個信息對我們很重要。N1/Ng 的變化可能是壓氣機(jī)或渦輪侵蝕的先兆。

7. 飛行員可能造成的另一個發(fā)動機(jī)問題是發(fā)動機(jī)喘振。我們將在講解這部分時詳細(xì)解釋。

8. 向飛行員了解他們注意到的任何直升機(jī)異常行為是我們的責(zé)任。

熱啟動

大多數(shù)情況下，飛行員控制著熱啟動。我說“大多數(shù)情況下”，是因為即使是配備全權(quán)限數(shù)字發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng) (FADEC) 的發(fā)動機(jī)，啟動時的燃油流量也是由飛行員控制的。飛行員擁有最終控制權(quán)，是嗎？FADEC 系統(tǒng)和傳統(tǒng)系統(tǒng)一樣，都有其自身的一套特定檢查機(jī)制，我們這里就不深入討論這些細(xì)節(jié)。只想說下面列出的項目是所有系統(tǒng)共通的。以下是一些超出飛行員控制范圍的情況：

1. 直升機(jī)是否剛剛完成維護(hù)？

a）操縱系統(tǒng)調(diào)整正確嗎？

b）燃油控制是否已正確調(diào)整？

c）所有燃油系統(tǒng)氣動管路是否緊固且系統(tǒng)無泄漏？

2. 電瓶/地面電源是否已充滿電？電量不足會導(dǎo)致啟動機(jī)無法在整個啟動過程中維持轉(zhuǎn)速，從而導(dǎo)致熱啟動。

3. 進(jìn)氣口堵頭是否已拆除？

4. 熱啟動需要飛行員的準(zhǔn)確報告。正如我之前所說，哪怕一秒鐘或一度的偏差都會產(chǎn)生重大影響。

5. 請記住，熱啟動造成的損傷在渦輪下游可能更為明顯。由于油氣比失衡，火焰會為了維持自身燃燒而進(jìn)一步深入渦輪段尋找空氣。因此，火焰尖端會偏離其在燃燒室中的正常位置，一邊尋找空氣，一邊“煎烤”著昂貴的渦輪部件。

超溫

渦輪溫度決定可用功率。但溫度過高會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)性能下降、油耗增加和發(fā)動機(jī)壽命縮短。

好的，我們的飛行員返航后報告說飛行中發(fā)動機(jī)溫度超出限制。這時，飛行員和維護(hù)人員之間的良好關(guān)系就顯得尤為重要。如果飛行前發(fā)動機(jī)運行良好，那么飛行員需要幫助我們了解所有相關(guān)情況：他/她是否試圖吊起過重的負(fù)載？或者是否陷入困境需要大幅提總距才能脫困？他/她是否在多塵、骯臟的環(huán)境中工作？我們需要了解他/她在超溫前后注意到了什么。如果直升機(jī)配備了超限報告系統(tǒng)，那么你就可以獲得準(zhǔn)確的數(shù)值。

性能下降通常隨著時間的推移而發(fā)生。如果飛行員處于正常飛行狀態(tài)，并且報告說與之前的飛行相比溫度升高，那么就有理由懷疑存在問題。在故障排除方面，他們是我們最好的朋友。

1. 溫度升高了多少？

2. N1/Ng 轉(zhuǎn)速是否在一段時間內(nèi)發(fā)生了變化？

a) N1/Ng 值升高可能表明壓氣機(jī)磨損或臟污、引氣活門故障（卡在開位）和/或使用引氣的飛機(jī)附件存在空氣泄漏。

b) N1/Ng 值降低可能表明渦輪部分侵蝕。

3. 直升機(jī)是否飛越過雨水、煙霧或灰塵？

a) 雨水可能會將粒子分離器中的灰塵變成“泥漿”，從而限制氣流。

b) 煙霧可能會在壓氣機(jī)葉片上形成油性殘留物，降低其正常壓縮空氣的能力。

c) 灰塵會侵蝕壓氣機(jī)葉片，再次損害壓氣機(jī)的性能。

有時我們可能需要進(jìn)行一次飛行，以便更好地了解問題所在。

好的，我們已經(jīng)從飛行員那里獲取了信息，進(jìn)行了一次維護(hù)檢查飛行，并參考了運行與維護(hù)手冊。這些信息的結(jié)合將有助于指導(dǎo)我們的調(diào)查。此時，保持冷靜和制定良好的故障排除計劃至關(guān)重要。我們需要克制住沖動，抵制住直接去追究發(fā)動機(jī)問題最復(fù)雜原因的誘惑，不要急于開始拆卸發(fā)動機(jī)和部件。在故障排除中，請遵循 K.I.S. 原則：“保持簡單”。首先從最簡單的部分入手。首先檢查報告系統(tǒng)。換句話說，我們需要確保飛機(jī)儀表給出的是正確的讀數(shù)。然后根據(jù)這些結(jié)果，繼續(xù)檢查發(fā)動機(jī)系統(tǒng)。

腐蝕

預(yù)防腐蝕完全是維護(hù)部門的責(zé)任。在我們的日常維護(hù)中，應(yīng)嚴(yán)格保持直升機(jī)的內(nèi)外清潔。定期清洗機(jī)身和發(fā)動機(jī)，并定期清洗發(fā)動機(jī)內(nèi)部部件，是確保發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)順暢、直升機(jī)性能良好的關(guān)鍵。發(fā)動機(jī)吸入的空氣經(jīng)壓氣機(jī)葉片壓縮后，轉(zhuǎn)化為動能，為主旋翼提供升力。然而，這些空氣中含有大量雜質(zhì)，隨時可能侵蝕直升機(jī)及其脆弱的發(fā)動機(jī)部件。我們使用的水的純度以及清洗直升機(jī)和發(fā)動機(jī)的頻率，都是值得單獨撰文探討的話題。總之，清潔的直升機(jī)才是運行良好的直升機(jī)。

侵蝕

與空氣中的腐蝕性物質(zhì)一同存在的，還有一些堅韌的細(xì)小塵土和沙粒，它們與腐蝕性物質(zhì)協(xié)同作用，會盡可能地?fù)p傷我們的直升機(jī)及其部件。這些侵蝕性物質(zhì)的問題在于，它們會去除任何防腐蝕的保護(hù)涂層。這使得腐蝕性物質(zhì)更容易滲透，造成破壞。我們對抗這些破壞性物質(zhì)的防御措施是在發(fā)動機(jī)進(jìn)氣口安裝良好的過濾系統(tǒng)。原始設(shè)備制造商一直在嘗試使用更耐用的材料來制造發(fā)動機(jī)部件，但收效甚微。我們的任務(wù)是保持過濾系統(tǒng)的清潔，并密切關(guān)注操作和維護(hù)手冊中規(guī)定的磨損極限。

振動

對渦輪發(fā)動機(jī)來說，沒有“美好的振動”。渦輪發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍從 50,000 轉(zhuǎn)/分到 6,000 轉(zhuǎn)/分不等，以及介于兩者之間的多個轉(zhuǎn)速區(qū)間，因此旋轉(zhuǎn)平衡至關(guān)重要。

除非我們在專門負(fù)責(zé)發(fā)動機(jī)大修的維修站工作，否則我們無法控制發(fā)動機(jī)部件的旋轉(zhuǎn)平衡。我們的工作是識別發(fā)動機(jī)何時開始出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象。作為一名曾經(jīng)從事渦輪發(fā)動機(jī)大修的人員，我一直建議運營人在安裝大修后的發(fā)動機(jī)或發(fā)動機(jī)模塊后，在直升機(jī)重新投入使用前進(jìn)行振動檢測。務(wù)必保留從振動分析設(shè)備獲得的信息，以便在懷疑發(fā)動機(jī)出現(xiàn)振動事件時進(jìn)行對比。

在沒有設(shè)備的情況下，我們?nèi)绾卧诎惭b設(shè)備之前識別振動呢？一個快速了解振動的方法是，在地面試車時觸摸發(fā)動機(jī)和其他部件上的硬管，以及在直升機(jī)運轉(zhuǎn)時觸摸機(jī)身蒙皮。“高頻”振動感覺就像指尖受到電擊一樣。如果突然頻繁需要更換外部航行燈的燈泡，或者出現(xiàn)一連串的蒙皮裂紋，或者突然需要更換硬管支撐卡箍，請記錄下來。最好通過振動檢測設(shè)備來驗證我們的觸感信息。還記得在一切正常時我們做的振動調(diào)查嗎？現(xiàn)在我們有了之前的基線數(shù)據(jù)，這將有助于我們更快地識別出問題的部件。

金屬退化

那么，金屬退化是怎么回事呢？發(fā)動機(jī)中有那么多旋轉(zhuǎn)的齒輪、壓氣機(jī)和渦輪葉輪，需要一大堆軸承，而軸承需要良好的潤滑系統(tǒng)來精心呵護(hù)。壓氣機(jī)葉輪和渦輪葉輪組件也應(yīng)該進(jìn)行平衡檢查。現(xiàn)在是時候快速回顧一下滑油的作用了：

1. 提供潤滑

2. 散熱

3. 清除灰塵和碎屑。

如果潤滑系統(tǒng)無法提供這些服務(wù)，軸承壽命就會受到影響。所有發(fā)動機(jī)制造商都會提供過濾和冷卻系統(tǒng)來幫助滑油完成工作。此外，制造商還使用鐵質(zhì)材料制造齒輪和軸承。如果軸承或齒輪開始失效并產(chǎn)生金屬碎屑，這些碎屑會被發(fā)動機(jī)內(nèi)的磁性捕獲和報告系統(tǒng)吸附。這些裝置被稱為金屬屑探測器。探測器本質(zhì)上是一個位于油路系統(tǒng)中的開放式告警指示電路。當(dāng)一塊鐵屑流過金屬屑探測器時，它會被吸附到探測器的中心部分。一旦金屬碎屑在其頂部連接中心點和外部接地部分，就構(gòu)成了電路閉合。只需少量金屬就能使開放式電路接通，從而點亮駕駛艙面板上的指示燈（或觸發(fā)告警信息）。光線透過印有“CHIPS”（碎屑）字樣的半透明面板照射出來。相信我，燈光足夠亮，足以引起任何飛行員的注意。此外，我們還被指示“盡快降落直升機(jī)并調(diào)查指示燈亮起的原因”。作為維護(hù)人員，我們的職責(zé)是確保他們不會遇到指示燈亮起的情況。

我們確保滑油油箱內(nèi)油位正確。油箱觀察窗上有標(biāo)記有助于這項檢查。我們需要遵循原始設(shè)備制造商關(guān)于定期更換滑油的說明。我們檢查過濾器是否有碎屑，并確保過濾器和滑油冷卻器保持清潔。除了正確的油溫外，足夠的滑油壓力也是必須的。在大多數(shù)渦輪滑油壓力系統(tǒng)中，不應(yīng)需要經(jīng)常調(diào)整滑油壓力。一旦設(shè)定好，就不應(yīng)該需要更改。滑油壓力下降表明系統(tǒng)密封件損壞。滑油壓力升高表明某個滑油噴嘴或系統(tǒng)其他地方發(fā)生了堵塞。這兩種情況都需要調(diào)查并糾正原因。你認(rèn)為在出現(xiàn)振動的發(fā)動機(jī)中，軸承還能使用多久？記住，滑油是發(fā)動機(jī)的命脈 - 保持冷卻和清潔。任何足以觸發(fā)金屬屑告警的金屬屑累積都意義重大。發(fā)動機(jī)在其使用壽命期間會產(chǎn)生一些金屬屑……這是正常現(xiàn)象。即使發(fā)現(xiàn)的金屬屑被認(rèn)為是“正常”的，我們也應(yīng)該將其保存下來，并記錄產(chǎn)生金屬屑時的發(fā)動機(jī)運行時間。我們在這里尋找的是一種趨勢。如果我們正處于某個軸承或齒輪失效的早期階段，我們希望在其完全失效并影響發(fā)動機(jī)其他部分之前“抓住”它。

發(fā)動機(jī)失速/喘振

眾所周知，渦輪發(fā)動機(jī)需要吸入大量的空氣。在非常小的空間內(nèi)，壓氣機(jī)通過壓縮，將環(huán)境空氣壓力提高到正常值的八到九倍。然后，渦輪利用這種壓縮空氣，借助極熱的火焰（1,600 攝氏度），將其加速到接近 1 馬赫的速度，同時提取熱能并將其轉(zhuǎn)化為動能或做功的能量，從而產(chǎn)生維持直升機(jī)飛行的馬力。

壓氣機(jī)葉輪、靜子葉片、渦輪葉片和渦輪導(dǎo)向器的形狀和構(gòu)成至關(guān)重要。任何改變旋轉(zhuǎn)部件（用于推動空氣）或靜止導(dǎo)向器（用于引導(dǎo)空氣）幾何形狀的因素都會導(dǎo)致氣流紊亂。這種紊亂被稱為發(fā)動機(jī)失速或喘振。發(fā)動機(jī)出現(xiàn)氣流紊亂時，有三種可聽見的警告信號：

1. 類似喇叭聲或隆隆聲。通常在發(fā)動機(jī)啟動時會聽到這種聲音。這是正常現(xiàn)象，不會對壓氣機(jī)或渦輪造成損傷。

2. 一連串短促的爆裂聲，聽起來很像一串鞭炮被點燃。這不正常，應(yīng)該查明原因。這表明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，如果這種情況持續(xù)下去，會導(dǎo)致更嚴(yán)重的失速（見下文第 3 點），并造成壓氣機(jī)和/或渦輪的內(nèi)部損傷。

3. 一聲巨響，有時伴有火焰從壓氣機(jī)入口噴出。這絕對不正常，大多數(shù)情況下會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)運行中斷，并且在任何情況下都會對壓氣機(jī)和/或渦輪造成大量內(nèi)部損傷。

什么原因會導(dǎo)致這種氣流異常情況？

1. 順風(fēng)懸停

2. 懸停并吸入發(fā)動機(jī)排氣

3. 操縱直升機(jī)進(jìn)入異常的高上仰姿態(tài)

4. 壓氣機(jī)侵蝕

5. 放氣活門故障（過早關(guān)閉）

6. 燃油系統(tǒng)需要調(diào)整

7. 渦輪和/或燃燒室侵蝕

8. 進(jìn)氣口堵塞或受限

前三項顯然是飛行員操作不當(dāng)造成的。除了確保飛行員能夠描述失速的嚴(yán)重程度以及他們當(dāng)時對直升機(jī)的操作外，我們對此無能為力。

后面第 4 至 8 項則完全屬于維護(hù)部門的職責(zé)。我們有責(zé)任確保直升機(jī)系統(tǒng)配置正確并按設(shè)計運行。正如我們一開始所討論的，我們的工作是為飛行員提供安全的直升機(jī)。這要求我們持續(xù)關(guān)注直升機(jī)的狀況。飛行員和維護(hù)人員之間公開坦誠的溝通有助于我們履行職責(zé)。聽起來很簡單，對吧？確實如此 - 相信我。與飛行員進(jìn)行飛行后溝通遠(yuǎn)比與局方進(jìn)行事故后溝通容易得多。

話到這里，我這個老家伙就不多說了，讓大家繼續(xù)工作吧。感謝各位讓我分享我多年來在發(fā)動機(jī)和直升機(jī)維護(hù)方面的經(jīng)驗，也希望能學(xué)習(xí)一些你們的“秘訣”，活到老學(xué)到老。最后一點 - 會飛的可不只有直升機(jī)。相信我，時間飛逝得比任何直升機(jī)都快！

來源：Eight Simple Ways to Decrease the Life of a Turbine Engine. By Mike Broderick. Helicopter Maintenance Magazine. 略有修改。非原文配圖及視頻來源于網(wǎng)絡(luò)。

版權(quán)聲明：（原）圖文及視頻版權(quán)屬于原作者及出版方，譯文（歸于本號）及相應(yīng)編輯僅用于行業(yè)內(nèi)同仁參考和相關(guān)愛好者閱讀，不用于其他目的。

聲 明：原創(chuàng)文章，歡迎聯(lián)系獲取轉(zhuǎn)載授權(quán)，并注明來源飛行邦；轉(zhuǎn)載文章，目的在于傳遞更多信息，并不代表平臺贊同其觀點和對其真實性負(fù)責(zé)。 如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問題，請及時聯(lián)系我們更正或刪除 。文章版權(quán)歸原作者及原出處所有 ，本平臺只提供參考并不構(gòu)成任何投資及應(yīng)用建議。