发动机振动值的故障分析

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摘要：

文章以GE/CFM发动机为主要参照，从原理出发结合工作实际，讨论发动机振动值的故障，分类总结各类故障现象及处理方法。可以为发动机维护提供经验借鉴。

振动值的测量

机械振动是机械磨损的重要根源，因此测量和监控振动值是预防部件失效的重要手段。工业中对转子涡动的振动值测量方法通常包括加速度测量，速度测量和位移测量。

GE/CFM系列发动机是双转子轴流式涡轮风扇发动机，它使用两个压电晶体式传感器测量出振动加速度，然后在AVM计算机中进行积分计算，得出不同转子位置的振动值，包括风扇振动，低压涡轮振动，高压压气机振动，高压涡轮振动。

高压转子计算振动速度，单位为英寸/秒（IPS），低压转子计算振动位移，单位为密耳（MILs）。

另外在不同的飞机上驾驶舱指示单位有差异，因此有不同的指示单位换算公式，例如737NG飞机上振动指示单位0-5SU（scalar unit），A320飞机上有0-10CU（cockpit unit）。

故障分类和原因分析

振动值大的故障报告来源一方面是机组使用时发现振动大，另一方面是通过地面监控发现的振动值异常。

振动值偏大故障的原因主要包括：

1）鸟击等外来物引起的转子不平衡，

2）风扇配平或润滑不好引起的转子不平衡，

3）低压涡轮配平引起的振动大，

4）部件振动引起的发动机振动值大，

5）指示系统故障，

6）不同的AVM计算逻辑差异引起振动值异常，等等。

以下对不同的故障原因进行案例探讨，查看参数趋势的特点和排故处理方案。

1）外来物引起的转子不平衡

外来物的来源主要有鸟击，地面上的石子，遗落的螺钉，叶片结冰等等。故障现象通常是振动值的突然变大，有时机组可以明显感知到振动或声响，此故障通过地面目视检查可以及时确认，故障容易排除。典型损伤照片如图1。

但是外来物引起的损伤虽能及时修理，有时会破坏原来的转子平衡状态，在状态监控的趋势上会有振动值的阶梯状上升现象，需要寻找合适时机再进行风扇配平。参考实例如图2，鸟击之后引起风扇前振动和风扇后振动有明显的突变，状态监控趋势图上风扇振动值从1.0SU增大到2.0SU。

2）风扇配平或润滑不好引起的转子不平衡

风扇润滑和配平是航线故障中的难点，经常导致重复性故障，认识和区分故障原因是制定排故措施的重要第一步。

A） 润滑不好引起风扇振动值偏大是状态监控中常见现象。从状态监控趋势上看，振动值通常是经过了很长时间的缓慢增大，这可以理解为在长期运转的情况下润滑效果的自然衰减。

通常经过润滑之后都会使得振动值回到正常范围，如图3。有时也有故障反复的情况如图4，这种现象说明润滑工艺或者其他原因导致了润滑效果下降，需要进行详细的故障调查。

B）配平不好时，故障通常表现为振动值平均值偏高，同时振动值的离散度比较低，如图5。故障处理时，通过更换或修理有损伤的部件，然后风扇配平通常也容易消除故障。

C） 航线上出现重复性故障，通常有上述两种原因的复合影响，故障现象上通常伴有振动值平均值和离散度都偏大，排除这类故障基本需要三步，首先润滑，再地面诊断试车，

再配平，三个步骤不可以省略或者乱了顺序，很多次的经验验证了此方案可以有效解决重复性的风扇振动故障。当然在处理重复性故障时，首先确认AVM记录了正确的配平钉，这是AVM进行计算的基础。

3）部件振动

部件共振引起发动机振动值大的情况隐蔽，在排除发动机振动大的故障中所遇不多。例如图6反推折流门连杆断裂的情况，导致发动机落地拉反推时振动大；发动机起飞爬升阶段振动大，如图7发现吊点螺栓发现有磨损的情况。

4）指示故障，现象上通常不符合正常规律，结合译码参数可以发现振动值参数的不稳定，例如图8趋势监控指示为0。这种情况按照排故手册检查AVM，传感器和线路，逐一排除。

5）不同的AVM计算逻辑

在CFM56-3/7B发动机有两种AVM换算，不同件号的AVM采用不同的算法，需要特别注意。

举例：B算法下有风扇振动值1.5SU，如果更换了AVM采用A算法，则风扇振动值会变为2.14SU。

举例：B算法下有风扇振动值1.0SU，如果更换了AVM采用A算法，则风扇振动值会变为1.4 SU。

在状态监控过程中如果看到振动参数的变化，首先确认近期维护工作，如果确认是算法差异，则可以继续正常监控。风扇振动值监控趋势实例如图10。

6）发动机核心机故障

发动机振动值大的故障，航线维修工作有限，在排除上述5种原因之后，综合金属屑磁堵检查情况，按需将发动机返回车间进行详细测试和分解检查。

总结

上述内容总结了发动机振动值大的多个故障现象和判断处理经验，可以为今后的维护工作提供借鉴。应用大数据趋势监控，提前发现故障，可以变被动维修为主动维修。区别故障现象，有的放矢快速排除故障，可以节约维修成本,提高飞机利用率。