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A330 TRENT700 发动机超速保护故障分析

时间:2021-06-21 18:52:44

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A330 TRENT700 发动机超速保护故障分析

1、事件描述:

2LPSHAFTPROTLOSS”和“ENG2OVSPDPROTFAULT”警告,CFDS信息“FMUSOV换OPU和FMU,试车检查正常。

2、故障特点:

★故障表现为有时ECAM警告仅为“低压轴保护丢失”,伴随此警告的维护信息

一般有“EEC”,“LPC/TSPEEDPROBE”,“PCU”。如果两个警告同时产生,伴随的维护信息基本上都是“FMU高压燃油关断活门的位置电门”。

★该故障往往出现在发动机起动或关车时,是TRENT700发动机的控制系统故障比较常见的,且多为间断性故障。通常发生在发动机起动或关车时的FADEC自检阶段,可能的故障件为:EEC、OPU、PCU和FMU以及相联的线路。另外,在发动机运转期间,不会跳出此故障。

3、超速工作原理分析:

TRENT700发动机的超速保护有两个概念:

★一个是通过OPU直接控制关断FMU的高压燃油关断活门,实现发动机停车,该保护主要防止N1、N2转子由于FMV失效在开位或VSV控制逻辑失效而使燃油流量急剧上升,出现严重超转(不是一般意义上的超转)。它出现的警告故障为:ENGOVSPDPROTFAULT,故障警告如果出现,飞机是不能放行,但可以通过FADEC静态消除,从而满足飞机适航放行。

★另一个是通过EEC内部的LPTOS(LPTurbineOverspeed)控制卡直接控制关断FMU的高压燃油关断活门,实现发动机停车,该保护主要防止N1转子断裂可能引发的非包容性损伤。它出现的警告故障为:ENGLPSHAFTPROTLOSS,故障警告如果出现,可以通过系统重置,或者发动机重新启动消除故障,如果故障不能消除,则可以按照MEL进行有限度放行。

图1超速保护原理图

两种超速保护功能及FMU的响应与反馈工作原理分别为:

A)OPU超速保护工作原理OPU主要功能是保护N1与N2转速,传输正常的N1,N2转速至EEC。并在EEC失效时控制转速保持在安全限度,其使用两个硬件通道以连续监控LP(N1C)和IP(N2)压气机传动轴速度。如果危急情况发生,OPU通过通电电磁线圈,独立于EEC直接通过作动扭矩马达来操作FMU的超速活门(Overspeedvalve)使发动机停车。

图2OPU逻辑电路图

如图所示,来自于低压压气机和中压压气机的三个速度探头分别将N1、N2的转速信号输入到OPU内部的N1、N2功能控制卡,控制卡选择两个转速信号进行比较,第三个备用。当两个转速信号都出现超转时,OPU发出一个指令到FMU的超速保护力矩马达,由它作动伺服阀关断FMU的PRSOV,实现保护性停车。当N1,N2转速大于25%时,OPU处于待命状态。

B)EEC超速保护工作原理

LPTOS功能控制卡位于EEC的A通道内,该控制卡是由A、B两个逻辑通道从三个LPC转速信号中选择两个比较接近的分别输入到LPTOS的A通道和B通道,来自于LPT的三个转速信号直接输入到通道分别接受一个转速信号,第三个作为备用。每个逻辑通道分别比较LPC和LPT果在规定的时间段内,两个通道都探测到LPC和LPT的转速不一致,就认为是LPShaft失效,LPTOS发出一个指令到FMU的超速保护力矩马达,关断PRSOV实现保护性停车。当N1转速大于1000rpm时,LPTOS处于待命状态。

C)FMU实现超速保护的执行与反馈原理:

如图4所示,FMU内部的高压燃油关断活门(PRSOV)是由两个力矩马达独立作动的,一个叫正常关车力矩马达(FuelShut-offTorque如下图所示,FMU内部的高压燃油关断活门(PRSOV)是由两个力矩马达独立作

图3 涡轮超速保护原理

动的,一个叫正常关车力矩马达(FuelShut-offTorque速保护力矩马达(OverspeedTorqueTM接受来自EEC、驾驶TM接受来自EECLPTOS和OPU的指令信号。在PRSOV上有一个微动电门用于感受活门的实际位置,并将位置信号反馈给EEC。

图4FMU内部结构图

每次发动机起动,在点火前还没有供油时,EEC和OPU对LPShaft保护和超速保护功能进行自检(BITE),EEC向FMU发出一个自检信号,要求其瞬间切断燃油,并通过PRSOV上的微动电门的反馈信号,检测保护功能是否响应。几乎同时立即取消自检,让PRSOV重新打开,因此发动机的起动程序不会因EEC自检而中断。在自检时,如果探测到故障,就会存储在EEC里,并通过ECAM发出警告。由于PRSOV的位置电门只把信号反馈给EEC,所以任何一个自检没有通过,其维护信息都是“FMUSOV

因此如果出现的故障警告仅为“ENGLPSHAFTPROT“EEC或LPC/TSPEEDPROBE”或没有维护信息,发生阶段也不局限在发动机起动时,则可能是FMU故障,或FMU和OPU之间的线路故障,FMU与EEC的线路故障,专用发电机与OPU的供电线路的故障。还有侧风、PCU换电也是其中可能原因。

而如果FADECSYSFAULT与OVSPDPROTFAULT故障同时发生。则根据线路首先考虑OPU与EEC的N1C与N2的信号传送部分是否出现故障,其次再考虑几率较小的两个系统同时出现故障。

ENGOVSPDPROTFAULT故障警告出现,飞机是不能适航放行的,而ENGLPSHAFTPROTLOSS故障警告出现,飞机可以按照MEL适航放行。

4、经验总结与维护建议

TRENT700发动机的控制系统故障主要表现形式有四种:“FADECSYS“ENGMINOROVSPDPROTFAULT”和“ENGLPSHAFTPROT

通常发生在发动机起动或关车时的FADECPCU和FMU以及相联的线路。

A)ECAM警告“ENGOVSPDPROTFAULT&ENGLPSHAFTPROTLOSS”伴随维护信息“FMU(Ei-4071KS)SOVPOS”。

通常出现在发动机起动阶段,从目前积累的数据看,FMU的微动电门和C插头故障率最高。从TRENT700发动机导线布局上看,导线内部断路或因磨损而出现短路的可能性不大。即使有,也不可能通过晃线而测出。因为发动机上的导线捆扎固定非常牢固,几乎无法晃动。

B)如果ECAMLPSHAFTPROT或LPC/TSPEEDPROBE”或没有维护信息。发生阶段也不局限在发动机起动时。可能原因是侧风、EEC本身故障、PCU换电、转速探头到OPU或OPU到EEC的电插头被污染、插钉松脱等。

从实际排故情况和RR可靠性分析来看,FMU是其中拆换率最高的件,也就是TRENT700控制系统发生故障最容易出故障的件。FMU是发动机燃油控制的核心部件,它如果发生故障,对飞机来说基本上都是重要故障。

目前FMU容易发生的故障有:限流器的保险丝松动,内部齿轮松转;微动电门磨损,电信号故障;倾泻活门渗漏;FMV油虑堵塞;FMV伺服活门渗漏;隔热罩损坏。TRENT700机队FMU牌号为FMU701MK6,针对FMU这些故障,RR公司计划对FMU可靠性进行一揽子升级改装,改装后的FMU牌号为FMU702MK1。

改装后的FMU有以下几方面变动:取消了原来的限流器,改为新设计的LVDT;原微动电门被取消,改为新设计的簧片开关;取消原倾泻活门,改为新设计的活FMV过滤器的性能;改装FMV伺服活门为双封圈;采用更加坚固的不锈钢隔热罩。

对于也比较容易发生故障的EEC部件,RR公司一直在升级改装EEC,目前EEC有软件更新计划,原来的EEC软件版本基本上是A14,A14.1.2或13.2.1,它们只有一个IP涡轮超速保护卡,当EEC被通电时,IP涡轮超速保护卡有时被激励给驾驶舱发出一个不需要的警告,而新改装的EEC纠正了这个缺陷,它的EEC软件版本为A14.1.3,它改装为有2个IP涡轮超速保护卡,两个保护卡互为备份。RR公司已从4月开始对所有老版本EEC进行软件升级。同时结合了最新的TRENT1000和TRENTXWB软件技术,重新设计的新EEC也正在研发当中。而对于PCU,OPU这些部件RR公司今后也将推出新的改装计划。

已经按照RR要求正在对FMU和EEC进行改装,随着这些FADEC主要部件的更新换代,TRENT700发动机控制系统的故障将越来越少,发动机可靠性也越来越高。

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