论文摘要：航空发动机排故技术是针对发动机试车过程中存在的相应故障采取一定的技术手段排除的控制技术。本研究针对性的分析了航空发动机试车时抱转故障问题，重点研究低压转子抱转故障，分析了抱转故障产生的基本原因，提出了相应的改善方案，并通过大量的实践，在某抱转故障发动机上进行了实际验证，最终确定了故障点，解决了发动机试车低压转子抱转故障。该项研究提高我国航空发动机制造技术水平具有重要意义。

关键词：抱转故障；排除；研究实践

1 引言
　　发动机试车故障种类较多，一般常规故障为振动故障、性能故障、抱转故障、漏油故障、成附件故障等，其中抱转故障是发动机试车特别是磨合试车时的主要故障形式之一，其中包括高压抱转和低压抱转，发动机转子抱转是指在发动机完成阶段性的试车或试飞任务后处于停止运转状态时，经过一定的时间后发动机转子（高压或低压）无法自由转动，且经过较长时间的停留和降温（几个小时）后，发动机转子转动渐趋于自由，最终达到灵活转动状态，一般累计持续时间为2-4个小时，大部分故障随着试车时数的增加及试车磨合状态的改变逐渐改善或者消除，但部分发动机转子抱转故障会一直伴随发动机试车和使用整个过程，这就造成了发动机重复运转时间变长，严重影响发动机试车或执行任务飞行的周期。

2 故障描述
　　2.1 故障描述
　　2.1.1 发动机转子试车磨合中的正常抱转
　　发动机试车四阶段前的高低压抱转现象，一般特征为发动机停车后一段时间后，高、低压转子开始出现转动卡滞变紧迹象，然后完全不能旋转，经一段时间后转静子脱开，随着试车状态的提高和试车时间的变长，该高、低压抱转现象表现逐渐降低或者消除，该现象为正常试车时的高、低压转子磨合过程中的必经过程。
　　2.1.2 发动机转子试车中的异常抱转
　　发动机低压异常抱转，发动机四阶段后，发动机停车后一段时间后，低压转子开始出现转动卡滞变紧迹象，然后完全不能旋转，经一段时间后转静子脱开，此过程中高压转子转动一直处于正常状态。而这个状态一直持续至发动机完成工厂试车或者是至检验试车提交，特别是后续大状态试车增加时抱转现象明显严重。
　　高压异常抱转，高压抱转现象一般随着发动机试车时数增加，磨合到位后一般逐渐消失，一般一个工厂磨合试车时状态基本改善。而高压异常抱转则表征为高压压气机试车后转子出现无法转动且最终不能脱开旋转的状态。
　　2.2 低压抱转故障影响
　　2.2.1 由于发动机低压抱转在试车过程中表现不易被发现，所以在厂内试车时一般在阶段停车时间较长时，重新进行阶段开车试验时发现，在起动电机起动达到额定转速要求时低压转子转速为0，该状态确认为低压抱转。低压抱转在厂内试车时只有在阶段停车时间稍长进入抱转时间段重新开车起动时被发现。
　　2.2.2 在外场发动机装机状态时，低压抱转如无特殊监控，不容易被发现，如该状态下发动机正常起动并至点火时，由于低压未转动会造成燃烧室燃烧后的高温燃气流被吸回外涵内，造成外涵机匣烧蚀故障
　　2.2.3 另外发动机抱转故障在外场监控使用时，增加飞机发动机地面维护周期，会影响飞机执行任务的安排。

3 原因分析
　　基于某发动机低压抱转故障，从发动机结构上从以下几个方面进行分析。
　　某新机发动机在厂内试车中经常出现发动机低压抱转时间较长的问题，严重时在第二次试车（检验试车）时仍存在该问题，初步统计检验试车中低压转子抱转故障率达25%，大大延长了试车周期，影响正常生产、交付。通过对发动机各转、静子间隙和磨损情况统计对比分析和重点部位进行冷态、热态间隙变化等算分析，现有配合情况和状态进行完善提出改进方案，将发动机检验试车中低压转子抱转故障率控制到15%以内。
　　3.1 发动机转、静子间隙和磨损情况统计、比分析
　　对部分某新机发动机主要几处转、静子配合间隙进行了统计，并与大修机发动机类似处间隙进行了对比分析。
　　3.1.1 压气机部分对比分析
　　某新机发动机与大修发动机低压部分，某新机发动机为3级，大修发动机为4级。
　　根据文件规定的某新机和大修发动机低压气机装配间隙（数据略）及实际装配间隙（见图1、2、3）、机匣磨损统计情况看，某新机和大修发动机的转子叶片叶尖与静子机匣、转子上篦齿与机匣内环间隙和磨损情况基本相当，无明显差别。
　　3.1.2 涡轮部分的对比分析
　　此处选择某新机发动机5处磨损相对严重的转、静子间隙，与大修发动机对应部位的间隙情况进行数据分析对比。
　　（1）各处间隙设计规定值比较（见图4）
　　从以表4可以看出，某新机发动机此5处间隙设计值均较大修发动机偏小，某新机发动机更容易产生转、静子碰磨情况。
　　（2）各处间隙实际情况对比
　　对某新机新机与大修发动机部分间隙情况进行对比，以下为某新机新机与大修间隙2、3、4、5处的实际装配间隙情况的对比。
　　从以上各图及统计数据来看，某新机新发动机间隙基本都小于或接近于大修发动机，从数值上来看，某新机配合间隙多集中在设计值下限。
　　（3）磨损情况对比
　　根据实际工作状态，重点统计了间隙1处的磨损情况对比如下：
　　从磨损情况对比图上可以看出，不论是新机还是返厂机，磨损情况都比较严重，甚至超过了大修的大修发动机的磨损情况。
　　3.2 重点部位冷态、热态间隙变化计算分析
　　通过上述统计分析，对影响涡轮转子抱转各零部件（见图11）进行了相应的变形计算和间隙计算分析，计算选取了发动机工作状态、刚停车状态以及模拟停车后机件不同温度的过渡状态，分析了不同状态下各部位间隙与降温速度的关系，给出了各部位间隙随发动机停车后温度状态变化曲线及各部位间隙随温差的变化曲线和分析结论。
    低压涡轮部件变形后间隙计算中，转动件考虑了自身的离心载荷及温度的影响，而静子件考虑了工作状态的温度影响，均未考虑气动力。
　　各部位在不同状态下配合间隙计算结果见表1～3和图12～14
　　从以上统计分析结果来看，某新机发动机的低压压气机转、静子间的配合及工作后的机件磨损情况与大修发动机基本相当，应为合理范围；高压静子内环蜂窝与转子篦齿间隙设计值以及高压篦齿盘与燃烧室前封严环蜂窝间隙设计值相对偏小；涡轮部件的转、静子（高、低压转子间）配合间隙均偏小，机件磨损情况也较重。计算分析表明涡轮部件转静子配合间隙停车后随温度的变化较为明显，在发动机停车后一段时间，当转、静子温差达到一定量时，盘间封严环篦齿可能会出现与机匣配合间隙为负值的情况，对发动机抱转有一定的影响。

4 实施方案
　　针对以上分析情况从低涡相关转静子部件进行发动机低压抱转故障分析，得出主要可能产生抱转故障的故障点。
　　4.1 初步实施方案
　　为进一步排除和解决发动机抱转故障，通过试验采取了如下的控制措施，控制措施及试验结果如下：
　　4.1.1 将低涡一、二导蜂窝磨损出的沟槽加深至设计要求上限，后续试车时仍出现抱转故障。
　　4.1.2 调整“H”值（表征低涡转子相对高涡转子的轴向距离），保证检装时“H”值与工厂装配时尽量接近，后续试车时仍出现抱转故障。
　　4.1.3 调整“D”值（表征低涡转子相对低涡二导的轴向距离），向前或向后调整低涡转子相对静子的轴向位置，后续试车时仍出现抱转故障。
　　4.1.4 对低涡一、二导蜂窝补加工到设计要求上限，对低涡一、二级转子叶片补加工到设计要求下限，后续试车时仍出现抱转故障。
　　4.1.5 串装其他台份低压涡轮转子，后续试车时仍出现抱转故障。
　　4.2 进一步方案开展
　　由于以上相关技术方案未改善该故障的降低。对相关发动机进一步检查后发现，轴承座前封严环银铜涂层磨损痕迹为较窄的细沟（以前的发动机磨损痕迹多为沟槽），部分发动机在封严环前方存在黑色痕迹，选取两台台对前封严环银铜涂层补加工后进行试验试车，均未出现抱转故障。由试验试车结论可以推断，前期造成低压抱转故障的主要原因是发动机停车后低涡转子与前封严环之间存在卡滞。
　　4.2.1 试验试车情况
　　某台发动机将原台封严环进行补加工至直径260.70～260.75，检查封严环跳动为0.04，进行试验试车，未出现抱转故障。
　　某试验发动机将原台封严环进行补加工至直径260.70，检查封严环跳动为0.05，进行试验试车，未出现抱转故障。
　　咨询设计，此处间隙扩大后理论上会对后腔回油温度、滑油消耗量造成影响， 经查两台发动机试车时ZJ状态后腔回油温度及滑油消耗量均属于正常经查，抱转发动机NO.5跑道篦齿与轴承座前封严环银铜涂层配合间隙均处于设计要求中限偏上（设计要求0.1～0.175，实际0.14～0.145），相比同期生产的发动机无差异，相比02批发动机（机件为去年生产，与抱转发动机同期试车）间隙偏大，但封严环直径基本一致。
　　4.2.2 原因初步分析
　　低压转子抱转故障原因为轴承座前封严环位置造成。
　　4.2.3 后续试验情况及结论
　　经过轴承座前封严环内径在工厂试车后故检时需进行测量，要求直径为260.3～260.6，因此将轴承座前封严环内径位置的尺寸改为不大于260.60。
　　经厂内试车验证，各台抱转发动机均在贯彻该尺寸后试车通过，未再发生抱转故障。

5 结束语
　　航空发动机低压转子抱转故障的原因是由于轴承座前封严环篦齿与涂层之间间隙不均匀，会出现偏磨现象，发动机停车后篦齿局部停留在磨损出的沟槽内；而前封严环组合加工后，试车时篦齿与涂层之间间隙较均匀，停车后有可能整圈篦齿均停留在磨损出的细沟内，由于接触面积的增大，造成摩擦力增大从而引发抱转故障。
　　抱转故障的解决方案是将该轴承座前封严环篦齿的尺寸按照工厂后磨损变形的要求加大至上限，以控制篦齿与涂层之间间隙，使试车时在高温变化的情况下有较大的变化余量，减少抱转的可能性。
　　对于该尺寸调整后的发动机经试车后跟踪，抱转故障消除，滑油回油温度和消耗量未出现异常，发动机试车性能正常，不影响发动机的稳定工作，方案可行有效。