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淺談萊康明發(fā)動機點火系統(tǒng)常見故障分析及排除論文
近十幾年里，中國有越來越多的用戶在使用美國萊康明航空發(fā)動機，隨著維護(hù)的深入，發(fā)現(xiàn)發(fā)動機故障率中占比例最高的是點火系統(tǒng)故障。下面以德事隆·萊康明公司生產(chǎn)的IO -3 6 0 -L 2 A發(fā)動機選用的美國CHAM PION公司生產(chǎn)的點火系統(tǒng)為例，分析點火系統(tǒng)在飛行使用中最常遇到的問題及分享排故的一些經(jīng)驗。
1 萊康明發(fā)動機點火系統(tǒng)基本組成及分布
萊康明發(fā)動機點火系統(tǒng)主要由：磁電機(包括外部導(dǎo)線和開關(guān))、高壓導(dǎo)線和電嘴三部分組成。每個氣缸有兩個電嘴，分別安裝在氣缸頭的上部和下部，有兩個磁電機通過高壓導(dǎo)線分別控制每個氣缸的一個電嘴，即一臺發(fā)動機有兩套獨立的點火系統(tǒng)。一般兩個磁電機是分開安裝的，也有兩個磁電機合在一起共用一個轉(zhuǎn)子，由一個傳動齒輪帶動。阿維科·萊康明公司生產(chǎn)的IO -5 4 0 -C4D5D發(fā)動機選用的D6 LN-3 0 0 0型磁電機就屬于這一類。各型萊康明發(fā)動機使用的磁電機原理大同小異。
2 磁電機單磁掉轉(zhuǎn)異常故障
發(fā)動機在使用中，飛行人員或機務(wù)人員在對發(fā)動機試車時，在對磁電機進(jìn)行試單磁工作時，常會遇到這樣兩種情況：要么單磁工作時發(fā)動機不掉轉(zhuǎn)，要么單磁工作時發(fā)動機轉(zhuǎn)速迅速下降，發(fā)動機失去功率。這兩種情況可以歸結(jié)為：(1)在單磁位雙磁工作。(2)在雙磁位單磁工作。
3 在單磁位雙磁工作分析
3.1 在單磁位雙磁工作的原因
它的現(xiàn)象即試車試單磁時，一個磁電機工作時發(fā)動機不掉轉(zhuǎn)，另一個磁電機工作時發(fā)動機掉轉(zhuǎn)正常。這種現(xiàn)象的原因是在試單獨的一個磁電機工作性能時，另一個磁電機沒有關(guān)閉，而在正常工作。在日常維護(hù)中，排故時會發(fā)現(xiàn)，另一個磁電機由低壓電路中的電容正極引出接到磁電機開關(guān)的接地線斷路。而最可能斷開的位置在電容正極引出的接線樁處的接地線的接線片根部導(dǎo)線斷開。這樣就造成了這個磁電機不能關(guān)閉。本來應(yīng)該在試單磁時，讓另一個磁電機通過接地線在磁電機開關(guān)處接地，使其不工作�，F(xiàn)在接地線斷路，就等于磁電機低壓電路中的一次線圈始終能產(chǎn)生感應(yīng)電流。發(fā)動機轉(zhuǎn)動，斷電器就會正常工作，一次線圈就會產(chǎn)生自感應(yīng)電動勢，從而讓高壓電路中的二次線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，讓磁電機始終產(chǎn)生高壓電。因為接地線斷開就等于磁電機開關(guān)對磁電機的控制失去作用，磁電機開關(guān)無法讓磁電機的一次線圈接地，只要發(fā)動機轉(zhuǎn)動這個磁電機就正常工作，就無法試單磁。
3 .2 定時燈在查找單磁位雙磁工作故障中的應(yīng)用
定時燈是給磁電機在外定時安裝中，判斷磁電機是否安裝精確的工具。大多使用以電池為電源的定時燈，如E A S T E R NT ECHNOL O GY COR P OR AT ION生產(chǎn)的E50型定時燈。這種定時燈在磁電機斷電器觸點斷開時燈亮，閉合時熄滅。交流定時燈的工作方式與上述相反，當(dāng)斷電器觸點斷開時燈熄滅。在上述故障的分析中，在單磁位雙磁工作的故障是可以在運轉(zhuǎn)發(fā)動機試單磁中檢查出來的。但是當(dāng)停車排故時，拆掉了發(fā)動機整流罩，可是肉眼卻看不出電容正極到磁電機開關(guān)的接地線哪里斷了。因為有時導(dǎo)線內(nèi)部的金屬線斷了，而外面的絕緣層完好無損。這時發(fā)動機試車人員甚至?xí)岩勺约旱呐袛�，記不清是左磁不掉轉(zhuǎn)還是右磁不掉轉(zhuǎn)，而裝回整流罩給發(fā)動機試車又很麻煩。這時使用定時燈就可以簡單有效的判斷哪個磁電機不能接地。把定時燈的兩根正線接在兩個磁電機的電容正極，而負(fù)線接地，此時磁電機開關(guān)都在OF F位。當(dāng)拆掉電嘴，順旋向搬動螺旋槳到一號缸膨脹作功行程使沖擊聯(lián)軸器脫開，然后回搬螺旋槳到一號缸壓縮行程上死點前2 5 °附近來回晃動時，會發(fā)現(xiàn)有個定時燈會亮而另一個燈始終不亮，不亮那個燈相連的磁電機為正常，亮燈相連的那個磁電機為故障。因為磁電機開關(guān)在OF F位，兩個磁電機均應(yīng)接地。亮燈說明這個磁電機沒接地，斷電器對低壓電路起作用。這時只要找到這個磁電機接地線斷開的位置就可以排除故障，斷處多在電容正極接線處的接線片根部膠套內(nèi)。這是一個利用定時燈排故非常好的例子。
3.3 在雙磁位單磁工作分析
這類故障只能在試車試單磁時才能發(fā)現(xiàn)。它的現(xiàn)象是當(dāng)磁電機開關(guān)位于單磁位時，一個磁電機單獨工作時，發(fā)動機不掉轉(zhuǎn)，而另一個磁電機單獨工作時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速迅速下降直至為零，即發(fā)動機不工作。這是因為有一個磁電機使終沒有工作，即無論磁電機開關(guān)在雙磁位還是在不掉轉(zhuǎn)的單磁位，都只有一個磁電機在工作。另一個不工作的磁電機故障的原因有很多。比如裝配磁電機時未連接內(nèi)部的電容插線;磁電機斷電器故障;磁電機分電器故障;磁電機線包不絕緣等。當(dāng)更換這個故障磁電機后，發(fā)動機單磁掉轉(zhuǎn)就可恢復(fù)正常。
4 電嘴積碳引起的發(fā)動機抖動
萊康明的發(fā)動機抖動多數(shù)是由電嘴積碳，造成電嘴的中央極和旁極相連，而使電嘴不跳火。對于四缸的萊康明發(fā)動機，如IO-36 0 -L 2A發(fā)動機，在查找故障電嘴時，有如下規(guī)律：如果是左磁電機單獨工作時，發(fā)動機抖動并掉轉(zhuǎn)2 0 0 R P M以上，則檢查左邊2、4 缸下部電嘴和右邊1、3 缸上部電嘴，簡稱“左下右上”;如果是右磁電機單獨工作時，發(fā)動機抖動并掉轉(zhuǎn)20 0R PM以上，則檢查右邊1、3缸下部電嘴和左邊2、4缸上部電嘴，簡稱“右下左上”。對于裝有G10 0 0系統(tǒng)的飛機，甚至可以根據(jù)每個氣缸的排氣溫度的差異，確定是哪一個電嘴故障。有少數(shù)比例的飛機，在出原廠時，磁電機的接地線在磁電機的開關(guān)處或電容正極接線處，左磁電機和右磁電機互相接反。這并不影響飛機的安全性，但對排故有影響。比如現(xiàn)在試車試單磁，左磁電機工作右磁電機接地。發(fā)現(xiàn)發(fā)動機抖動并掉轉(zhuǎn)3 0 0 R P M，2 號缸排氣溫度異常，初步判定為2號缸下部電嘴因積碳而未工作。而因左、右磁電機接地線接反，實際故障的電嘴為2號缸上部電嘴。
5 點火系統(tǒng)隔波裝置故障引起的機載電子設(shè)備干擾
5.1 磁電機及其外部導(dǎo)線的隔波
先介紹磁電機外部的連接導(dǎo)線，這很容易讓人混淆。S L ICK磁電機的電容正極__越小，國內(nèi)一些設(shè)計院推薦壓低水位距離轉(zhuǎn)輪下環(huán)1～2 m，轉(zhuǎn)輪直徑越大、轉(zhuǎn)速越高的機組可以取較大值。
4.7 給氣開始時間
為防止抽水調(diào)相起動時發(fā)電電動機的起動電流過大，一般在低轉(zhuǎn)速時(10 %～15%額定轉(zhuǎn)速)即開始給氣壓水。發(fā)電調(diào)相的啟動是先發(fā)電并網(wǎng)再轉(zhuǎn)發(fā)電調(diào)相，故在額定轉(zhuǎn)速下給氣壓水，此時要防止機組進(jìn)入深度反水泵而導(dǎo)致機組逆功率保護(hù)動作出口，通常需要快速壓氣和適時閉鎖逆功率保護(hù)。
4.8 補氣
漏氣點：主軸密封處漏氣至水車室;豎向回流與水平回流引起的尾水管逸氣;水環(huán)排水閥夾雜氣、水至尾水管肘段。從天荒坪、宜興實際運行情況觀察，主軸密封處的漏氣很少，但在機組調(diào)相運行時，尾閘處確有大量的氣體排出，證明后兩種漏氣確實存在。補氣方式有：連續(xù)補氣：需要補氣閥保持一個合適的開度，將補氣閥常開，但此開度很難找到。根據(jù)尾水管水位控制補氣：一般在尾水管設(shè)水位測量裝置，在調(diào)相時投入。這種方法的主要影響在于尾水管肘管處振動大，環(huán)境濕度大，對水位測量裝置的技術(shù)要求高。根據(jù)吸收功率控制補氣：據(jù)試驗證明，轉(zhuǎn)輪在空氣中旋轉(zhuǎn)所消耗的功率僅為相同條件下在水中旋轉(zhuǎn)消耗功率的10 %-3 5%，故可利用功率繼電器來控制補氣，該法的缺點在于，補氣只能在水淹沒了轉(zhuǎn)輪后開始，會造成不必要的能量損失，增大機組的振動。
4.9 排氣結(jié)束的判據(jù)
廣蓄是利用安裝在排氣管上的一個流量傳感器進(jìn)行判斷，當(dāng)探測到水流量后延時結(jié)束排氣。天荒坪、宜興則是通過測量機組的吸收功率判斷排氣是否結(jié)束。因為相同轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)輪從部分淹沒在水中到全部淹沒，吸收功率激增，根據(jù)宜興的運行經(jīng)驗，吸收功率從16-17 mW激增到4 0 mW。
4.10 上下迷宮環(huán)冷卻
調(diào)相運行時，轉(zhuǎn)輪在空氣中旋轉(zhuǎn)摩擦?xí)a(chǎn)生熱量，使轉(zhuǎn)輪和上下迷宮環(huán)發(fā)熱，因此，必須向上下迷宮環(huán)提供冷卻水。
4.11 冷卻水取水口
調(diào)相時需要對冷卻水的水溫進(jìn)行限制�，F(xiàn)在一般將取水口和排水口分別布置在尾水管靠尾水事故閘門側(cè)和靠轉(zhuǎn)輪側(cè)，避免造成冷卻水死循環(huán)。
4.12 尾水管高度
當(dāng)機組轉(zhuǎn)速達(dá)到額定值時，轉(zhuǎn)輪下方會產(chǎn)生強烈的氣旋，引起尾水管中水體旋轉(zhuǎn)。在高水頭機組中水體的傾斜可以達(dá)到45 °，若尾水管高度不夠，被壓下來的空氣可由肘管上部逸出，或者旋轉(zhuǎn)水體的上部會撞擊轉(zhuǎn)輪。因此在尾水管的設(shè)計中必須考慮到壓水起動的特殊現(xiàn)象。
4.13 導(dǎo)葉小開度
宜興曾出現(xiàn)過機組從抽水調(diào)相轉(zhuǎn)抽水過程中，導(dǎo)葉開度至4.1%(球閥開度約41%)，導(dǎo)水機構(gòu)發(fā)生劇烈振動，部件嚴(yán)重?fù)p壞;另外在機組水泵停機(導(dǎo)葉開度13-14%)、水輪機甩負(fù)荷試驗停機(導(dǎo)葉開度7%)時也出現(xiàn)過類似情況。檢查分析認(rèn)為此現(xiàn)象是由導(dǎo)葉立面間隙(縫隙或?qū)~開口)進(jìn)、出口的壓力差激發(fā)并維持的自激振動引起導(dǎo)葉振動并發(fā)生了扭轉(zhuǎn)引起的。臨時處理措施主要有：加固導(dǎo)水機構(gòu);加大導(dǎo)葉開啟速度，縮短導(dǎo)葉小開度運行時間;改變機組開機流程;損壞設(shè)備更換、堅固等。最終的處理措施包括：增加導(dǎo)葉臂長由1. 0 6 7～1.10 7，用以改善水泵模式下的顫振穩(wěn)定性;減小導(dǎo)聽縫隙長度由6 0 m m到約2 0 m m，用以改善二次穩(wěn)定流和縫隙中壓力脈動的放大作用;對導(dǎo)葉尾部(水泵模式)進(jìn)行了修型，減小出水邊側(cè)的臂長。導(dǎo)葉修型后，宜興進(jìn)行了各種穩(wěn)定工況、暫態(tài)過程和工況轉(zhuǎn)換試驗，均沒有出現(xiàn)自激振動。
4.14 保護(hù)配制
為了提高調(diào)相的啟動成功率與運行可靠性，需對保護(hù)做特殊的配置，如：由于調(diào)相啟動過程中的電流很小(宜興：調(diào)相啟動過程中最大電流約0 .7 6 k A;調(diào)相運行電流約0 .3 k A;抽水運行電流約10 k A)，需對差動保護(hù)、低壓過流保護(hù)、定子接地保護(hù)(9 5%、10 0 %)、過電壓等整定特殊的定值;由于抽水蓄能機組具有發(fā)電與抽水兩個方向，需對方向性保護(hù)如負(fù)序過流、失磁保護(hù)、相序監(jiān)視等配置不同方向的保護(hù)并選擇性投入。
5 結(jié)語
調(diào)相運行是抽水蓄能機組重要的運行方式，有利于電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，調(diào)相壓水系統(tǒng)是保證調(diào)相運行的關(guān)鍵因素之一，設(shè)計時需綜合考慮多方面因素，該文結(jié)合國內(nèi)部分已投產(chǎn)電站實際運行情況，簡要介紹了調(diào)相系統(tǒng)在設(shè)計時應(yīng)關(guān)注的一些因素，希望為抽水蓄能電站的設(shè)計提供思考點。
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