下载文档原格式
V2500发动机气源系统中高压活门的故障分析及维护处理发布时间：2023-02-01T08:16:22.384Z 来源：《中国科技信息》2022年9月第18期作者：高飞[导读] V2500发动机是国际航空发动机公司（IAE)研制生产的双转子、轴流式高飞四川航空股份有限公司，四川成都 610202摘要：V2500发动机是国际航空发动机公司（IAE)研制生产的双转子、轴流式、高涵道比涡轮风扇发动机。
发动机是整个飞机的心脏，其运行状态关系整个航空器的安全运行，而发动机气源系统又与客舱增压及调温系统紧密相连，关乎着飞机上每一名旅客的生命安全。
本文以配备V2500发动机的A320CEO系列飞机为例，对发动机气源系统中高压活门故障进行分析，并提出了相应的维护建议。
关键词：V2500发动机；气源系统；高压活门1.飞机气源系统简介气源系统内输送高压空气，用于空调、大翼防冰保护、水箱增压、液压油箱增压、发动机启动及燃油油箱惰性气体系统。
气源系统主要由两台气源监控计算机（BMC1和BMC2)控制和监控。
每台气源监控计算机控制各自的发动机气源系统，两台气源监控计算机相互交互数据。
2.发动机气源系统工作原理发动机气源被调压和调温后供应到气源系统，发动机气源来自发动机压气机的高压级（HP）和中间级（IP），当发动机在低功率时候,HPV供应空气到气源系统；当IP级的气源充足时候，HPV关闭。
所有发动机的气源通过压力调节活门（PRV，有关断和调节功能）后供应到气源系统。
3.发动机气源系统部件简介发动机气源系统的主要部件有：压力调节活门（PRV）、高压活门（HPV）、中间级活门（IPV）、过压活门（OPV），转换压力传感器（7HA）、调节压力传感器（8HA）、PRV控制电磁阀（10HA）、HPV控制电磁阀（4029KS）、senseline、风扇空气活门（FA V）、预冷器、FA V控制恒温阀（7170HM）及温度传感器（6HA1或6HA2）。
涡轮的发展从"航空涡轮发动机"这个称呼上，就可以看出涡轮在发动机里的重要性。
涡轮实际上是一个"风车"，在燃烧室来流的冲击下转动。
涡轮的作用就是将一部分高温高压燃气的能量通过传动轴传递给前面的压气机，使其能够正常工作。
在涡扇/涡桨发动机中，涡轮还要驱动风扇和螺旋桨叶片。
涡轮是航空涡轮发动机三大核心部件中的"苦力"，它"干的活最重"、"自身压力最大"而且"工作环境最差"。
说它"干的活最重"，是指每级涡轮要发出很大的功率，在现代航空涡轮发动机上，通常只有不超过三级的涡轮，可是就这么几级的涡轮却要发出上万匹马力的功率；"自身压力最大"是说涡轮叶片在高速旋转时由于其本身的重量，会受到相当大的离心力，大到涡轮全速旋转时其离心力相当于在每个叶片上吊挂了一辆5吨卡车；说它"工作环境最差"则是指，涡轮的工作条件可以用"高温"、"高压"、 "高速"三个"高"来形容。
现代航空涡轮发动机的涡轮进口温度最高达到1800K甚至2000K（约1727摄氏度，超过大多数金属材料的熔点）；涡轮进口气压高达几十个大气压；在涡轮叶片边缘的气流速度通常可以接近甚至超过音速，只有这样的气流冲击到涡轮上，才能使涡轮发出足够大的功率。
换句话说，能在 "三高"条件下稳定工作就是现代航空涡轮发动机对涡轮性能提出的最基本要求。
对于气流而言，温度、速度和压力使密切相关的三个参量，于是，"三高"要求最终就体现在尽可能提高涡轮进口温度上面了，而涡轮进口温度也就成了衡量发动机性能好坏的一个关键性指标。
矛盾恰好也在这里，涡轮进口温度提高使发动机性能得到改善，但与此同时，涡轮开始叫苦不迭了。
IAE国际航空发动机图文介绍-V2500系列发动机V2500发动机的起源则来自其股东公司的发动机，比如罗罗公司的RB211发动机和普惠公司的PW4000发动机。
V2500最引人注目的特点之一就是它的风扇叶片，而这也是一个很好的例子来说明其股东公司所贡献的已被验证的先进技术。
V2500采用的是由罗罗公司设计和发展的无凸台宽弦空心叶片。
它的制造是在两块钛合金薄板之间放入同样是用钛合金作成的蜂窝状结构的材料，然后通过活性扩散焊接的方法将其连成一体。
这种叶片以极轻的重量获得了极大的强度，可以抗击外来物的击伤。
另外，由于其宽弦叶片本身的性质，跑道上的细小碎片和尘土可以被甩到旁路管道，因此同普通窄弦叶片相比，它可以使由于外来物击伤而导致的发动机拆卸减少4倍。
当V2500开始进入服役时，这种独特的叶片已经在罗罗RB211系列发动机上积累了5年的经验。
到今天为至，这种空心结构的宽弦叶片已在全球累积了1亿小时的服务经验。
普惠公司的“浮壁”燃烧室是另外一项贡献给V2500的技术。
燃烧室壁是由金属层板外壳组成的，里面挂有合金扇形块。
这些扇形块 “浮”在它们和外壳之间的冷空气上。
这样的设计提高了冷却效率，消除了压力，并且这些铸件都可以单独更换，因而减少了维修费。
高效的燃油率也是V2500的一大特点：例如，在一架典型的A321飞机的运营中，V2500可比竞争者减少3％的燃油，相当于每年每架飞机可节省4100桶的燃油。
这种全面费用的降低得益于以下几个方面：升级的宽弦叶片使空气流量达到最大，阻力达到最小；10级高压压气机、2级高压涡轮和5级低压涡轮的应用都提高了效率。
A5 发动机统计数据： 在役的飞机数量： 发动机小时数： 发动机循环数： 最高发动机小时： 最高发动机循环： 超过 1129 架 超过 36,000,000 超过 19,000,000 46,263 25,017对于空客A319，A320和A321来说，没有比V2500系列发动机更好的动力装置选择。
浅析V2500发动机燃烧室的360°穿绕检查作者：兰海涛来源：《航空维修与工程》2022年第07期摘要：使用工业视频内窥镜分别通过6个孔探口（B1-B6）和两个点火电嘴IP1、IP2对V2500发动机燃烧室进行360°穿绕检查，总结并记录该检查方法下相应检测对象的检测视角、穿绕过程中产生的问题、尝试解决问题的方法以及穿绕过程中的注意事项，为360°穿绕检查V2500发动机燃烧室的可行性提供事实依据。
关键词：360°穿绕孔探；V2500发动机燃烧室；工业视频内窥镜Keywords：360 degrees borescope inspection；V2500 engine combustion chamber；industrial endoscope0 引言燃烧室是航空发动机重要的热部件之一，发动机的经济性和寿命在很大程度上取决于燃烧室的可靠性与有效程度，恶劣的工作环境也使其成为发动机孔探工作中需重点关注的区域。
目前手册要求孔探V2500发动机燃烧室时，通过拆除所有的孔探堵头来进行检查。
这样虽然能确保检查的全面性，但笔者认为在目前的孔探设备和技术支持下，拆除所有的孔探堵头是不必要的。
之所以手册要求拆除所有的孔探堵头来进行检查，是因为当时厂家在制定手册时使用的孔探设备是直杆镜（刚性镜），如今直杆镜已然被工业视频内窥镜（柔性镜）取代，但手册在设备方面并没有进行相应的更新。
随着发动机厂家对于孔探设备认知的提升，一些新型发动机燃烧室已经减少了孔探口的数量，如A320neo飞机上选装的GTF（PW1100）发动机燃烧室上预留的孔探口，除A、B点火电嘴外只有一个DIFF-1，并且厂家培训时也要求通过DIFF-1孔探口对燃烧室进行360°穿绕检查。
以此为契机，选取目前业内主流的工业视频内窥镜GE Mentor Visual iQ（下文称G4）和OLYMPUS IPLEXNX（下文称NX），分别对V2500发动机燃烧室进行360°穿绕检查尝试，并对穿绕检查的全过程进行描述、记录和分析。
V2500
研制背景
上世纪70 年代中期，出于航空公司对130~150 座级飞机的需求，各大发动机制造商开始酝酿10~15t 推力的先进涡轮风扇发动机
1983 年9 月，美国普拉特·惠特尼公司(P&W)，英国罗尔斯·罗伊斯公司(R·R)，日本航空发动机公司(JAZC)，联邦德国的MTU 公司和意大利的菲亚特公司联合组成了国际航空发动机公司(IAE) ，共同研制和生产一种推力
11100daN(25000lbf)级的涡扇发动机，即V2500，型号编号中V 表示五家公司合作生产，2500 表示以101klbf 为单位的推力级，其中V2500-A1 和V2500-A5 应用于空客A320 系列飞机，V2500-D5 应用于波音的MD-90 飞机。
普拉特·惠特尼公司占30%的股份，负责燃烧室、高压涡轮和涡轮排气机匣的研制；罗尔斯·罗伊斯公司也占30%的股份，负责高压压气机部分的研制；日本航空发动机公司是由石川岛播磨重工业公司(IEE)、川崎重工业公司(KHI)、和三菱重工业公司(MHI) 组成，占有19.9%的股份，负责风扇和低压压气机的研制；德国的MTU 公司占有12.1%的股份，负责低压涡轮的研制；菲亚特公司占有8%的股份，负责附件齿轮机匣部分的研制。
1985 年12 月第一台发动机开始运转，但试车暴露出高压压气机喘振裕度偏低，容易进入失速的问题。
在普惠公司的参与下，将风扇增压级增加到3 级，高压压气机压比稍做降低，结构也做了些许改进，至1988 年4 月24 日取得美国联邦航空局颁发的型号适航证，7 月开始装在空中客车公司的A320 上试飞，1989 年 5 月正式投入使用。
V2500 发动机研制中采用了12 台试验机，研制经费近12 亿美元。
发动机采用了宽弦风扇叶片、浮壁式燃烧室、单晶涡轮叶片和粉末冶金涡轮盘、叶尖间隙主动控制和全权限数字电子控制系统，降低了发动机的燃油消耗率，提高了发动机的可靠性和发动机的竞争力。
结构和系统
风扇：单级轴流式。
采用的是罗尔斯·罗伊斯公司从RB211-524E4 和RJ500 设计和发展而来的无凸台宽弦空心叶片，其增压比为1.7，叶片材料为钛合金，长度为558mm。
它的制造是在两块钛合金薄板之间放入同样是钛合金制成的蜂窝状结构的材料，然后通过活性扩散焊接的方法将其连成一体。
这种叶片以极轻的重量获得了极大的强度，可以抗击外来物的击伤。
另外，由于其宽弦叶片本身的性质，跑道上的细小碎片和尘土可以被摔倒旁
路管道，因此同普通窄弦叶片相比，她可以使由于外来物击伤而导致的发动机拆卸工作减少4 倍。
到现在为止，这种宽弦叶片在全球累积了 1 亿小时的服务经验。
低压压气机：4 级轴流式(V2500-A1 为3 级)。
真空电子束焊接的鼓筒以螺栓固定在风扇之后，没有放气环。
高压压气机：10 级轴流式。
前5 级静止叶片可调，增压比为16，压气机机匣为钢机匣，后面级为双层机匣。
燃烧室：短环形。
采用了普拉特·惠特尼公司的浮壁燃烧室技术。
燃烧室壁是由金属层板外壳组成的，里面挂有合金扇形块。
这些扇形块“浮”在它们和外壳之间的冷空气上。
这样的设计提高了冷却效率，消除了压力，并且这些铸件都可以单独更换，因而减少了维修费用。
高压涡轮：2 级轴流式。
采用三维设计叶形、冷气单晶涡轮叶片和超塑性等温锻造的粉末冶金盘。
材料为MERL76，第 1 级导向器用MAR-M509 精铸，第2 级导向器用MAR-M247 精铸，涡轮外环采用可调主动间隙控制。
低压涡轮：5 级轴流式。
采用三维设计叶形和叶尖主动间隙控制。
附件：所有的附件置于风扇机匣下方，第三代全权限数字电子控制系统由汉密尔顿标准公司提供；齿轮式燃油泵由森德斯特兰/梯津赛伊奇(SI3)公司提供；燃油调节器由卢卡斯公司提供。
V2500发动机常见问题
一、高压压气机HPC 第3 级叶片：高压压气机HPC 第3 级叶片凸台的不规则磨损会导致发动机提前更换，更有甚者出现发动高压压气机第3 级叶片断裂，导致整台发动机损坏。
二、高压压气机HPC 第4 级叶片：高压压气机HPC 第 4 级叶片也出现过断裂的问题。
IAE 曾怀疑这是因为叶尖和机匣间隙过小造成的，由叶尖摩擦引发的也根部后缘位置产生交换应力引发裂纹，实验室的调查也发现所有裂纹的起点都是在叶片根部后缘处。
三、高压压气机5/6/7 级叶片：5 级叶片中曾有一批叶片在制造过程中使用了不合格的工具，导致叶片上的止动片槽应力集中，从而导致在翼飞行时 5 级叶片断裂。
另外6 和7 级叶片也出现断裂的问题，通过重新设计叶根的形状，增加叶根部分的深度和宽度，为优化叶片的平衡，叶片的安装位置向压力面前移，同时也改变了叶片的材料。
通过一系列的改装，高压压气机第5/6/7 级叶片的断裂问题得到很好的解决。
三、高压涡轮1-2 级空气封严：高压涡轮1-2 级空气封严有裂纹会导致N2 高压转子振动有突然增大的趋势。
通过改进高压涡轮的第2 级静子叶片，增加冷却气流，改善高压涡轮1-2 级空气封严的冷却，可以解决该问题。
四、高压涡轮第1 级叶片的改进：发动机在高推力的工作状态下，叶片经常会面临叶尖烧蚀的问题，导致发动机提前下发，在翼时间大大缩短。
新的叶片应用更好的内部冷却、合金材料和表面涂层，同时还增加了清除沙子的一些改进措施。
五、高压涡轮第1 级叶片外空气封严问题：曾有发动机因外空气封严冷却孔堵塞，导致外空气封严烧穿，进而烧穿高压涡轮机匣的例子。
风扇叶片
V2500采用的是由罗罗公司设计和发展的无凸台宽弦空心叶片。
它的制造是在两块钛合金薄板之间放入同样是用钛合金作成的蜂窝状结构的材料，然后通过活性扩散焊接的方法将其连成一体。
这种叶片以极轻的重量获得了极大的强度，可以抗击外来物的击伤。
另外，由于其宽弦叶片本身的性质，跑道上的细小碎片和尘土可以被甩到旁路管道，因此同普通窄弦叶片相比，它可以使由于外来物击伤而导致的发动机拆卸减少4倍。
燃烧室
普惠公司的“浮壁”燃烧室是另外一项贡献给V2500的技术。
燃烧室壁是由金属层板外壳组成的，里面挂有合金扇形块。
这些扇形块“浮”在它们和外壳之间的冷空气上。
这样的设计提高了冷却效率，消除了压力，并且这些铸件都可以单独更换，因而减少了维修费。
高压涡轮转子叶片
1.构造和基本原理
V2500 有两级高压涡轮叶片，一级有64 个叶片，二级有72 个叶片，都为单晶结构，由镍基合金精铸而成，这保证了它能承受更高的涡轮进气温度。
这两级叶片都有前后两个冷却进气通道，均开口于根部。
第一级叶片有145 个冷却孔，第二级有28 个。
冷却孔钻孔技术采用激光和三维激光凿孔技术。
其冷却方法有两个：1，传递冷却，500C °的冷却气体通过叶片里面的冷却管道中传递到叶片内部；2，簿膜冷却，从冷却管道到达叶片外表面（通过冷却孔），在叶片表面形成一层保护簿膜，即防热罩子。
2.涂层。
