浅析航空发动机涡轮起动机工作机理
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【摘 要】 燃气涡轮起动机是航空发动机起动系统的主要部件，它本身就是一台涡轴式燃气涡轮起动机，其功用是在某发动机起动时，带动发动机的高压转子、飞机附件和发动机附件转动。燃气涡轮起动机本身结构和工作情况并不复杂，但却是发动机起动时的主要部件，一旦其发生故障，则会直接导致发动机的起动失败。
【关键词】 涡轮 起动机 故障
1 燃气涡轮起动机系统介绍
发动机起动系统由燃气涡轮起动机及控制系统、扭矩传递装置、燃烧室点火系统 、燃烧室及涡轮起动机补氧系统、发动机起动燃油系统等组成。燃气涡轮起动机主要由三个部分组成，即燃气涡轮发生器模块、自由涡轮模块和燃气涡轮起动机系统。燃气涡轮起动机系统则由滑油系统、燃油供给与调节系统、起动点火系统组成。
1.1 滑油系统
滑油系统的功用是向燃气涡轮起动机各轴承、减速器和传动机匣输送滑油，并将工作过的滑油抽出送回发动机滑油箱。一般滑油系统与发动机滑油系统是连在一起的，因此滑油系统一般为非独立的、开式循环系统，它由供油系统和回油系统组成，每起动一次，会消耗一定量的滑油。
1.2 燃油供给与调节系统
燃油供给与调节系统的功用是：①起动时控制起动机燃烧室内的燃油流量；②限制压气机涡轮转子的最大转速；③限制自由涡轮转子的最大转速；④根据喷嘴前油压力，发出关断电动起动机的电信号；⑤根据电指令关断向起动机燃烧室供油。燃油供给与调节系统由4030油泵调节器和燃油喷嘴组成。
1.3 燃气涡轮起动机起动点火系统
燃气涡轮起动机起动点火系统的功用是，按照起动程序，点燃起动机燃烧室的油气混合气。起动点火系统包括电动起动机，点火附件，二个点火电嘴，最小滑油压力信号器和自由涡轮转速传感器。最小滑油压力信号器在工作油压大于规定值时断开。自由涡轮转速传感器监控自由涡轮的转速，当转速超过限制值时，发出关断起动机指令。
1.4 燃气涡轮起动机各附件的断开时机
1.4.1 燃气涡轮起动机点火附件、补氧附件和电动起动机正常起动时的断开时机
（1）起动到一定时间，发动机自动起动装置发出指令，使燃起动机点火附件和补氧附件、电动起动机停止工作。
（2）在起动的前一段时间，如果压气机涡轮转速达到规定值时，则相应于起动机喷嘴前油压达到规定值，通过电动起动机脱开机构发出信号，起动机点火附件、补氧附件和电动起动机停止工作。
（3）经过一段时间后，当起动机喷嘴前燃油压力达到规定值时，起动机点火附件、补氧附件和电动起动机停止工作。
1.4.2 燃气涡轮起动机正常起动时，断开时机
（1）当发动机高压转子转速达到要求时，由发动机综合调节器向发动机自动起动装置发出指令，通过使起动机计量附件上的停车开关电磁活门断电，起动机退出工作。
（2）当起动时间达到规定值时，发动机自动起动装置向起动机计量附件上的停车开关电磁活门发出指令，使起动机退出工作。
1.4.3 燃气涡轮起动机在起动过程中出现异常情况时提前关断的时机
（1）起动到一定时间后，起动机滑油系统压力仍然小于规定值，发动机自动起动装置向起动机计量附件上的停车开关电磁活门发出指令，使起动机停止工作。
（2）起动过程中当起动机排气温度超过最大允许值时，发动机自动起动装置接受发动机综合调节器的指令，通过起动机计量附件上的停车开关电磁活门使起动机停止工作。
（3）当涡轮起动机自由涡轮转速超过最大允许转速限制值时，发动机综合调节器向发动机自动起动装置发出指令，通过起动机计量附件上的停车开关电磁活门使起动机停止工作。
（4）在按下起动按钮后发动机自动起动装置开始工作的某时间内，并且发动机高压转子转速小于规定值，通过按压停车按钮，切断电动起动机、补氧附件和停车开关电磁活门的电路，中止起动机起动。如发动机燃烧室已经开始工作，则必须收油门到停车位置，才能中断发动机的起动。
2 燃气涡轮起动机故障分析
燃气涡轮起动机在起动过程中发生故障主要有：起动机控制油滤堵塞、热电偶击穿、滑油压力过低和滑油压力传感器故障、起动机功率不足等。
2.1 燃气涡轮起动机控制油滤堵塞
发动机开车时，当按压起动按钮后，起动信号灯亮，起动机风门打开一定时间后，发动机起动信号灯熄灭，起动失败。
动机在起动的前一段时间主要是起动机的起动，所以这时出现的故障原因可能是起动机火系统故障、补氧系统故障，起动机滑油系统压力低，或者是起动机燃烧室断油等几种情况。起动机点火系统出现故障的几率较低；补氧系统可通过检查氧气瓶中的氧气量、压力表数值等手段排除故障。如补氧系统正常，则基本可以判断故障原因是起动机燃烧室断油。这时可拆下起动机控制燃油滤，检查通油情况，如果发现经过一段时间后，燃油才能通过油滤，则说明油滤太脏，堵塞起动机控制油滤，造成燃油无法供应到起动机，使其无法点火燃烧。造成此现象的主要原因是飞机燃油系统脏，具体原因可能有：燃油系统附件在安装时带入赃物、尘埃；燃油质量差，不合规定；加油设备脏。
2.2 燃气涡轮起动机的热电偶击穿
发动机起动过程中，当起动机排气温度超过最大允许值时，发动机自动起动装置接受发动机调节器的指令，通过起动机计量附件上的停车开关电磁活门使起动机停止工作。
起动机热电偶击穿后，发动机综合调节器会发出排气管处温度过高的假信号，使涡轮起动机不能起动。测量热电偶电阻，其电阻值应不小于规定值；否则，说明热电偶已击穿，需更换新的热电偶。
2.3 滑油压力过低或传感器故障
如果起动机开始工作时滑油系统有故障造成滑油压力过低，则滑油压力传感器就发出“滑油压力达不到规定”信号，该信号输送到发动机综合调节器，调节器控制起动机工作一定时间后停车。
检查滑油系统的供油情况，滑油量是否符合要求，利用地面检验操作台检查滑油压力传感器是否良好，确认故障后更换新的传感器。
2.4 燃气涡轮起动机功率不足导致的发动机起动问题
对发动机进行冷运转，如冷运转时发动机高压转子转速小于冷运转规定转速值，则说明起动机的功率不足。起动机功率不足可能出现发动机起动时间长或者起动温度高于标准值。
一般发动机的起动过程是按时序逻辑控制的，先由起动机带动发动机的高压转子转速到一定转速时，由综合调节器发出信号接通燃油分配器的注油电磁活门，使燃烧室点火。当起动机的功率不足时，就无法带动发动机转子到燃烧室点火转速，导致发动机起动时间过长，需要更换起动机。
如起动机功率不足，发动机起动的前半程会出现发动机高压转子转速上升缓慢，引起空气流量增加缓慢，这样就会导致发动机起动在前半程出现低压涡轮后燃气温度超过标准值的现象，这时需要更换起动机排除故障。