關(guān)于CFM56-5B發(fā)動機VBV潤滑與柔性軸更換工作的淺談
2019-09-20（西藏航空機務(wù)）
1、VBV的功能作用
CFM56-5B屬于雙轉(zhuǎn)子渦輪風(fēng)扇發(fā)動機，在發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，連接高壓轉(zhuǎn)子的高壓壓氣機（HPC）與連接低壓轉(zhuǎn)子的低壓壓氣機（LPC）之間常常會產(chǎn)生不匹配，因此設(shè)計了可調(diào)放氣活門系統(tǒng)（VBV）。
VBV系統(tǒng)在發(fā)動機運轉(zhuǎn)中起著至關(guān)重要的作用，在發(fā)動機恒速運轉(zhuǎn)和加速運轉(zhuǎn)過程中，它直接受可調(diào)壓氣靜子葉片（VSV）的角形調(diào)節(jié)點控制：低轉(zhuǎn)速時，低壓壓氣機提供的壓縮氣流大大超過核心機所需利用的氣流，這時VBV活門打開，將多余的壓縮空氣放出核心機；高速運轉(zhuǎn)時，VBV活門關(guān)閉，這樣低壓壓氣機的壓縮空氣充分進入核心機，以滿足發(fā)動機的運轉(zhuǎn)功率需要。當(dāng)發(fā)動機減推力飛行時，VBV活門打開，快速減推力時，VBV活門全開，將低壓壓氣機（LPC）的壓縮空氣排出核心機，這時VBV起著增加低壓壓氣機LPC內(nèi)的空氣流動和改善LPC和HPC之間的匹配作用。
2、VBV的組成
VBV作動系統(tǒng)（如圖1）中包括：一個燃油驅(qū)動馬達裝置位于9點鐘位里，一個主VBV活門以及11個隨動門，這12個VBV活門均勻分布在LPC上，在燃油驅(qū)動馬達與主活門之間裝有機械止動裝置，一根主柔性軸穿過機械止動裝置連接驅(qū)動馬達和主VBV活門，在12個VBV活門之間通過11根柔性軸連接，一個VBV位置傳感器（RVDT）安裝在機械止動裝置上，在RVDT與主VBV活門之間連有一根力反饋桿。VBV由ECU控制、通過HMU供給高壓燃油驅(qū)動馬達作動。燃油驅(qū)動馬達轉(zhuǎn)動通過主柔性軸驅(qū)動主VBV活門，主VBV活門再通過柔性軸驅(qū)動其他的VBV活門。活門活動的極限位置由止動機構(gòu)決定。
圖1 VBV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
3、VBV潤滑及檢查為了能保證VBV活門能平穩(wěn)順暢工作，需要定期對VBV系統(tǒng)進行注油潤滑。參考AMM75-31-00-640-801-A進行VBV潤滑。⑴先拆下3點半鐘位置的風(fēng)扇氣路面板，使用專用扳手（856A2501G01）將12個VBV活門搖到完全關(guān)閉位，然后在順次拆下剩余風(fēng)扇氣路蓋板并做好標(biāo)記；（2）找出每個VBV作動筒的注油口，用干凈毛巾蘸上異丙醇（CP1041）進行清潔，每個VBV作動筒只有一個注油口，在其銘牌附近（如圖2）；（3）使用裝有Mobil28潤滑脂的注油槍，注油頭對準(zhǔn)每個VBV注油點兩人完成注油，一個人保持注油嘴位置，一個人打泵，加注大約0.1oz（2.83g）到0.17oz（4.82g）潤脂，看到注油頭有紅油冒出說明已經(jīng)注滿，用毛巾將多余的油擦干凈；（4）使用專用扳手（856A2501G01）向兩個方向轉(zhuǎn)動（從全開位到全關(guān)位），轉(zhuǎn)動過程中注意觀察每個活門都要跟著轉(zhuǎn)，沒有卡阻很輕松轉(zhuǎn)動，重復(fù)轉(zhuǎn)動至少3次，以確保潤滑脂進入到每個作動筒，Z后確定12個VBV活門在全關(guān)位，Z后恢復(fù)風(fēng)扇氣路蓋板，打上力矩。
圖2 VBV注油口位置
在打開風(fēng)扇蓋板后需對整個VBV活門區(qū)域包括柔性軸進行目視檢查，檢查活門有無變形損傷，封嚴(yán)是否有損傷，如有需參考手冊進行更換；檢查柔性軸有無斷絲、損傷和鼓包，安裝端是否有磨損，如有則更換柔性軸，并對安裝件進行尺寸檢查和彎曲測試。
對于已經(jīng)執(zhí)行過CFMSB75-0056則還需潤滑VBV止動機構(gòu)（如圖3），在取堵蓋的時應(yīng)小心的拿走廢棄保險絲防止外來物損傷部件，取下并放好堵蓋。注油前先計算出每次油槍每一個行程擠出油脂的重量（通過計算大概一個行程擠出的油脂重量為1g）作為一個參考，注油時把注油槍接到止動機構(gòu)傳動螺帽的注油嘴上，加注約0.5g的潤滑脂，轉(zhuǎn)動螺帽接近外側(cè)軸承，往注油孔注入0.5g的油脂，使腔體下部的軸承得到潤滑，轉(zhuǎn)動螺帽直到和外側(cè)止動螺帽/軸承咬合，通過注油孔注入1.0g潤滑脂，潤滑到絲桿和防轉(zhuǎn)銷的頂部，Z后往絲桿下部的腔體注入4.0g的潤滑脂，潤滑到止動機構(gòu)底部的腔體。注油結(jié)束后安裝好堵蓋，按要求打力矩保險。
圖3 VBV止動機構(gòu)
4、VBV柔性軸更換VBV系統(tǒng)一共有12根柔性軸，其中一根是主軸由燃油齒輪馬達驅(qū)動從而帶動11根從動軸（也稱為內(nèi)聯(lián)柔性軸）轉(zhuǎn)動，一起作動12個VBV放氣活門移動。（如圖4）11根從動柔性軸組件是一個未防護功率核心，六角形接頭在一端部和一個8點接頭在另一端，1根主撓性軸一端是六角形接頭另一端是花鍵槽端部接頭。VBV活門之間通過這些柔性軸連接一起作動，通過連續(xù)的機械柔性傳動軸安排，VBV活門保持完全同步化遍及他們完全沖程。如果柔性軸VBV柔性軸功能性衰退（如扭斷）會導(dǎo)致其他系統(tǒng)的損壞。出現(xiàn)警告導(dǎo)致中斷起飛，返航，延誤及航班取消。因此一般在飛機達到12,000FH間隔需要跟換VBV柔性軸為新件。
圖4 VBV柔性軸
更換11根從動軸需要注意的要點：（1）拆裝前都要使用專用扳手（856A2501G01）將12個VBV活門搖到完全關(guān)閉位；（2）在拆的時候順時針推揉性軸，壓縮彈簧，松開相反的一端，安裝時通過風(fēng)扇框架支柱將柔性軸的六角形端（彈簧端）安裝到適用的作動機構(gòu)中，壓縮彈簧，將柔性軸的另一端安裝到相鄰的作動機構(gòu)中；（3）Z好是取一根裝一根，這樣就不需要去調(diào)整角度，新舊構(gòu)型柔性軸不能混裝，新型的軸套內(nèi)徑由于新型柔性軸的六邊形端頭直徑增大而相應(yīng)變大（與舊構(gòu)型相比）；（4）檢查安裝后人工開關(guān)幾次活門，保證沒有卡阻。
更換主柔性軸需要注意的的要點：（1）拆裝前都要使用專用扳手（856A2501G01）將12個VBV活門搖到完全關(guān)閉位；（2）依據(jù)AMM task 75-31-50-000-002拆下VBV主作動器，其中VBV系統(tǒng)主次活門在拆裝過程中一定要注意不要掉東西到內(nèi)涵道，否則會直接到高壓壓氣機里造成壓氣機打壞.安裝完后要把活門重新調(diào)到活門關(guān)位-Reference close；（3）通過燃油齒輪馬達和止動機構(gòu)拔出主柔性軸，安裝VBV主柔性軸時，將主柔性軸的帶有彈簧的那一端通過止動機構(gòu)插入到燃油齒輪馬達，并檢查并確認主柔性軸上的彈簧在位，確保主柔性軸與燃油齒輪馬達完全嚙合；（4）在拆裝時注意不要損壞止動機構(gòu)前端的保護套（未執(zhí)行SB75-0010），只有裝有外部密封軸承的止動機構(gòu)（已執(zhí)行SB75-0010）才沒有保護套；（5）不要將舊構(gòu)型（未執(zhí)行CFMSB72-0119）和新構(gòu)型（已執(zhí)行CFMSB72-0119）的柔性軸及軸套混裝。新型的軸套內(nèi)徑由于新型柔性軸的六邊形端頭直徑增大而相應(yīng)變大（與舊構(gòu)型相比）；（6）根據(jù)AMM TASK 75-31-50-400-002安裝VBV主作動器完成后人工操作檢查VBV門系統(tǒng)開關(guān)幾次，保證沒有卡阻。
VBV主撓性軸和VBV互連撓性軸的目視檢查：（1）檢查柔性軸是否有損壞（如圖5），如鼓包（鼓包Z大波幅大于0.020英寸）、斷絲、變窄，內(nèi)部損傷等，都需要更換；（2）對主、內(nèi)連接的撓性軸六角端進行尺寸檢查（如圖6），檢查磨損情況如下：①測量A尺寸（平端）。尺寸A必須是0.350英寸。（8.89毫米）Z小。如果尺寸A小于這個Z小值，則更換柔性軸；②測量尺寸B（橫過六角形角）未執(zhí)行SBCFM56-5B72-0119尺寸BZ小必須為0.370英寸（9.40毫米）。已執(zhí)行SBCFM56-5B72-0119尺寸BZ小必須是0.385（9.78毫米）。如果尺寸B小于這個Z小值，則更換軸；（3）對主、連接間的柔性軸進行尺寸檢查（如圖6）如下：①測量主柔性軸的尺寸，尺寸C必須在5.8英寸（147.32毫米）-5.83英寸（148.08毫米）之間，如果尺寸C超出限制則替換主柔性軸；②測量互連撓性軸的尺寸，尺寸D必須在6.805英寸（172.85毫米）-6.845英寸（173.86毫米）之間；如果尺寸D超出范圍則替換互連柔性軸。
圖5 柔性軸的損傷及檢查
圖6 柔性軸尺寸檢查
5、VBV常見故障及處理措施（1）故障描述：VBV活門的柔性軸絞斷，排氣溫度（EGT）超溫，發(fā)動機喘振。
處理措施：發(fā)動機做內(nèi)窺鏡檢查未見異常，于是更換VBV活門以及柔性軸，故障排除。
故障分析總結(jié)：當(dāng)柔性軸安裝不到位，安裝不正確，更換柔性軸低活門未在全關(guān)閉位或是安裝完沒有調(diào)節(jié)所有VBV活門在基準(zhǔn)關(guān)閉位，都會導(dǎo)致VBV活門的柔性軸發(fā)生卡阻，造成柔性軸絞斷，使VBV活門不能正常關(guān)閉或打開。在發(fā)動機大推力時，壓縮空氣從VBV活門溢到外涵道，這時核心機運轉(zhuǎn)得不到充分的壓縮空氣，從而影響核心機正常工作以及由HPC提供冷卻氣源的高壓渦輪主動間隙控制（HPTACC）系統(tǒng)的工作，Z終導(dǎo)致EGT超溫；在減推力時，多余的壓縮氣流不能全部排出核心機，阻礙了LPC內(nèi)的空氣流動，導(dǎo)致LPC與HPC間的不匹配，造成發(fā)動機喘振。在維修檢查中應(yīng)加強對VBV系統(tǒng)的檢查，檢查調(diào)節(jié)所有VBV活門在基準(zhǔn)關(guān)閉位，檢查VBV機械止動裝置在關(guān)位，目視檢查VBV活門，活門封嚴(yán)及柔性軸無損壞，檢查柔性軟軸六方形端無磨損，并用專用工具從兩個方向人工轉(zhuǎn)動VBV，確信VBV工作流暢、自如、無卡阻現(xiàn)象。
（2）故障描述：燃油驅(qū)動馬達漏燃油和本體故障。
處理措施：
①對于本體損壞，我們只能更換此液壓齒輪馬達，試車檢查正常；
②燃油滲漏故障主要是因氣溫的變化、部件磨損和使用維護不當(dāng)造成的，對于漏油，經(jīng)常發(fā)生在冬季航前啟動發(fā)動機時。冬季航前漏油主要是發(fā)動機停車時，VBV活門是關(guān)閉的，啟動時VBV活門需快速打開，可能產(chǎn)生高熱，導(dǎo)致封圈變形從而漏油，等發(fā)動機運轉(zhuǎn)5分鐘后漏油即可減少或消失。另外VBV活門位置與發(fā)動機轉(zhuǎn)速有關(guān)，導(dǎo)致馬達經(jīng)常作動使封圈易磨損產(chǎn)生漏油。齒輪馬達過度磨損的主要原因（如圖7）是急促的小排量震動（顫震）阻止了大排量運動所需要的液壓動力模支撐及冷卻作用的產(chǎn)生所導(dǎo)致。
圖7 VBV齒輪馬達磨損部分
故障分析總結(jié)：對于確定的VBV馬達漏油我們可以按AMM手冊處理，靜態(tài)下小于60滴/分不需要做維護工作，超過60滴/分需要做Z小慢車滲漏檢查。在慢車5分鐘后，漏油小于60滴/分不需要處理，60-90滴/分Z多可以飛行25個循環(huán)，超過90滴/分則需要更換液壓齒輪馬達。（3）故障描述：VBV止動機構(gòu)卡阻，活門不能正常作動。
處理措施：更換止動機構(gòu)，故障排除。
故障分析總結(jié)：止動機構(gòu)（如圖8）卡阻的Z大故障源是內(nèi)部的隨動螺母，其次為保護罩損壞或漏裝間接導(dǎo)致的卡阻。由于VBV系統(tǒng)靈敏度高，作動次數(shù)多導(dǎo)致隨動螺母加速磨損產(chǎn)生變形，造成止動裝置卡死，從而導(dǎo)致活門卡阻。在安裝止動機構(gòu)時，膠皮保護罩損壞或漏裝，水或者雜質(zhì)可能進入止動機構(gòu)。雜質(zhì)加速隨動螺母磨損變形。而飛機在空中時，溫度較低，水可能結(jié)冰，導(dǎo)致隨動螺母卡阻，這些都可能造成止動機構(gòu)損壞或主柔性軸被剪切斷。在安裝VBV系統(tǒng)的止動機構(gòu)時，如果沒有人工轉(zhuǎn)動到全關(guān)位置或者連接主軟軸時松動了止動機構(gòu)的隨動螺母的位置，導(dǎo)致活門與止動機構(gòu)的位置不一致，當(dāng)活門到達極限位置時，液壓齒輪馬達還能繼續(xù)轉(zhuǎn)動，此時作用在活門和柔性軟軸上的力矩過大，造成柔性軸六方形端頭磨圓打滑、斷裂或者直接脫開連接，也可能造成活門和機匣的磨損。因此在更換VBV系統(tǒng)的止動機構(gòu)以及連接主軟軸時一定要使止動機構(gòu)在全關(guān)位，并確認保護罩有安裝在位。
圖8 VBV止動機構(gòu)
參考資料：[1]A318/A319/A320/A321 AIRCRAFT MAINTENANCE MANUAL.revision number28,2018(6)
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