燃氣渦輪發動機燃燒室常見故障及預防

2014年，被認為是民航史上最黑暗的一年，全球民航客機頻頻失事，即使是擁有良好安全記錄、連續六年被評為「世界最佳低成本航空公司」的亞航也未能倖免。如何提升飛行安全性能是目前各航空公司最為關注的課題。燃燒室作為飛機發動機的心臟，它的不正常工作，將直接導致發動機無法正常工作，因此在日常維護中應嚴格監控發動機EGT裕度，間接了解燃燒室工作情況並應做好預防措施，及時消除發動機可能暗藏的隱患。

燃燒室是發動機的核心部件之一。整個發動機的可靠性，在很大程度上取決於燃燒室工作的可靠性。例如，燃燒室出口局部溫度過高，會引起渦輪葉片過熱或燒毀；燃燒室工作不穩定，會導致熄火，使發動機停車。燃燒室是將燃料的化學能轉化為熱能的裝置。燃料在燃燒的過程中所放出的熱量，使流過燃燒室的空氣溫度急劇升高。進入燃燒室的是空氣，由燃燒室流出的則是高溫燃氣。

燃燒室將燃油噴嘴噴出的大量燃油與來自壓氣機的大量空氣充分混合併進行燃燒，釋放熱量，氣體溫度升高，燃氣膨脹和加速，在發動機的所有狀態下，高溫高壓的燃氣流過渦輪和噴管時，對渦輪做功並使燃氣加速，從而使渦輪帶動壓氣機高速轉動，並使發動機產生推力。為了提高發動機的推力和效率，必然要保證燃燒室的正常工作。燃燒室採用耐熱材料、耐高溫塗層，以及內壁的冷卻氣膜，承受高溫燃氣。燃燒室的常見故障有局部過熱和熄火。

一、燃燒室的局部過熱

發動機在正常工作時，火焰筒存在著溫度差，這個不至於損壞火焰筒。當燃燒室局部溫度過高，火焰筒各處的溫度差達到一定的程度，會產生較強熱應力引起火焰筒的變形或產生裂紋，導致燃燒室的壽命縮短。出現局部過熱的原因大致可分為以下三類：

1.燃料濃度分佈發生變化

造成這種情況的主要原因有:一是因燃料中含有雜質或發生鏽蝕、積碳等現象，導致噴孔或切向孔直徑發生變化，二是由於噴嘴安裝偏斜或者噴嘴內部零件裝配不合所致，三是噴嘴使用過程中，內部表面被划傷或發生鏽蝕，所造成的燃油霧化不良所致。

2.空氣的正常流動遭到破壞

火焰筒進口變形，使進口面積變小是造成其主要原因之一。由於進口面積變小，進入火焰筒燃燒區的空氣減少，從而造成混和氣餘氣係數減小，引起火焰筒前段局部過熱。另外一種原因是由於火焰筒安裝偏斜，使得火焰筒與外套之間的環形間隙不均勻，從而造成火焰筒散熱不均勻，間隙小的部分會產生局部過熱。此外，氣體在發動機其他部件內的流動發生變化時，也會破壞正常的空氣流動，從而造成燃燒室局部過熱。【混和氣餘氣係數是指進入燃燒室的空氣流量與進入燃燒室的燃油流量完全燃燒所需要的理論空氣量之比】

3.噴油量過大

引起噴油量過大的兩種常見情況一種是在使用中，推油門過猛；還有一種是在維護中，裝錯噴嘴（包括噴嘴本身故障的情況）。

二、燃燒室熄火

在飛行過程中，發動機因燃燒室熄火而造成空中停車，是一種嚴重的事故徵候，如若處理不當，還可能造成嚴重事故。因此必須要弄清發動機在高空的各項特性，實際正常工作範圍，以便正確使用與維護髮動機，防止事故的發生。

在飛行中，燃燒室熄火時，通常會有飛機發生抖動、飛機發生不正常的聲音、轉速和排氣溫度突降、油門操縱桿失靈、飛行速度持續下降等現象。究其根本原因是混合氣餘氣係數超出穩定燃燒範圍。在發動機實際工作過程中，影響燃燒室穩定燃燒範圍的的主要因素有燃燒室進氣口的氣流速度和混合氣的初溫、初壓。

三、燃燒室部件故障的預防

1.做好燃燒室部件的日常維護

如果發動機使用不當，或燃燒室因熱疲勞而導致局部結構變化，如火焰筒裂紋、掉塊及燒傷變形等，不僅使發動機的工作性能變差，引起燃燒室出口燃氣溫度的變化而燒傷渦輪葉片，更嚴重還會打傷渦輪葉片.

因此，在維護中應嚴格遵守有關規定，防止燒壞燃燒室:

（1）嚴格遵守發動機各個工作狀態下對排氣溫度和連續工作時間的規定，防止溫度過高、使用時間過長或燃燒室驟冷驟熱，造成火焰筒燒壞、裂紋和掉塊等故障。

（2）保持燃油清潔，以防止工作噴嘴部分堵塞、鏽蝕或划傷，否則，由於噴油不均或霧化不良，會造成局部溫度過高損壞機件。為此，日常維護中，要定期清洗油濾，經常保持加油口周圍的清潔，把好加油、拆裝燃油系統附件和使用地面設備的關口，防止臟物和金屬屑進入燃油系統。拆裝起動點火器等附件時，要防止雜物掉人燃燒室內。

（3）加強對發動機排氣溫度的監控，對排氣溫度變化較大的要查明原因；發動機起動不成功時，要徹底查明原因，再次起動前必須進行冷開車，以清除燃燒室內的積油，防止再次起動時引起局部溫度過高而燒壞機件。

2.加強燃燒室重點部位的檢查

為了防止積炭而引起燃燒室出口燃氣溫度分佈不均，要加強對燃燒室火焰筒內壁、穩定器、燃油噴嘴表面，以及噴嘴噴口周圍的積炭情況檢查，以免各噴嘴流量及噴霧錐角超出允許誤差範圍而導致燃燒室出口溫度場不均勻，造成渦輪局部超溫而燒蝕。

為了避免因壓氣機損傷、積垢而導致出口發生變形，影響燃燒室內部氣流結構，造成渦輪葉片因進口溫度分佈不均而燒蝕，可對發動機高、低壓氣機葉片進行內窺檢查。檢查中若發現發動機燃燒室積炭較多，有出現以下情況:通氣孔被部分或完全覆蓋，進氣道、壓氣機葉片表面有明顯污垢，發動機推力不足、排氣溫度偏高，則應按照相關規章進行清潔處理。

總之，為了保障飛行安全，避免因燃燒室故障而導致渦輪葉片燒蝕的發生，必須熟練掌握燃燒室正常工作原理，仔細分析故障原因，正確預防和處置，無論在機務維修上，還是在飛行使用中，都應遵照有關規程、規範和標準動作、程序執行。只有在嚴格、合理的操作程序下，維修差錯才會不斷減少，維修水平才能不斷提高。

參考資料:

[1] 陳忠軍，劉熊. 燃氣渦輪發動機基礎[M]. 廣州民航職業技術學院 內部教材，2011

[2] http://www.docin.com/p-344307494.html

蔣文華. 發動機燃燒室常見故障原因分析[D]. 上海工程技術大學，2012