CFM567发动机滑油系统及其常见故障分析.docx

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CFM567发动机滑油系统及其常见故障分析

分类号

编号

UDC

密级

毕业设计（论文）

题目

CFM56-7发动机滑油系统及其常见故障分析

CFM56-7EngineOilSystemAndCommonmaintenanceofAircraft

FailureAnalysis

作者姓名

专业名称

指导教师姓名及职称

提交日期

答辩日期

答辩委员会主任

评阅人

20

08

年

6

月

19

日

CFM56-7发动机滑油系统及其常见故障分析

摘要

CFM56-7发动机是波音737NG的唯一可选动力装置，随着波音737NG在我国民航中数量的不断增多，研究此发动机的意义也越来越重要。

其中滑油系统作为CFM56-7发动机的一个重要系统，对其结构、功能及其常见故障的研究分析会对飞行安全有极大的帮助。

本文主要介绍了CFM56-7发动机滑油系统的结构和功能，着重列举和分析了该发动机滑油系统常见的几个故障：

滑油消耗量过大，滑油温度过高，滑油压力过高，滑油压力过低，滑油量过高。

并从滑油系统结构和功能上分析了这几个故障的发生原因，并画出故障树以帮助分析故障原因，最后给出这些故障的排故程序。

关键词：

CFM56-7，滑油系统，常见故障

CFM56-7EngineOilSystemAndCommon

FailureAnalysis

Abstract:

TheCFM56-7engineistheonlyoptionalpowerplantfortheBoeing737NG.WiththeBoeing737NGinthegrowingnumberofChina'scivilaviation,thesignificanceofstudyingthisengineisalsoanincreasinglyimportant.TheoilsystemasanimportantsystemfortheCFM56-7engine,itsstructure,functionandcommonfailureanalysiswillflightsafetybeagreathelp.

ThispaperintroducesthestructureandfunctionoftheCFM56-7engineoilsystem,enumerateandanalysisseveralfailuresintheengineoilsystem:

EngineOilConsumptionisHigh,EngineOilTemperatureisHigh,EngineOilPressureisHigh,EngineOilPressureisLow,EngineOilQuantityisHigh.Andfromtheoilsystemonthestructureandfunctionanalysisofthecausesofthesefailures,drawthefaulttreetohelpanalyzethecauseofthemalfunction,listthetroubleshootingproceduresofthesefailuresattheend.

KeyWords:

CFM56-7,OilSystem,CommonFaults

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另：

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第1章前言

1.1CFM56-7发动机简介

CFM国际公司是由美国通用电气公司和法国SNECMA持股各半于1974年联合组成的合资公司，专门负责CFM56涡扇发动机的合作研制、生产和销售，总部设在巴黎。

通用电气公司负责总体设计、核心机和主控制系统，SNECMA负责低压系统、齿轮箱、附件综合和发动机安装，该公司被认为是国际合作的成功例子之一。

全球投入使用的CFM56系列发动机数量目前已经超过15000台。

结合了这两大公司的资源与工程、维修经验，在短短二十几年的时间里，靠着CFM56系列涡扇发动机，而跃居世界著名的发动机供应商之一。

CFM56发动机是由美国通用电气公司（GE）和法国国营航空发动机研究制造公司（SNECMA）共同组成的CFM国际公司（CFMI），在F101核心机技术的基础上，为适应20世纪80年代后国际军、民用飞机市场的需要而研制的100kN级高涵道比涡扇发动机。

CFM56-7系列是用于波音737NG（737-600/700/800/900）和波音公务机（BBJ）的型号，起飞推力介于19,500至27,300磅（86.7至121千牛）之间。

相比其前驱型号CFM56-3系列，-7系列有更高的推力范围，较高效率和较低维护成本。

CFM56—7B发动机是CFM国际发动机公司上世纪90年代后期成功开发并投入使用的发动机，该发动机以其良好的经济性和可靠性成为新一代波音737飞机的唯一可选装动力装置。

在控制方式上该发动机采用当前较为先进的全权限数字电子控制技术，它具有控制精度高、故障包容能力强等特点，同时还具备较强的故障探溅能力．这为保证发动机安全稳定地工作提供了条件，使其真正成为“智能发动机”。

该发动机在结构设计上同早期的CFM56发动机相比采用了很多新技术：

风扇叶片采用后掠宽弦设计；压气机及涡轮转、静子叶片采用三维气动设计；同时，为了降低污染物的排放量为发动机提供了双环燃烧室选择等。

其基本机械构造和-3系列相同，但是空气动力特性得到提高，推力增加了11%，其噪声远远低于三级噪声标准，而且它还具有油耗低和维护费用低的特点。

该发动机从服役至今,其各项性能都表现良好，得到用户的一致好评。

图1为CFM56—7发动机。

图1：

CFM56—7发动机

1.2滑油系统的重要性

航空发动机的滑油系统主要有一下功用：

润滑：

减小摩擦力，减小摩擦损失。

相互运动的零部件表面被一层一定厚度的油膜所覆盖，金属与金属不直接接触，而是油膜与油膜相互接触，这就在相互运动中减小了摩擦和磨损。

冷却：

降低温度，带走热量。

滑油从轴承和其他温度高的部件吸收了热量，在散热器处又将热量传递给冷却介质，从而达到冷却的目的。

清洁：

带走磨损的微小颗粒。

滑油在流过轴承或其他部件时将磨损下来的金色微粒带走，在滑油滤中奖这些金色颗粒从滑油中分离出来，达到清洁的目的。

防腐：

在金属部件表面有一层一定厚度的油膜所覆盖，将金属与空气隔离开来，使金属不直接与空气接触，从而防止氧化和腐蚀。

此外，滑油的热量可以作为防冰系统的热源。

采用滑油—燃油热交换器时，滑油的热量还能对燃油加温，改善燃油系统的高空性能。

由于燃气涡轮发动机的转子是在高转速下工作，因此滑油系统是发动机的重要保障系统，发动机工作的可靠性，在很大程度上取决于滑油系统的工作。

为此，对滑油系统提出如下基本要求：

当发动机在飞机飞行包线范围内工作时，滑油系统应保证供给发动机所需的滑油，特别是系统应具有良好的高空性，即当发动机在升限工作时，也应得到充分润滑；在发动机各种工作条件下，能得到可靠的冷却，保持滑油在给定的温度范围内；在低温条件下，系统应能迅速而可靠地起动；系统应便于接近，进行调整、维护和检查，故障征候能事先发现；系统的滑油消耗量要小；附件的构造简单、工作可靠、尺寸紧凑、重量轻、寿命长。

由滑油系统的功用和特点来看，滑油系统对发动机和飞行安全有重大影响，研究发动机滑油系统及常见故障，对保证发动机正常工作有非常重要的意义。

1.3课题研究的目的和意义

由于空中客车A320的竞争，波音在1997年开始生产第三代737——737NG系列（NextGeneration，意为“新一代737”，是相对于第二代737所言）。

737NG包括737-600/700/800/900。

是第二代737（737-300/400/500）的改进型，很多系统都有所变化，更先进、更易于维护、故障率更低、更经济。

B737NG在中国航空公司拥有的数量越来越多，到目前已拥有120余架。

与旧型号相比除了飞机系统和电子电气方面的改进之外，发动机由原来的CFM56-3替换为CFM56-7。

尤其是在发动机的推力控制方面由发动机推力控制的第二代（监控型）改进为第三代（FADEC）全权限控制，使整个发动机的控制较过去相比更加精确，同时在CDU（控制显示装置）中加装了发动机部分，使飞行人员查询和使用。

所以,波音737NG在我国民航界起着重要作用，CFM56-7作为其发动机，我们有必要重复了解这款发动机，以更好的保障飞机飞行安全。

第2章CFM56-7发动机滑油系统

2.1CFM56-7滑油系统结构和功用

CFM56—7B发动机的滑油系统包括这3个分系统：

储存系统，分配系统，指示系统。

储存：

滑油储存系统保持连续供给的充足滑油至分配油路。

滑油储存系统使你可以做滑油面检查和加注滑油系统。

滑油储存系统在滑油箱中保持滑油。

分配：

CFM56—7B发动机的滑油分配系统包括供油系统、回油系统以及通气系统三个部分。

指示：

滑油指示系统输送这些数据到显示电子装置（DEU）：

回油滤旁通指示；滑油压力低指示；滑油压力；滑油温度；滑油量。

2.2CFM56-7滑油系统结分系统构和功用

2.2.1CFM56—7发动机的滑油储存系统

CFM56—7发动机的滑油储存系统为滑油箱。

发动机滑油箱具有以下功能：

容纳发动机滑油；从回油中清除空气；做滑油面检查和充加滑油系统。

发动机滑油箱是在风扇机匣上，在3：

00位置。

可通过滑油箱检查口盖做滑油面检查和充加滑油箱。

滑油箱检查口盖是在右风扇整流罩上。

也可以打开右风扇整流罩接近滑油箱。

滑油箱有一个油量观测计，一个重力加油口和一个压力加油口。

滑油箱有一个油面观测计做发动机滑油量的目视检查。

油面观测计是在滑油箱的正面上。

使用滑油管重力加油口充加滑油箱。

重力加油口是在滑油箱的右侧。

滑油加油盖有一个锁住把手。

在勤务中洒落的滑油被收集进入溢流口内。

滑油溢流口连接至一个泄放管。

在滑油箱底部有一个放油塞放泄滑油。

发动机滑油箱容纳约21美夸脱（20.2升）滑油。

2号发动机的滑油箱能够容纳比1号发动机更多的滑油。

这是由于机翼的上反角的缘故。

滑油箱部位及结构如图2。

图2：

滑油箱位置及构造

2.2.2CFM56—7发动机的滑油分配系统

CFM56—7发动机的滑油分配系统包括供油系统、回油系统以及通气系统三个部分。

图3是该型发动机滑油系统的组成图.

图3：

滑油系统组成图

供油系统：

滑油从滑油箱流过防漏活门至润滑组件，供油泵增压滑油。

滑油从供油泵流至供油油滤。

供油滤是润滑组件的组成部分。

从润滑组件流出的滑油分3条油路润滑这些区域：

前收油池和转换齿轮箱（TGB）；后收油池；附件齿轮箱（AGB）。

回油系统：

回油系统抽回在这3个区域的最低处收集的滑油：

前收油池；后收油池；转换齿轮箱和附件齿轮箱。

从这些区域，滑油流过3条油路至3个碎屑监控系统（DMS）

的探测器。

3个回油泵抽回这3条回油路中的滑油。

滑油从每条回油路流至回油滤，然后流至伺服燃油加热器。

滑油从伺服燃油加热器流至主滑油／燃油热交换器。

在交换器中滑油在加热燃油时冷却。

然后滑油通过伺服燃油加热器流回至滑油箱。

回油系统也提供热滑油通过伺服燃油加热器加热液压机械装置（HMU）的伺服燃油供油。

通气系统：

通气系统连接滑油箱与前收油池。

在发动机收油池和齿轮箱之间也有内部的气路连接。

气路在发动机后部处的排气锥体通至外面。

滑油供油路向发动机轴承和齿轮提供干净的滑油以便进行润滑和冷却，它包括一个防漏活门、一个供油泵、一个供油滤。

滑油回油路用于将润滑后的滑油送回到滑油箱，它包括三个磁堵、三个回油泵、～个回油滤和两个热交换器（伺服燃油加热器和主滑油燃油热交换器）。

滑油系统的余油是将发动机内部渗漏出来的滑油通过专门管路排出到发动机外部，防止渗漏出的滑油在发动机内部积碳或其它非正常工作，同时可用于确定滑油的渗漏率，以便判断是否需要对发动机滑油系统进行维护。

余油系统包括收油池的余油和附件齿轮箱的余油，前收油池的余油通过一根位于风扇框架6号支板内的余油管排出到发动机外，后收油池的余油通过位于尾喷管内的余油管直接排入尾喷管中，附件齿轮箱渗漏的滑油则通过余油管直接排出到发动机外。

滑油系统的通气则是为了使收油池内部的空气压力与外界大气压力保持一致，使得收油池内外壳体之间的压力始终高于收油池内部的空气压力，从而形成对收油池的增压。

收油池内的通气空气通过位于风扇轴和低压涡轮上的旋转的空气／滑油分离器后进入中央通气管．最后经发动机后部的火焰阻燃器进入尾喷管，从而实现与外界大气相通。

2.2.3CFM56—7B发动机的滑油指示系统

发动机滑油指示系统提供滑油系统信息至显示电子设备（DEU），在P2中央仪表板上的主和辅助发动机显示器显示滑油系统相关信息。

监控滑油系统的部件有滑油量传感器、滑油压力传感器、滑油温度传感器、回油滤堵塞传感器，分辨监控滑油量、滑油压力、滑油温度、滑油回油滤状况等数据。

其中滑油量传感器直接发送滑油量数据至CDS/DEU，3个其它的部件通过EEC发送信息至DEU。

滑油量传感器是一个电阻式传感器。

它使用一个浮筒式磁铁和簧片电门给出滑油信息。

它有一个传递信息至DEU的电接头。

指示系统使用一个滑油量传感器测量在滑油箱内的滑油量。

滑油量传感器直接发送滑油数据至显示电子装置（DEU）。

工作时显示电子装置（DEU）供给一个激励信号至滑油量传感器的传感电路。

在浮筒式磁铁随油面升高或降低移动时，簧片电门断开或闭合不同电阻的电路。

一个与滑油面高度成比例的传感器输出信号传送至DEU。

DEU在辅助发动机显示器上显示滑油量。

滑油压力传感器在一个壳体内有两个传感元件。

每个元件通过一个接头连接到EEC的一个通道。

滑油压力指示系统在显示装置（DU）上显示发动机滑油压力数据。

一个滑油压力传感器在润滑组件的出口处测量滑油压力。

滑油压力传感器通过发动机电子控制器（EEC）发送滑油压力数据至显示电子装置（DEU）。

滑油压力传感器测量在滑油供油泵出口（前收油池/转换齿轮箱（TGB）供油管）和TGB内腔之间的压力差。

滑油压力传感器发送一个电信号至EEC。

EEC改变这个信号为ARINC429信号并发送至DEU。

DEU通常在辅助发动机显示器上显示滑油压力。

滑油温度传感器在一个单个壳体内有两个传感元件。

每一个元件连接至EEC的一个通道。

两个通道只有一个电接头。

滑油温度指示系统在一个公用显示系统（CDS）显示装置（DU）上显示发动机滑油温度数据。

滑油温度指示系统使用一个滑油温度传感器测量在润滑组件出口处的滑油温度。

滑油温度传感器通过EEC发送滑油温度数据到显示电子装置（DEU）。

滑油温度传感器在前收油池和转换齿轮箱供油管获得滑油温度数据。

滑油温度传感器发送电信号至EEC。

EEC把这信号改变为ARINC429信号发送至DEU。

DEU通常在辅助发动机显示器上显示滑油温度。

回油滤堵塞传感器通过一个单个的接头与EEC连接。

回油滤有回油滤堵塞传感器。

滑油滤旁通警告系统在公用显示系统显示装置（DU）上显示回油滤状况信息。

滑油滤旁通指示系统使用一个回油滤堵塞传感器。

在滑油滤旁通活门打开前，回油滤堵塞传感器闭合。

回油滤堵塞传感器通过EEC发送回油滤旁能信息至显示电子装置（DEU）。

回油滤堵塞传感器监控在回油滤进口和出口之间的滑油压力差。

当回油滤堵塞传感器闭合，它发送一个电信号至EEC。

EEC把这个信号转变为一个ARINC429信号并发送它至DEU。

DEU通常在上部中央显示装置（DU）上显示滑油滤旁通信息。

发动机滑油指示系统结构如图4所示。

图4：

发动机滑油指示系统结构

第3章CFM56-7发动机滑油系统常见故障

尽管CFM56—7B发动机是一种非常先进的发动机，但发动机在使用过程中滑油系统还是不可避免的出现了一些问题，例如：

滑油消耗量过大，滑油温度过高，滑油压力过高，滑油压力过低，滑油量过高等。

滑油消耗量过大会发动机滑油量减小，对润滑和冷却不利，造成发动机部件损坏。

滑油温度过高会使黏度系数降低，在金属部件表面不能形成一定厚度的油膜，使润滑、冷却效果不良，而且会加大磨损，使功率下降。

滑油压力过高容易引气滑油泄露，造成滑油消耗量过大，还会使系统中的薄壁结构部件（如散热器）损坏。

滑油压力过低会造成滑油流量过少，对润滑和冷却不利，使轴承处过热。

若滑油压力低于允许最小值，应停车。

滑油量过高可能使滑油溢出，对发动机造成损伤。

3.1滑油消耗量过大

当发动机正常工作时，足够数量的清洁滑油输送到发动机各转动机件的轴承和传动齿轮的啮合处进行润滑，以减少部件的磨损。

正常滑油消耗量低于0.4USquart/hour若滑油耗量大于0.8USquart/hour的时候就可以认为发生了故障。

滑油消耗量高不仅增加了飞行的成本，润滑和冷却不利，造成发动机部件损坏，而且由于滑油的渗漏引气的滑油消耗量高还可能腐蚀影响到其他部件的工作，甚至造成事故，危及生命安全。

因此搞好预防工作就能提高维修效率，争取时间，节约成本。

3.2滑油温度过高

CFM56-7发动机最大持续滑油温度140°C（284°F），对于所有的功率设定为允许在311°F（155°C）以下45分钟。

滑油温度过高则黏度降低，在金属部件表面不能形成一定厚度的油膜，使润滑、冷却效果不良，导致齿轮和轴承磨损加快、滑油泵效率降低、滑油喷嘴和散热器管路局部堵塞使功率降低。

3.3滑油压力过低

滑油压力低于13psid（90kPa）时，滑油压力过低。

滑油压力过低会造成滑油流量过少，使发动机工作时，没有足够的滑油对发动机各转动机件的轴承和传动齿轮的啮合处进行润滑和冷却，使轴承，齿轮处过热和过度磨损，严重时可能对发动机部件造成损伤，危机飞行安全。

3.4滑油压力过高

滑油压力过高容易引气滑油泄露，造成滑油消耗量过大。

滑油泄露可能使滑油量减小，影响润滑和冷却效果，泄露出的滑油可能对发动机的其他部件产生影响，造成损伤，对发动机正常工作造成威胁。

滑油消耗量大可能影响发动机工作，也造成飞行成本加大。

3.5滑油量过高

滑油量过高容易引气滑油泄露，造成滑油消耗量过大，也会影响润滑和冷却效果，使飞行成本加大，泄露出的滑油可能对发动机的其他部件产生影响，造成损伤，对发动机正常工作造成威胁。

第4章CFM56-7发动机滑油消耗量过高

当发动机正常工作时，足够数量的清洁滑油输送到发动机各转动机件的轴承和传动齿轮的啮合处进行润滑，以减少部件的磨损。

正常滑油消耗量低于0.4USquart/hour若滑油耗量大于0.8USquart/hour的时候就可以认为发生了故障。

滑油消耗量高不仅增加了飞行的成本，润滑和冷却不利，造成发动机部件损坏，而且由于滑油的渗漏引起的滑油消耗量高还可能腐蚀影响到其他部件的工作，甚至造成事故，危及生命安全。

因此搞好预防工作就能提高维修效率，争取时间，节约成本。

4.1故障原因分析

CFM56-7发动机滑油消耗量过高的主要原因是滑油系统部件故障和滑油的不正常渗漏。

发动机漏滑油导致滑油耗量高主要分为滑油外漏和内漏两种情况，外漏是指从发动机外部部件漏滑油，通常可以在发动机在翼时排故解决。

内漏是指从发动机内部结构中漏滑油，发动机在翼情况下无法完全排除，通常都需要拆下发动机送往厂家分解后才能发现排除故障源。

排故的思路是先检查外漏，再检查内漏。

因为一般来说外漏时漏油情况恶化的速度

较快，漏油明显，可以在翼排除，需要及时处理。

而内漏的情况相对发展较慢。

可以有一定的缓冲时间让大家来确认。

外漏的检查方法是试车后检查这些漏油点：

发动机核心机的滑油管路接头；齿轮箱区域部件安装结合面；发动机余油底座各余油管；风扇区域前轴承腔管路接头；尾喷管后轴承腔区域管路接头。

一般造成外漏的原因是发动机附件齿轮箱的碳封严故障和发动机外部滑油管路渗漏。

内漏的原因有：

后收油池渗漏；附件齿轮箱的渗漏。

滑油系统部件故障导致滑油消耗量增大的原因有：

回油滤堵塞。

4.1.1后收油池渗漏

CFM56-7B发动机后收油池由于温度较高、结构较为复杂．它出现的滑油的非正常渗漏从发动机服役开始直到现在都还没有完全解决。

通过严密监控发动机滑油消耗量可以发现，后收油池的滑油渗漏有以下几方面的原因：

1.后收油池供油口盖封严损坏造成的滑油渗漏。

供油口盖渗漏是由于两个封严件损坏造成的：

“O”形密封圈和密封垫。

引起“O”型密封圈损坏（封严变形、变硬以及部分材料缺损）的原因是，在发动机停车后密封圈收缩过程中长时间处于高温状态，使其性能发生了衰退。

引起密封垫（石墨材料制成）损坏的主要原因是其在运输、储存和装配过程中被损坏。

2.后收油池滑油回油管或者接头有裂纹造成的滑油渗漏。

3.供油管接头处连接螺帽松开造成的滑油渗漏。

4.1.2附件齿轮箱故障

发动机附件齿轮箱上安装有发动机驱动的飞机和发动机附件，在这些附件驱动轴和附件齿轮箱壳体之间由于存在间隙．滑油可通过这个间隙往附件齿轮箱外渗漏。

为了阻止渗漏．在附件驱动轴和附件齿轮箱壳体之间安装有碳封严，同时，附件驱动轴上的连接花键由附件齿轮箱内的滑油进行润滑，并由安装在附件轴上的“O”型密封圈进行密封。

当“O”形密封圈和碳密封失效，附件齿轮箱可能会渗漏滑油。

4.1.3外部渗漏

一般造成外漏的原因发动机外部滑油管路渗漏。

4.2故障树

引气滑油消耗量过高的原因有：

后收油池供油口盖“O”形密封圈失效；后收油池供油口盖密封垫失效；后收油池滑油回油管裂纹；后收油池滑油回油管接头有裂纹；供油管接头处连接螺帽松开；附件齿轮箱“O”型密封圈失效；附件齿轮箱碳密封失效；发动机外部滑油管路破损；回油滤堵塞。

故障树如图5。

X1：

后收油池供油口盖“O”形密封圈失效X2:

后收油池供油口盖密封垫失效

X3：

后收油池滑油回油管裂纹X4：

后收油池滑油回油管接头有裂纹

X5：

供油管接头处连接螺帽松开X6：

附件齿轮箱“O”型密封圈失效

X7：

附件齿轮箱碳密封失效X8：

发动机外部滑油管路破损；X9：

回油滤堵塞

图5：

滑油消耗量过高故障树

4.3排故步骤

故障隔离程序：

1.外部滑油系统检查

（1）如果发现外部漏油原因，排除故障；

（2）如果没有发现外漏，继续进行排故；

2.检查后收油池是否漏油

（1）如果发现漏油原因，排除故障，并做排故步骤最后的修复确认；

（2）如果没有发现问题，继续排故步骤；

3.如果有滑油残留，做以下步骤：

（1）打开风扇机匣

（2）为附件齿轮箱做如下步骤：

放掉发动机滑油；

（3）如果从附件齿轮箱放出了超过2quarts滑油，做回油滤检查，寻找堵塞；

1）如果找到堵塞，正确处理回油滤；

A.清除堵塞；

B.启动发动机，保持慢车状态5分钟；

C.关闭发动机；

D.通过在滑油箱上的油量观测计，对滑油量做目视检查；

E.如果滑油量回到正常水平，在随后的飞行中继续监控滑油消耗量；

F.如果滑油量仍然过低，继续排故步骤；

2）如果