民航发动机气路性能与燃油流量间相关性分析

来源 :科学与财富 | 被引量 : 0次 | 上传用户:luoxing1984
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  通过发动机气路参数监视发动机健康状态,诊断发动机故障的理论基础是发动机气路上的参数(压力、温度等)和发动机各气动部件的特性(效率、流通能力等),两者问存在严格的气动热力学关系。因此,可以通过测量气路参数的变化判断发动机部件特性的变化,从而达到发动机健康管理的目的。
  发动机的健康参数有很多,这些健康参数分别属于不同的单元体,反映了不同单元体的性能状况,但发动机作为一个整体,其中一个单元体的性能衰退也就是发动机的性能衰退,本文将从气路性能DEGT(发动机排气温度的偏差)与DWF(燃油流量偏差)入手对他们进行相关性分析。
  单元体的性能参数间存在着相关性,如同属于气路性能的发动机排气温度的偏差(DEGT)和燃油流量偏差(DWF)之间存在正比的相关性,也就是说,发动机排气温度偏差的增加暗示着燃油流量偏差的增加,随着气路性能的衰退,发动机排气温度偏差变大,燃油流量的偏差也随着增大,燃油流量偏差的增大,必将导致燃烧的不充分,增加了发动机的排气温度,同时燃油的不完全燃烧对燃烧室和涡轮也产生影响,不完全燃烧可能使燃烧室或者涡轮局部温度过高,加速他们的性能衰退,甚至产生局部烫伤。
  控制发动机的燃油流量可以完全避免过高的排气温度,或者在一旦出现高排气温度时才须迅速的改正措施。几次短时间的较高温度的超温对发动机的影响程度就和一次长时间的、超温略低一点的影响一样。过高的内部温度将加重蠕变拉伸、金属板金件变形以及发动机强度减弱等情况。
  以上海航空公司的PW4000发动机机队中P727455发动机的性能数据为例,对它进行参数DEGT与DWF相关性分析。其原始DWF与DEGT数据如图所示。
  具体的相关性分析步骤如下:
  (1)创建坐标系,以DWF为横轴,DEGT为纵轴,同一时刻的DWF与DEGT可以在此坐标系中唯一的确定一点,将原始数据绘制在坐标系中:
  (2)根据原始数据点在坐标系中的分布拟合出一条直线:
  (3)计算此条直线的斜率。此斜率的工程意义为,正常情况下燃油流量偏差增加一个百分点,相应的EGT偏差的增量为斜率值。
  DEGT与DWF理论上应呈正线性相关关系,在监控使用中通过分析两者变化关系可以了解发动机性能参数的变化协调情况,如果出现偏离直线的异常数值点,应进一步对是否属于仪表故障或者健康情况突变作进一步甄别。此处以P727455发动机数据为基准拟合DEGT-DWF曲线。DEGT-DWF的线性关系贯穿于发动机使用周期的始终,此处给出所拟合的线性关系:
  DEGT=56046DWF+12.553
  此關系式适用于整个使用周期。考虑到数据的波动,在监控使用中对DEGT在一段时间内的基于其拟合数据±5℃以内的偏差视为处于健康范围内。由关系式可以看出,燃油流量偏差每增加一个百分点,EGT偏差大约增加5.6046℃。
  气路性能与燃油流量他们虽然都属于气路性能,但是他们却属于不同的单元体,这两个性能参数之间的相关性分析在工程实践中提供了以下三个重要的作用:
  (1)我们可以根据一个单元体的性能趋势变化探求出另一个单元体的性能变化趋势,当其中一个单元体的数据不便监测或监测成本较高时,这种相关性分析将为航空公司节约大量的成本,并保障发动机的安全运营。
  (2)通过发现性能参数间的性能良好状态下的相关性规律,如果发现它们相互之间的相关性突然变大或变小,则表示性能衰退加快或故障征兆。
  (3)如果发现不同单元体相互之间的性能中只有一种读数异常,也有可能的原因就是该测量仪表系统发生了故障,发动机工程师应认真检查。
  这种性能参数变化的相关性为我们监控发动机健康状况和故障诊断提供了有效的工具。
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