航空发动机综合课程设计---v2500发动机低压转子振动过大.pdf

航 空 工 程 学 院 航空发动机综合课程设计航空发动机综合课程设计 题题 目目 High N1 vibration level on engine 1 一号发动机低压转子振动过大 作者姓名作者姓名 吴孝成 专业名称专业名称 飞行器动力工程 指导教师指导教师 李梦 副教授 提交日期提交日期 答辩日期答辩日期 航空发动机综合课程设计 I 目目 录录 第一章第一章 关于关于 V2500V2500 发动机的介绍发动机的介绍 1 1 1.1 V2500 发动机简介 . 1 1.2 V2500 发动机型号 . 2 1.2.1 基本型号 . 2 1.2.2 改进型 SelectOne . 3 第二章第二章 V2500V2500 发动机低压转子及其振动监视系统发动机低压转子及其振动监视系统 4 4 2.1 低压转子系统 4 2.2 发动机指示系统 5 2.3 N1 转速指示 6 2.3.1 概述 . 6 2.3.2 N1 传感器介绍 6 2.3.3 平衡传感器 . 9 2.4 发动机振动监视系统 9 2.4.1 概述 . 9 2.4.2 发动机振动传感器 10 2.4.3 发动机振动监测组件（EVMU） 10 2.5 结构框图 . 11 2.6 功能框图 . 11 第三章第三章 低压转子出现振动过大的故障原因的分析低压转子出现振动过大的故障原因的分析 1212 3.1 故障原因分析 . 12 3.2 故障树分析 . 15 3.3 排故流程图 . 17 参考文献：参考文献： 1818 附录：工卡附录：工卡 1919 航空发动机综合课程设计 1 第一章第一章 关于关于 V2500V2500 发动机的介绍发动机的介绍 1.1 1.1 V2500 发动机简介发动机简介 V2500 发动机是国际航空发动机公司（IAE）研制生产的双转子、轴流式、高涵道比涡 轮风扇发动机，其推力为 25000lbf 级。

是用于空客 A320 系列飞机上上可选装的发动机 V2500 系列发动机采用的是全权限数字电子控制系统（FADEC） 如图 1-1 所示，该款发动机的低压转子包括 1 级风扇，4 级低压压气机，5 级低压涡 轮；高压转子部分包括 10 级高压压气机和 2 级高压涡轮；环形燃烧室 图 1-1 V2500 发动机外观示意图 V 表示五家公司合资，包括美国普拉特惠特尼 PW，英国罗尓斯罗伊斯 RR，日本航空 发动机公司 JAZC,联邦德国 MTU，意大利菲亚特一起组成的 IAE 公司，2500 表示以 10lbf 为单位的推力级PW 占 30%的股份，负责燃烧室，高压涡轮和涡轮排气机匣的研制，RR 公司也占 30%的股份，负责高压压气机部分研制，日本航空发动机公司是由石川岛播磨重 工业公司（IHI）川崎重工业（KHI)和三菱重工业(MHI)组成，占 19.9%的股份，负责风扇 和低压压气机的研制，MTU 占 12.1%的股份，负责低压涡轮研制，菲亚特占 8%的股份， 负责附件齿轮机匣部分研制 High N1 Vibration Level On Engine 1 2 1.2 1.2 V2500 发动机型号发动机型号 目前，V2500 型号代号中，既表示了推力级，又表示使用的飞机机种，例如 V2527- A5 中， “27”表示推力级为 27000lb，A 表示用于空中客车的飞机，如为 D，则为用于麦 道的飞机。

1.2.1 1.2.1 基本型号基本型号 （1）V2500-A1 是研制的第一个型别，用于 A320 飞机，推力达到 11120daN，装机使用至 1994 年 4 月已累计飞行 10000 飞行小时 （2）V2527-A5 是为满足美国联合航空公司要求发展的 11768～13340daN 推力级的发动机，用于 A320 飞机，变动主要在 FADEC （3）V2522-D5 是 1989 年 11 月提出的为 MD-90-10 研制的 9780daN 推力级发动机，用以换装 MD- 87 可使耗油率降低 11% （4）V2528-D5 是计划中项目，推力为 12450daN，装 MD-90-50 后可增大飞机航程 （5）V2530-A5 是在风扇直径不变的前提下，推力最大的发动机，推力范围为 13340～13780daN，它 已被 A321-100 订货，1994 年 1 月开始投入使用 V2500-A1 和 V2500-A5 发动机的技术参数分别见表 1.1 和表 1.2 表 1.1 V2500-A1 发动机技术参数表 起飞推力(daN) 11130 总增压比 29.4 巡航耗油率 kg/(daN.h)] 0.592 质量(kg) 2303 推重比 4.93 空气流量(kg/s) 355.5 涵道比 5.40 涡轮进口温度(℃) 1427 风扇直径(mm) 1613 长度(mm) 3200 航空发动机综合课程设计 3 表 1.2 V2500-A1 发动机技术参数表 发动机型号 V2522-A5 V2524-A5 V2527-A5 V2530-A5 V2533-A5 应用机型 A319-100 A319-100 A320-200 A321-100 A321-200 服役时间 1997/10 1997/06 1993/12 1994/03 1997/04 起飞推力 22,000 24,000 27,000 31,400 33,000 风扇直径 （英寸） 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 空气流量 770 781 811 858 872 涵道比 4.9 4.9 4.8 4.6 4.5 巡航燃油消耗率 0.543 0.543 0.543 0.543 0.543 1.2.21.2.2 改进型改进型 SelectOne 改进型的 V2500 涡轮风扇发动机——V2500SelectOne 于 2008 年投入运行。

IAE 声称 改进后的发动机燃油耗油率降低约 1%，发动机的在翼使用时间延长了 20%，同时减少了 温室气体 CO2 等的排放，获得了额外的 12 度的 EGT 裕度（排气温度裕度） 改进型的 V2500 SelectOne 发动机主要有以下改进： （1）高压压气机 4～8 级转动叶片和 3～5 级静子叶片更换为 3-D 叶片叶片的基本 轮廓前缘由圆形变为椭圆形，所有叶片表面都提高了光洁度 （2）高压压气机 3～8 级鼓的 6～8 级的减震丝槽容易磨损，导致许多高压压气机 3～8 级鼓因此报废V2500 SelectOne 发动机取消了高压压气机第 6/7/8 级的减震丝，彻 底避免因高压压气机 3～8 级鼓的减震丝槽的磨损而更换高压压气机 3～8 级鼓的情况 （3）高压压气机 VSV 可调静子叶片的控制逻辑也做了相应的改变改装了 3/4 级转 轴作动臂上低速效装孔的位置，提高了发动机在启动过程中的喘振裕度 （4）高压涡轮部分也做了较大改进更换了新的高压涡轮第 1 级和第 2 级叶片、新 的高压涡轮第 1 级静子叶片和第 2 级静子叶片，以及新的高压涡轮第 1 级外空气封严 相对于旧的涡轮叶片，新的涡轮叶片采用了更先进的表面涂层和气膜冷却技术；新的涡 轮静子叶片采用了改善的内部冷却和额外的平台冷却；新的高压涡轮第 1 级外空气封严 也提高了耐用性；同时还提高了外径静封严的封严效果。

（5）安装了新软件的电子发动机控制器以确保发动机的性能更可靠 世界上第一台改装后的 V2500 SelectOne 发动机在珠海摩天宇航空发动机维修有限公 司试车成功并达到了一些预期的性能指标：发动机排气温度下降，EGT 裕度增大，发 动机高低压转子的转速降低，燃油耗油率下降，还有一些指标需要在航空公司的实际使 用过程中得到验证V2500 发动机作为一款成熟的发动机，将会随着世界航空市场的发展 而发展，我们深信 V2500 发动机会有一个成功的未来[1] High N1 Vibration Level On Engine 1 4 第二章第二章 V2500 发动机低压转子及其发动机低压转子及其振振动监视系统动监视系统 2.12.1 低压转子系统低压转子系统 低压转子系统作为 V2500 发动机重要的一部分， 下面就简单介绍下低压转子各部分的 结构组成以及工作原理低压转子系统机械部分包括了 1 级风扇，4 级低压压气机和 5 级 低压涡轮低压（LP）转子的速度在 ECAM 上显示 N1[2 ，3] 1、风扇 V2500 发动机风扇装置是由 22 片宽弦叶片组成， 而且它提供了大部分的推力。

空气由 风扇产生称为涵道气流采用的是罗尔斯·罗伊斯公司从 RB211-524E4 和 RJ500 设计和发 展而来的无凸台宽弦空心叶片，其增压比为 1.7，叶片材料为钛合金，长度为 558mm它 的制造是在两块钛合金薄板之间放入同样是钛合金制成的蜂窝状结构的材料，然后通过活 性扩散焊接的方法将其连成一体这种叶片以极轻的重量获得了极大的强度，可以抗击外 来物的击伤另外，由于其宽弦叶片本身的性质，跑道上的细小碎片和尘土可以被摔倒旁 路管道，因此同普通窄弦叶片相比，她可以使由于外来物击伤而导致的发动机拆卸工作减 少 4 倍到现在为止，这种宽弦叶片在全球累积了 1 亿小时的服务经验 2、低压压气机 V2500 低压压气机它采用的是 4 级轴流式使用真空电子束焊接的鼓筒以螺栓固定在 风扇之后，没有放气环在低压压气机上有 LPCBV（low pressure compressor bleed valve） ， 其主要作用是控制空气流速，以确保在启动时候不使发动机喘振，而且它有一个功能就是 矫正 N1 转速 4 级低压压气机位于中间级机匣内低压压气机提供空气到发动机核心,这是主气流 低压（LP）转子（N1）是由风扇和低压压气机组成，它们是由低压（LP）涡轮驱动的。

3、低压涡轮 V2500 发动机的低压涡轮采用了 5 级轴流式并且采用三维设计叶形和叶尖主动间隙控 制安装在燃烧室后面，其功用是将高温燃气中的部分热能和压力位能转变为功，去带动 压气机和附件 4、工作原理 5 级低压（LP）涡轮吸取来自高压（HP）涡轮的燃气气流的能量来驱动增压器级压气 机和风扇，排出的燃气从低压（LP）涡轮通过一个喷口来提供推力[7] 航空发动机综合课程设计 5 低压（LP）转子由滚柱和球形轴承支撑，并被润滑和冷却 涡轮排气机匣是主结构用于发动机后部的支撑它同样位于后发动机装配点处 位于风扇机匣顶部的发动机振动传感器可以将 N1 转子工作时候的振动频率转为电信 号送到 EVMU（发动机振动监测组件）里进行判断其振动是否超过规定值，如果超过了规 定值就会发出警告告警，使得驾驶员可以及时了解系统的工作状况 2.22.2 发动机指示系统发动机指示系统 发动机指示系统显示与其相关部件的参数及状态该显示系统包括：转速指示；发 动 机压力比指示；排气温度指示；发动机震动指示；发动机警戒/警告系统及涡轮超温 指示 图 2-1 为驾驶舱内的关于发动机振动显示的效果图[8,9] 图 2-1 发动机振动显示效果图 发动机警告显示器（EWD）可分为两个主要部分：一是上半区显示发动机参数 （如 N1） ，机载燃油(FOB)和襟/缝翼位置；二是下半区显示警告和警戒信息，以及备忘信 息系统显示器（SD）也可分为两个主要部分：一是上半区显示各系统页面，飞机系统的 简图；二是下半区显示常用参数。

图 2-2 为发动机指示结构图： High N1 Vibration Level On Engine 1 6 图 2-2 发动机指示结构图 2.3 2.3 N1 转速指示转速指示 2.3.1 2.3.1 概述概述 为了可以测得和 N1 有关的参数，我们在相关位置安装了一些传感器。