普惠PW1000G齒輪傳動渦輪風扇發動機的重大故障

2020-12-23 澎湃新聞

普惠PW1000G齒輪傳動渦輪風扇發動機的重大故障

2020-07-14 14:45 來源：澎湃新聞·澎湃號·湃客

原創 陳光 航空之家

陳光/文

在大涵道比渦扇發動機中，在風扇轉子與由低壓壓氣機及低壓渦輪組成的低壓轉子間，裝上一套減速裝置，使風扇工作於低的轉速，而低壓壓氣機及低壓渦輪工作於高的轉速下，也即兩者均處於最佳轉速下工作，可提高發動機效率以及減少發動機的總級數等優點，這就是「齒輪傳動渦輪風扇發動機」GTF（圖14）。

圖14、齒輪傳動渦輪風扇發動機GTF

美國普惠公司於2007年啟動了齒輪傳動渦輪風扇發動機項目，2007年7月，日本三菱重工宣布啟動70座～90座級的三菱支線飛機MRJ，並宣布選擇普惠的GTF作為唯一動力裝置，發動機的推力為66.5～75.7，計劃2014年投入使用。由於有了用戶，普惠公司加緊了GTF的研製工作，並宣稱GTF是「改變遊戲規則」的發動機。2008年7月普惠公司宣布，將GTF發動機正式命名為「潔靜動力」PW1000G型發動機。

隨後，巴西龐巴迪公司正式宣布啟動了100～149座級的C系列C110和C130型飛機研發計劃，該飛機也採用PW1000G作動力，發動機推力為93.5～102.4kN。2009年，俄羅斯伊爾庫特飛機製造公司宣布選用PW1000G系列發動機作為其新型的伊爾MC-21飛機的動力裝置，發動機推力為110-150kN。2011年，空客公司宣布PW1000G系列發動機將作為其新型飛機A320neo系列飛機的備選發動機，其推力也為110-150kN。

PW1000G在投入運營前、後卻出現了一些造成飛機大面積停飛的故障，原來認為會出問題的大功率、高轉速的減速器，卻在使用中表現良好。

1.CS100客機用的PW1500G低壓渦輪1級輪盤爆裂非包容故障

龐巴迪C系列的CS100所用的PW1500G在2013年取得適航證後，於2014年5月29日裝在CS100左翼下進行地面檢驗性試車中，1級低壓渦輪輪盤爆裂甩出發動機，造成一起嚴重的非包容故障。

經過分析，這次重大故障是由於試車中操作不當以及設計上存在重大缺陷造成的。在普惠公司對PW1500G的試車指南中規定，停車前必須在高壓轉子轉速低於70%下至少運轉10min，以冷卻發動機；需停車8h以後才能再次起動發動機，避免某些零件溫度過高。但是龐巴迪的試車人員未遵守這個規定，多次在大轉速下直接停車，且經常多次重複開車，其結果使滑油導管上的封嚴圈在高溫作用下失效，漏出的滑油在高溫下自燃，最終造成低壓渦輪1級盤爆破。

在PW1000G系列發動機中，高壓渦輪後軸承與低壓渦輪前軸承支承在高、低壓渦輪間承力框架內的軸承座中，參見圖15，供入高壓滑油的導管插到軸承座中的油孔中，滑油導管端頭裝有特氟龍封嚴圈。由於操作人員未按要求而反覆開車、停車，使軸承座的溫度大增，造成特氟龍封嚴圈失效，滑油向外洩漏。

圖15、軸承座溫度過高使封嚴圈失效滑油外噴自燃

不斷向外洩漏出的滑油在高溫作用下自燃，所產生的連續不斷的燃燒火焰，通過對1級低壓渦輪輪盤吹冷卻空氣的孔吹向輪盤的輪轂，結果在輪盤上燒出一個整環的缺口，其外緣部分，在離心力作用下爆裂，其斷片擊穿機匣甩出發動機，打傷飛機多處結構，而盤心部分則像麵包圈式地套在低壓渦輪軸上。這種故障模式，在過去的幾十年中還從未出現過。

由於這次1級低壓渦輪輪盤爆裂故障，使C系列飛機2014年投入使用的計劃告吹，延期至2016年7月才投入使用。

原標題：《普惠PW1000G齒輪傳動渦輪風扇發動機的重大故障 陳光談航發305》

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