V2500飞机发动机的排气温度故障1(1)

Ｖ２５００飞机发动机的排气温度虚高的故障分析

南方航空公司机务工程部MCC 陈建国

故障现象

V2500发动机1997年在南航投入使用以来，经常发生EGT 指示超温。最近，V2500 发动机的排气温度指示突然变高的情况时有发生。常规来讲，EGT接线桩或导线盒中的接线桩的松动，EGT的指示应该是在波动。这是由于接触电阻的变化。接线桩的松动引起的读数变化，一般来说会导致EGT数值是下降。但2007年2月11日B-2351(V2500发动机）飞机广州起动，左发时发动机EGT瞬间达到645°C。随后温度下降，信息消失，后续参数正常。短停打开C包皮检查热部分正常，检查左发EGT探头发现EGT热电偶接线盒有接头松动，重装并拧紧打好力矩。2010年6月26日B-6355(V2500发动机）（CZ3512杭州飞广州）。飞行员报左发EGT 超温，其余参数正常。当时发动机工程师判断是指示问题，飞机继续飞到广州排故。NDT孔探检查左发燃烧室高低压涡轮叶片正常，试车测试左发工作正常。检查左发EGT探头发现，EGT热电偶接线盒有接头松动，拆下检查正常。重装并拧紧打好力矩至正常。该类事件多次发生，我在这举两个典型的例子。

由于EGT 的升高关系到发动机的健康情况，如果发动机的EGT真的超温，飞行员在空中必须收油门直到关车。此类故障如果发生在起飞加油门时，飞行员就很难判断。是什么原因促使飞机的EGT 指示上升。我认为要找到故障原因，并提出预防措施。现场只是经常发现EGT 接线桩的热电偶导线松动。重新对EGT的接线桩自锁螺母打力矩拧紧，故障就能得到排除。发动机厂家2000年把EGT接线盒中的自锁螺母力矩检查工作加到了飞机2A检工卡中。该方案基本预防了此类故障的大量出现。但是我们没有找到故障的根本原因。要热电偶的指示变大，只有外部电源的输入。但我们没有任何的其它电源的输入。为什么造成这种现象。本文试从热电偶的基本原理出发和通过对故障现象的分析，找到根本原因，并提出一些改装意见。

故障分析

V2500发动机ＥＧＴ测量的热电偶的类型，特点

V2500发动机的热电偶的正极是含鉻１０％的镍铬合金，负极是含铝３％的镍铝合金（分度号是Ｋ）。可测量０－１３００度的介质温度，适在氧化性中适应。其温度关系近似线性，价格便宜。目前最多应用的热电偶。

V2500发动机ＥＧＴ测量的热电偶和连接导线

V2500发动机每个热电偶是双热电偶探头。在探头的接头上有四个连接点。其法兰盘连接通过螺钉连接到飞机的涡轮机匣。每台发动机有四个探头。

热电偶的导线和接线盒。热电偶是用柔性导线平行连接到接线盒。导线是有铬和铝组成。接头也是用相同的材料组成。导线中有一股内层束是用铜做成，其目的是防止电磁的干扰。导线中还有不锈钢外层束防止热和摩擦。接线盒和导线多连接到飞机的涡轮机匣上。

每一个探头传送两组电信号，接线盒和导线束会平均四个探头的一组信号。接线盒把独立的两组信号送到EEC的A 和B 通道。具体如图：

两种不同成分的导体两端结合成回路，当接合点的温度不同时，回路中就会产生电动势。热电偶的电动势有两部分组成：

首先，两种导体A、B接触时，由于导体内的自由电子密度不同，如果NA>NB，电子密度大的导体A中的电子就向电子密度小的导体B扩散，导体A失去电子而具有正电位，导体B由于接收了电子而具有负电位。这样在扩散达到动态平衡时A、B之间就形成了一个电位差。这个电位差称为接触电动势。

Eab(t0)= K*t0/e ln (Na(t0)/Nb(t0)）

Eab(t0)--- A、B两种材料在温度为t0时的接触电动势；

K--- 玻耳兹曼常数（1.38×10-23J/K）；

e为电子电荷（1.6021892×10-19C）；

Na(t0)、Nb(t0)为A、B两种材料在温度t0时的自由电子密度。

回路中总的接触电势为：Eab(t)-Eab(t0)

其次，单一导体中的温差电动势。对单一金属导体，两端温度不同，两端的自由电子就具有不同的动能。温度高则动能大，动能大的自由电子就会向温度低的一端扩散。失去了电子的这一端就处于正电位，而低温端由于得到电子处于负电位。这样两端就形成了电位差，称为温差电动势。

Ea(t,t0)=∮t0tδa d(t)

Ea(t，t0)——导体A两端温度为t、t0时形成的温差电动势；

t，t0——高低端的绝对温度；

δa——汤姆逊系数，表示导体A两端的温度差为1℃时所产生的温差电动势，例如在0℃

时，铜的σ =2μV/℃。

对于由A 、B 两种导体构成的闭合回路，在A 、B 两导体上产生的温差电动势之和为： Ea(t,t0)-Eb(t,t0)

在整个闭合回路中产生的总电动势EAB(T,T0)可表示为:

A 导体

T Eab(t0) T0

Eb(t,t0)

Eab(t,t0)=Eab(t)-Eab(t0)-Ea(t,t0)+Eb(t,t0)

在总电动势中，温差电动势比接触电动势小很多，可以忽略不计。回路中的电动势表示为Eab(t,t0)=Eab(t)-Eab （t0）

热电偶特性

热电偶是利用以上原理进行温度测量的。其中测量测量温度的一端是叫工作端。另一端是叫冷端。冷端和显示仪表连接。显示仪表能够显示所测温度。其中关键有几个问题要明确。

（1）均质导体定律。由均质材料构成的热电偶，热电动势的大小只与材料及结点温度有关。与热电偶的尺寸大小、形状及沿电极温度分布无关。（2）中间导体定律。 将A 、B 构成的热电偶的T0端断开，接入第三种导体C ，只要保持第三导体两端温度相同，接入导体C 后对回路总电动势无影响。（3）在热电偶回路中，如果热电极A 、B 分别与连接导线A ’、B ’相连接，结点温度分别为T 、Tn 、T0 ，那么回路的热电势将等于热电偶的热电势EAB(T,Tn ) 与连接导线A ’、B ’在温度Tn 、T0 时热电势 EA ’B ’(T,Tn ) 的代数和，即 ：EABB’A’(T,Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EA’B’(Tn,T0)。（4）中间温度定律。在热电偶回路中，两接点温度为T 、T0时的热电动势，等于该热电偶在接点温度为T 、Ta 和Ta 、T0时热电动势的代数和。

我们已经知道热电偶的电动势为Eab(t,t0)=Eab(t)-Eab(t0)-Ea(t,t0)+Eb(t,t0)；近似为Eab(t,t0)=Eab(t)-Eab （t0）。同时对于接线盒中的接线桩是A(a,b) ;B(a,b)分布。如故没有外界电压的输入，热电动势是不会升高的，EGT 也不会升高。我们在工作现场发现了由于A(b)接线桩和B （a ）接线桩搭接，造成造成热电动势升高，进而造成的EGT 读数升高。

如图所示：

A 通道 A(a)

A （b) B(a) 短接

B 通道 B(b)

为什么A(b)接线桩和B （a ）接线桩搭接，会造成造成热电动势升高？简单分析一下，我发现，热电动势V 和多个因数有关系。电路简化为如图： 其中Ea(t0) 为 A 通路中t0 为温度的接触电动势。Ea(t) A 为通道中t 温度时的接触电动势。Eb(t0)为B 通路t0 为温度的接触电动势。Ea(t) A 为通道中t 温度时的接触电动势。

Ea(t,t0)

Eab(t) B 导体

Ea(t0) Ea(t)

Eb(t0) Eb(t)

V 为EGT 对应的电动势。（V 的大小和Ea(t),Eb(t),Ea(t0),Eb(t0) 有关系）。

预防方案

为什么V2500发动机的热电偶接线桩没有松动而接线盒中的接线桩有松动？因为在热电偶接线桩螺帽上有保险丝。但在接线盒中的接线桩较多，难以用保险丝固定。并且保险丝容易造成短路。针对以上情况，我提出了改装意见。

接线盒中接线桩的改装。

1.接线桩的前后布置，使其容易用保险丝固定。如图所示：

这种方法需和厂家沟通进行改装。实施难度较大。

2.在接线盒前的导线束，尽量使A 和B 回路隔离，对A 回路的a,b 和B 回路的a,b 捆扎到一起。限制各自的活动，防止A 和B 回路的搭接。即使发生松动，EGT 指示也是变小波动，不会造成误关发动机的事件。如图所示。

改装前 改装后

这种方法比较容易实施。并且该方法成本几乎为零，就解决了EGT 超温的问题。

本文参考：

1.空客AMM 手册；AMM77-20-00

2.温度传感器原理

百度文库https://www.sodocs.net/doc/9c15089892.html,/view/8d165b1e650e52ea55189852.html

3. AIRNAV ASM 77-00-00;IPC 77-21-10

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