波音737飛機(jī)CFM56-7B發(fā)動機(jī)起動機(jī)殼體螺桿斷裂探討

CFM56-7發(fā)動機(jī)起動機(jī)殼體螺桿斷裂探討發(fā)布時間:2020-05-2512:01:17

查看:6721、引言

B737NG搭載CFM56-7型發(fā)動機(jī)，其起動機(jī)OEM是Honeywell,件號3505945系列的空氣渦輪起動機(jī)。起動機(jī)通過來自地面、APU、或其他發(fā)動機(jī)的氣源驅(qū)動起動機(jī)的渦輪，渦輪再通過附件齒輪箱帶動發(fā)動機(jī)高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動從而啟動發(fā)動機(jī)。

自去年以來，因?yàn)槌霈F(xiàn)起動機(jī)螺桿斷裂、甚至大量螺桿同時發(fā)現(xiàn)斷裂的情況而造成航班運(yùn)行中斷等延誤、惡性延誤情況時有發(fā)生，引起航空營運(yùn)人的高度關(guān)注。本文從安裝要求、螺桿質(zhì)量、設(shè)計缺陷和同類起動機(jī)對比等方面對該機(jī)型起動機(jī)螺桿斷裂成因進(jìn)行分析，提出了維護(hù)措施和改裝設(shè)計建議。

2、故障表現(xiàn)

2018年某月，某飛機(jī)在航后發(fā)現(xiàn)右發(fā)起動機(jī)上有6顆螺桿斷（共有9顆），螺桿頭丟失，如圖1所示，因當(dāng)?shù)責(zé)o備件造成航班延誤。

圖1殼體螺桿斷裂

該起動機(jī)進(jìn)車間檢查情況為：起動機(jī)輸出軸順時針方向轉(zhuǎn)動正常，磁堵無鐵屑。詳細(xì)檢查斷裂的6根螺桿斷口，未發(fā)現(xiàn)有疲勞斷裂中典型的貝殼狀紋路，如圖2所示。

圖2六根螺桿的斷口

3、原因分析

該起動機(jī)去年11月份翻修時更換了全部9根螺桿，且該起動機(jī)裝機(jī)使用時間不長，從六根螺桿的斷口情況，可以推斷疲勞斷裂的可能性不大。而一旦有某根螺桿斷裂，剩余螺桿上的負(fù)載會顯著增加，導(dǎo)致更多的螺桿斷裂。單從發(fā)生概率上來說，多根螺桿在一次起動過程中同時斷裂的可能性不大。

調(diào)查顯示，某維修廠在發(fā)生螺桿斷裂情況的報告前，是按照HoneywellCMM的要求對螺桿進(jìn)行檢查，更換損傷的螺桿，并未進(jìn)行批量更換。出現(xiàn)斷裂報告后，開始采用全部更換成新螺桿的方案，但仍出現(xiàn)螺桿斷裂，乃至大量斷裂的情況，可能原因有以下幾個：

1）車間在螺桿安裝時打力矩不規(guī)范；

2）螺桿存在批次質(zhì)量問題；

3）廠家設(shè)計存在缺陷。

3.1力矩問題

首先查閱CMM80-11-79R6及廠家標(biāo)準(zhǔn)施工手冊SPM中對殼體連接螺桿力矩的要求。該螺桿的IPL項目號為1-160，件號為MS9556-32。CMM中的要求是潤滑螺紋（見CMM7003頁2.B（3）），力矩值為50-55磅英寸，另加自鎖力矩（見CMM7028頁（8）段、8002頁及8003頁表4）。Honeywell標(biāo)準(zhǔn)施工手冊SPM20-00-02/70-00-01R20第516-518頁有相關(guān)內(nèi)容，與CMM中的要求一致，如下表1所示。

表1螺桿安裝公稱扭矩值

安裝時要求使用十字交叉模式對螺桿進(jìn)行擰緊到規(guī)定力矩值。

3.2螺桿質(zhì)量

螺桿件號MS9556-32，適用標(biāo)準(zhǔn)MS9556C，螺紋為0.1900-32UNJF-3A，即10-32的規(guī)格。螺桿材料為符合AMS5731-85的耐熱耐腐蝕鋼。在美國，同等材料有A286（即SPM中所述材料）、ASTMA638660Type2或ASTMA453660ClassB（即某些螺桿廠家說的Alloy660）。按AMS標(biāo)準(zhǔn)做熱處理，該材料的最小屈服強(qiáng)度為85ksi，最小抗拉強(qiáng)度為130ksi。查到的幾份資料中的數(shù)據(jù)基本一致。

調(diào)查顯示，采購的螺桿MS9556-32生產(chǎn)廠家均為MacFasteners，但有若干個批號，發(fā)現(xiàn)斷裂的有L00003，L00007，L00009。在對這些螺桿進(jìn)行對比時發(fā)現(xiàn)存在差異，如圖3所示：

1）螺桿頭端面的廠家標(biāo)識號存在不同，L00003批次的標(biāo)識為0100，L00007和L00009的標(biāo)識為0010；

2）螺桿頭法蘭部分的厚度存在差異，上述批次的法蘭厚度薄，而新批次的法蘭厚一倍以上，但都符合MS標(biāo)準(zhǔn)中最小0.04英寸的規(guī)定；

3)業(yè)內(nèi)某些MRO采購的同件號螺桿也是MacFasteners生產(chǎn)的，端面標(biāo)識為CS，和我們從起動機(jī)上拆下的原裝螺桿標(biāo)識相同；

4）不同標(biāo)識的螺桿頭的標(biāo)識清晰度有差異，CS的最清晰，其它的較模糊。

圖3螺桿MS9556-32批次差異

這個差異本身并不能表明質(zhì)量有問題，但是由于某個批次在全部更換新件的情況下螺桿出現(xiàn)大量斷裂的現(xiàn)象，可以懷疑螺桿存在批次質(zhì)量問題。

3.3廠家設(shè)計缺陷

在同其他航空公司的交流中發(fā)現(xiàn)，737NG大發(fā)起動機(jī)連接螺桿斷裂情況多有發(fā)生。因此就該處螺桿的使用情況做對比分析。

1）和其他廠家的起動機(jī)對比

V2500發(fā)動機(jī)用的是Sumitomo生產(chǎn)的790425A系列的起動機(jī)，該型起動機(jī)的原始設(shè)計商是Hamilton，最大起動力矩為穩(wěn)態(tài)477磅英尺，瞬態(tài)489磅英尺，脫開轉(zhuǎn)速為5000rpm，最大重量33.5磅。3505945系列起動機(jī)的起動力矩是1000rpm時約270磅英尺，脫開轉(zhuǎn)速是8100rpm，最大重量29.9磅。790425A的輸出功率和力矩可能更大一些，但兩種起動機(jī)的尺寸和重量相差不大。

790425A起動機(jī)的殼體連接螺桿是12根螺紋規(guī)格1/4-28的螺栓，力矩值30-40磅英寸，廠家件號，材料未知；而3505945系列起動機(jī)的連接螺桿是9根螺紋規(guī)格10-32的螺栓，力矩值50-55磅英寸。10-32的螺桿單個橫截面積只有1/4-28螺桿的6成左右，3505945的連接件總截面積只有790425A的45%。如果兩種螺桿的材料強(qiáng)度基本一致，那么Honeywell的設(shè)計連接強(qiáng)度不到Hamilton設(shè)計的一半，意味著強(qiáng)度裕度遠(yuǎn)低于Hamilton的設(shè)計（不排除有Hamilton過度設(shè)計的可能）。

2）和其他標(biāo)準(zhǔn)力矩值對比

CMM上推薦未注力矩值的參考FAA-H-8083-30的標(biāo)準(zhǔn)力矩，該手冊的最新版本為A版，要求螺桿取力矩上限，力矩表截圖見表2。按照推薦的標(biāo)準(zhǔn)力矩，MS9556-32的螺桿標(biāo)準(zhǔn)力矩應(yīng)為25磅英寸。波音標(biāo)準(zhǔn)施工手冊SOPM20-50-01中要求螺桿力矩參照BAC5009。BAC5009中對不同強(qiáng)度的材料給出了不同的推薦力矩值。對于10-32的鋼螺桿，220ksi強(qiáng)度的潤滑力矩為60磅英寸（BAC5009第35頁表VIII），160-220ksi強(qiáng)度的潤滑力矩為25磅英寸（第37頁表X），95-160ksi強(qiáng)度的潤滑力矩為25磅英寸（第38頁表XI）。MS9556的螺桿沒有出現(xiàn)在BAC5009的力矩表中，但如果以強(qiáng)度范圍劃分，標(biāo)準(zhǔn)力矩應(yīng)該是25磅英寸。

表2FAA-H-8083-30A標(biāo)準(zhǔn)力矩表

與FAA和波音推薦的標(biāo)準(zhǔn)力矩相比，Honeywell的力矩要大一倍，意味著螺桿承受的預(yù)加拉伸負(fù)載大很多。如果工作負(fù)載變化大，最大拉伸負(fù)載可能接近甚至超過材料的強(qiáng)度極限，導(dǎo)致螺桿斷裂的情況發(fā)生。

3）不同航空公司及MRO的情況

該型號起動機(jī)普遍用于B737NG的CFM56-7發(fā)動機(jī)上。據(jù)了解，國內(nèi)好幾家航空公司也都發(fā)現(xiàn)過螺桿頭斷裂丟失。有的MRO采取探傷后再安裝的方式，有的MRO則是按力矩的下限值安裝，具體效果尚不清楚。某航機(jī)隊中，幾家不同的MRO修過的起動機(jī)發(fā)生過螺桿斷裂，原裝起動機(jī)也發(fā)生過幾起螺桿頭斷裂的情況。從螺桿斷裂發(fā)生的分散性來看，存在起動機(jī)連接設(shè)計偏薄弱的可能性。

4）與790425A系列起動機(jī)的拆機(jī)對比

查詢某航空公司可靠性系統(tǒng)，自2012年1月以來，790425A系列起動機(jī)沒有一起殼體連接螺桿斷裂或丟失的記錄，同期3505945系列至少有22條螺桿斷裂或丟失的記錄。

綜上，Honeywell在起動機(jī)連接件的設(shè)計上可能存在強(qiáng)度不足的情況，導(dǎo)致螺桿容易斷裂。

4、措施和建議

從以上分析可以看出，避免螺桿斷裂牽涉的方面