浅谈莱康明发动机点火系统常见故障分析及排除

　　近十几年里，中国有越来越多的用户在使用美国莱康明航空发动机，随着维护的深入，发现发动机故障率中占比例最高的是点火系统故障。下面以德事隆莱康明公司生产的IO360L2A发动机选用的美国CHAMPION公司生产的点火系统为例，分析点火系统在飞行使用中最常遇到的问题及分享排故的一些经验。
　　1莱康明发动机点火系统基本组成及分布
　　莱康明发动机点火系统主要由：磁电机（包括外部导线和开关）、高压导线和电嘴三部分组成。每个气缸有两个电嘴，分别安装在气缸头的上部和下部，有两个磁电机通过高压导线分别控制每个气缸的一个电嘴，即一台发动机有两套独立的点火系统。一般两个磁电机是分开安装的，也有两个磁电机合在一起共用一个转子，由一个传动齿轮带动。阿维科莱康明公司生产的IO540C4D5D发动机选用的D6LN3000型磁电机就属于这一类。各型莱康明发动机使用的磁电机原理大同小异。
　　2磁电机单磁掉转异常故障
　　发动机在使用中，飞行人员或机务人员在对发动机试车时，在对磁电机进行试单磁工作时，常会遇到这样两种情况：要么单磁工作时发动机不掉转，要么单磁工作时发动机转速迅速下降，发动机失去功率。这两种情况可以归结为：（1）在单磁位双磁工作。（2）在双磁位单磁工作。
　　3在单磁位双磁工作分析
　　3。1在单磁位双磁工作的原因
　　它的现象即试车试单磁时，一个磁电机工作时发动机不掉转，另一个磁电机工作时发动机掉转正常。这种现象的原因是在试单独的一个磁电机工作性能时，另一个磁电机没有关闭，而在正常工作。在日常维护中，排故时会发现，另一个磁电机由低压电路中的电容正极引出接到磁电机开关的接地线断路。而最可能断开的位置在电容正极引出的接线桩处的接地线的接线片根部导线断开。这样就造成了这个磁电机不能关闭。本来应该在试单磁时，让另一个磁电机通过接地线在磁电机开关处接地，使其不工作。现在接地线断路，就等于磁电机低压电路中的一次线圈始终能产生感应电流。发动机转动，断电器就会正常工作，一次线圈就会产生自感应电动势，从而让高压电路中的二次线圈产生感应电动势，让磁电机始终产生高压电。因为接地线断开就等于磁电机开关对磁电机的控制失去作用，磁电机开关无法让磁电机的一次线圈接地，只要发动机转动这个磁电机就正常工作，就无法试单磁。
　　3。2定时灯在查找单磁位双磁工作故障中的应用
　　定时灯是给磁电机在外定时安装中，判断磁电机是否安装精确的工具。大多使用以电池为电源的定时灯，如EASTERNTECHNOLOGYCORPORATION生产的E50型定时灯。这种定时灯在磁电机断电器触点断开时灯亮，闭合时熄灭。交流定时灯的工作方式与上述相反，当断电器触点断开时灯熄灭。在上述故障的分析中，在单磁位双磁工作的故障是可以在运转发动机试单磁中检查出来的。但是当停车排故时，拆掉了发动机整流罩，可是肉眼却看不出电容正极到磁电机开关的接地线哪里断了。因为有时导线内部的金属线断了，而外面的绝缘层完好无损。这时发动机试车人员甚至会怀疑自己的判断，记不清是左磁不掉转还是右磁不掉转，而装回整流罩给发动机试车又很麻烦。这时使用定时灯就可以简单有效的判断哪个磁电机不能接地。把定时灯的两根正线接在两个磁电机的电容正极，而负线接地，此时磁电机开关都在OFF位。当拆掉电嘴，顺旋向搬动螺旋桨到一号缸膨胀作功行程使冲击联轴器脱开，然后回搬螺旋桨到一号缸压缩行程上死点前25附近来回晃动时，会发现有个定时灯会亮而另一个灯始终不亮，不亮那个灯相连的磁电机为正常，亮灯相连的那个磁电机为故障。因为磁电机开关在OFF位，两个磁电机均应接地。亮灯说明这个磁电机没接地，断电器对低压电路起作用。这时只要找到这个磁电机接地线断开的位置就可以排除故障，断处多在电容正极接线处的接线片根部胶套内。这是一个利用定时灯排故非常好的例子。
　　3。3在双磁位单磁工作分析
　　这类故障只能在试车试单磁时才能发现。它的现象是当磁电机开关位于单磁位时，一个磁电机单独工作时，发动机不掉转，而另一个磁电机单独工作时，发动机转速迅速下降直至为零，即发动机不工作。这是因为有一个磁电机使终没有工作，即无论磁电机开关在双磁位还是在不掉转的单磁位，都只有一个磁电机在工作。另一个不工作的磁电机故障的原因有很多。比如装配磁电机时未连接内部的电容插线；磁电机断电器故障；磁电机分电器故障；磁电机线包不绝缘等。当更换这个故障磁电机后，发动机单磁掉转就可恢复正常。
　　4电嘴积碳引起的发动机抖动
　　莱康明的发动机抖动多数是由电嘴积碳，造成电嘴的中央极和旁极相连，而使电嘴不跳火。对于四缸的莱康明发动机，如IO360L2A发动机，在查找故障电嘴时，有如下规律：如果是左磁电机单独工作时，发动机抖动并掉转200RPM以上，则检查左边2、4缸下部电嘴和右边1、3缸上部电嘴，简称左下右上如果是右磁电机单独工作时，发动机抖动并掉转200RPM以上，则检查右边1、3缸下部电嘴和左边2、4缸上部电嘴，简称右下左上。对于装有G1000系统的飞机，甚至可以根据每个气缸的排气温度的差异，确定是哪一个电嘴故障。有少数比例的飞机，在出原厂时，磁电机的接地线在磁电机的开关处或电容正极接线处，左磁电机和右磁电机互相接反。这并不影响飞机的安全性，但对排故有影响。比如现在试车试单磁，左磁电机工作右磁电机接地。发现发动机抖动并掉转300RPM，2号缸排气温度异常，初步判定为2号缸下部电嘴因积碳而未工作。而因左、右磁电机接地线接反，实际故障的电嘴为2号缸上部电嘴。
　　5点火系统隔波装置故障引起的机载电子设备干扰
　　5。1磁电机及其外部导线的隔波
　　先介绍磁电机外部的连接导线，这很容易让人混淆。SLICK磁电机的电容正极越小，国内一些设计院推荐压低水位距离转轮下环12m，转轮直径越大、转速越高的机组可以取较大值。
　　4。7给气开始时间
　　为防止抽水调相起动时发电电动机的起动电流过大，一般在低转速时（1015额定转速）即开始给气压水。发电调相的启动是先发电并网再转发电调相，故在额定转速下给气压水，此时要防止机组进入深度反水泵而导致机组逆功率保护动作出口，通常需要快速压气和适时闭锁逆功率保护。
　　4。8补气
　　漏气点：主轴密封处漏气至水车室；竖向回流与水平回流引起的尾水管逸气；水环排水阀夹杂气、水至尾水管肘段。从天荒坪、宜兴实际运行情况观察，主轴密封处的漏气很少，但在机组调相运行时，尾闸处确有大量的气体排出，证明后两种漏气确实存在。补气方式有：连续补气：需要补气阀保持一个合适的开度，将补气阀常开，但此开度很难找到。根据尾水管水位控制补气：一般在尾水管设水位测量装置，在调相时投入。这种方法的主要影响在于尾水管肘管处振动大，环境湿度大，对水位测量装置的技术要求高。根据吸收功率控制补气：据试验证明，转轮在空气中旋转所消耗的功率仅为相同条件下在水中旋转消耗功率的1035，故可利用功率继电器来控制补气，该法的缺点在于，补气只能在水淹没了转轮后开始，会造成不必要的能量损失，增大机组的振动。
　　4。9排气结束的判据
　　广蓄是利用安装在排气管上的一个流量传感器进行判断，当探测到水流量后延时结束排气。天荒坪、宜兴则是通过测量机组的吸收功率判断排气是否结束。因为相同转速下，转轮从部分淹没在水中到全部淹没，吸收功率激增，根据宜兴的运行经验，吸收功率从1617mW激增到40mW。
　　4。10上下迷宫环冷却
　　调相运行时，转轮在空气中旋转摩擦会产生热量，使转轮和上下迷宫环发热，因此，必须向上下迷宫环提供冷却水。
　　4。11冷却水取水口
　　调相时需要对冷却水的水温进行限制。现在一般将取水口和排水口分别布置在尾水管靠尾水事故闸门侧和靠转轮侧，避免造成冷却水死循环。
　　4。12尾水管高度
　　当机组转速达到额定值时，转轮下方会产生强烈的气旋，引起尾水管中水体旋转。在高水头机组中水体的倾斜可以达到45，若尾水管高度不够，被压下来的空气可由肘管上部逸出，或者旋转水体的上部会撞击转轮。因此在尾水管的设计中必须考虑到压水起动的特殊现象。
　　4。13导叶小开度
　　宜兴曾出现过机组从抽水调相转抽水过程中，导叶开度至4。1（球阀开度约41），导水机构发生剧烈振动，部件严重损坏；另外在机组水泵停机（导叶开度1314）、水轮机甩负荷试验停机（导叶开度7）时也出现过类似情况。检查分析认为此现象是由导叶立面间隙（缝隙或导叶开口）进、出口的压力差激发并维持的自激振动引起导叶振动并发生了扭转引起的。临时处理措施主要有：加固导水机构；加大导叶开启速度，缩短导叶小开度运行时间；改变机组开机流程；损坏设备更换、坚固等。最终的处理措施包括：增加导叶臂长由1。0671。107，用以改善水泵模式下的颤振稳定性；减小导听缝隙长度由60mm到约20mm，用以改善二次稳定流和缝隙中压力脉动的放大作用；对导叶尾部（水泵模式）进行了修型，减小出水边侧的臂长。导叶修型后，宜兴进行了各种稳定工况、暂态过程和工况转换试验，均没有出现自激振动。
　　4。14保护配制
　　为了提高调相的启动成功率与运行可靠性，需对保护做特殊的配置，如：由于调相启动过程中的电流很小（宜兴：调相启动过程中最大电流约0。76kA；调相运行电流约0。3kA；抽水运行电流约10kA），需对差动保护、低压过流保护、定子接地保护（95、100）、过电压等整定特殊的定值；由于抽水蓄能机组具有发电与抽水两个方向，需对方向性保护如负序过流、失磁保护、相序监视等配置不同方向的保护并选择性投入。
　　5结语
　　调相运行是抽水蓄能机组重要的运行方式，有利于电网的稳定运行，调相压水系统是保证调相运行的关键因素之一，设计时需综合考虑多方面因素，该文结合国内部分已投产电站实际运行情况，简要介绍了调相系统在设计时应关注的一些因素，希望为抽水蓄能电站的设计提供思考点。