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#机坪论道#：《V2500发动机EGT指示虚高问题的分析》

2014-07-30 18:06阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/2857830352

V2500发动机EGT指示虚高问题的分析
-- 作品来自 四川航空股份有限公司 发动机管理中心 王贺平
引言
四川航空公司运营主基地在西南地区，常年气候潮湿，自V2500系列发动机投入运营以来，发动机排气温度（EGT）指示系统的故障率居高不下。其中，尤以发动机启动时EGT指示温度虚高的问题最为严重，下面是近年发生的三个典型案例：
案例一：2012年6月10日，重庆阵雨。川航B-6771飞机在重庆双发启动完毕，在滑行中一发EGT超温，航班被迫取消。经检查发现，一发EGT接线盒四个接线桩之间绝缘值均小于手册规定的1MΩ，更换EGT接线盒。

案例二：2013年7
月9日，北京大雨。川航B-2348飞机在北京上客完毕后启动一发，N2转速达到40%左右时，EGT温度指示为700℃以上，飞机被迫在北京停场排故，更换一发所有4个热电偶和EGT接线盒后指示正常。但是2013年8月2号早上重庆航前时一发再次超温，停场排故中发现4007VC-A插头的1、4号插孔有积碳，最终清洁4007VC插头并更换EGT接线盒后正常。
案例三：2013年7月14日，厦门小到中雨。川航B-6445飞机在厦门上客完毕后启动二发，N2转速达到40%左右时，EGT温度指示为700℃以上。航班延误10个小时以上。后经排故，更换EGT接线盒后指示正常，飞机飞回昆明。但是第二天早上再次发生指示跳变，造成飞机再次被迫停场一天，最终更换EGT接线盒并清洁4007VC插头后正常。

EGT温度直接关系到发动机的健康状况，若超出限制值，将对发动机燃烧室、涡轮等热端部件造成难以估量的损伤。
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上图是AMM手册中规定的V2500发动机EGT限制值。可以看出，一旦EGT温度达到675度以上，就将进入“C”区域，按照手册，应该立即换下该发动机并送修。
因此，当遇到案例中的情况时，飞机被迫停场，航班延误和取消将不可避免，给航空公司的正常运营带来巨大的压力和经济损失。而如果此类故障发生在滑跑、起飞或空中，更将对飞行安全构成严重威胁！

为了更多地了解EGT指示系统，为故障排除和安全隐患的预防提供更准确的思路，下面我将从EGT指示系统的基本原理和结构方面入手，分析造成这一故障的根本原因。

一.塞贝克效应详述
由于EGT测温系统是基于热电效应中的塞贝克效应设计制造的，下面对相关热电效应进行简单介绍。
塞贝克效应产生的热电势是由两种独立的热电势组成：

1．帕尔贴电势（接触电势）：
当两种不同性质的导体接触时，在接触面上因自由电子浓度不同而发生电子扩散。 达到平衡时两导体间的电势差。（后面表示为：Vp）
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两种导体AB接触，当自由电子密度Na>Nb,自由电子将通过接触面从A向B流动，使A带正电，B带负电，从而产生一个电场。
当电场对自由电子的电场力与自由电子的扩散趋势平衡时，在接触面上产生的电势即为：帕尔贴电势，即接触电势。
接触电势特点：
（1）产生接触电势时，自由电子的扩散实际上在数值上是很小的，不会对导体整体的自由电子密度产生影响。
（2）接触电势是由接触面上的电子堆积产生的。当接触面温度固定时，产生的接触电势是固定的。

2.汤姆逊电势（温差电势）：
当一根金属棒的两端温度不同时，金属棒两端会形成电势差。（后面表示为：Vt）
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对单一金属导体，如果两端温度不同，则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更多地向温度低的一端扩散，从而失去电子，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。
该电势将阻止电子从高温端向低温端扩散，当电子运动达到动平衡时，温差电势达到一个相对稳态值。称为温差电动势，或汤姆逊电势。

3.塞贝克效应：

塞贝克效应是前面两种电势叠加产生的，如下图：
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热电偶测温系统中，右侧为被测端，即热端。左侧的e(AB)即为自由端测得的电势差，用于确定热端温度：
e(AB)=Vp - Vt(a) + Vt(b)
一般情况下，接触电势对总电势的影响远大于温差电势，即：Vp>> Vt(b)- Vt(a) 。

此处应注意：Vp远大于两个Vt的差值，而并不一定远大于某一根线路上产生的Vt。即：不能从这里判断出：Vp>> Vt(a)或Vp>> Vt(b)。

二.系统结构
在V2500发动机的EGT指示系统中，分布于尾喷的4个热电偶相当于塞贝克效应中的热端（工作端），而EEC中的测量电路则相当于温度较低的自由端，EEC测量自身（自由端）的温度和热电偶产生的热电势，就可以计算出热端的温度，即EGT温度。
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V2500发动机每个热电偶都有两个独立的通道，来对应EEC的A和B通道，每个通道单独引出一个镍铝和一个镍铬接线柱。4个热电偶的对应接线柱引出的柔性电缆在EGT接线盒处并联（电缆与对应接线柱的材料相同），以并联方式达到4个热电偶测量值进行平均的目的。并联后的导线输入EEC的对应通道，由EEC测量其电动势并计算出当前的EGT温度。详见下图。
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三．故障原因分析：
从上面原理分析可知，在热电偶测温系统里，是不存在电源的。之所以会有电势差，其实是因为热电效应导致自由电子分布不均匀所致。
本文开始列举的三个案例都发生于阴雨天气下，发动机厂商IAE的反馈也证实，该故障的产生多与系统中多个部位发生线路受潮、松动有关。结合现场运行和排故经验分析，在以下两种情况下，EGT温度都有可能指示虚高。

1. 两个通道间互相干扰。
实际排故工作中，我们经常会遇到当EGT接线盒受潮后，两根接线柱之间绝缘值低于手册标准1MΩ的问题。在川航机队，一些极端情况下，绝缘值甚至出现过测得结果为0Ω的情况。这是EGT系统故障的主要原因之一，那么这种情况会不会造成指示虚高呢？
下面是EGT测温系统的简化图：
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从V2500发动机CMM手册我们知道，EGT热电偶采用的是镍铬-镍铝型热电偶。而EGT系统线缆、接线盒的接线柱，跟其对应的热电偶端子材料相同，正极线缆和接线柱材料是镍铬，负极线缆和接线柱材料是镍铝。
当如上面简图中所示：通道A的负极与通道B的正极线缆在a-b处发生短接，即：绝缘值为0时，由于两根线缆自由电子密度不同，自由电子必然会由b点向a点运动，导致通道A的负极有了更多的自由电子。因此，EEC处A1-A2测得的电动势将有明显增大。同理，B1-B2测得的电动势也将因b点失去自由电子而相应增大。这毫无疑问，将造成EGT指示值远高于真实值！
下面先来具体分析一下类似故障可能会出现在哪些位置。从上面分析可以知道，这种故障情况只有可能发生在两个通道交汇处附近。
（1） 毫无疑问，EGT接线盒处是最容易发生此类故障的区域。每个接线柱与接线盒壳体都是由中间的一层石棉绝缘层保证绝缘性的（如下图：单层石棉编织层结构）。根据维护经验，当该绝缘层受潮时，绝缘能力将大大下降。
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