737NG点火故障

自有案例和网络公众号(李政卫)

2024年以来点火故障存在较明显上升的趋势,特结合故障可能做一些分析。

一、基本原理

发动机的点火系统给燃烧室提供电火花来点燃燃油,每台发动机有2套相互独立工作的点火系统,发动机左侧点火系统使用115V转换汇流条供电,右侧点火使用115V备用汇流条供电。

点火系统主要部件有点火激励器,点火导线,点火电嘴。

点火激励器,包含输入电路,电容储存电路,输出电路。点火激励器使用密封的不锈钢外壳,部分件号点火激励器内充氮气。

点火激励器将115V的交流电转换并存储在电容中,随着电容中储存能量的升高,输出的电压会逐渐升高,当电压升高到14-19KV后,将在点火电嘴处击穿空气,产生电火花,点燃燃油喷嘴喷出的油雾。下图为点火激励器工作原理图,其中C5为主要储存电能的电容。

每次点火将释放1.5焦耳左右的能量。点火的频率和输入电压有关,在115V时,点火频率为每秒0.75-1.75次(波音曾答复大概为1.1次/秒)。

点火导线是绝缘性良好的单根导线,多层结构,芯线材料为铜,外层使用硅酮橡胶进行绝缘,再外层是镀锡铜编织网,再外层是聚四氟乙烯套管,最外层是金属编织柔性导管。点火激励器产生的高压电动势沿着点火导线到点火电嘴处。

部分点火导线布置在发动机核心机处,环境温度高,为了降低导线温度,进而降低导线电阻,在核心机段的点火导线会使用空气进行冷却。在发动机底部,有一根管路,将发动机低压压气机出口的气体,分别引入左右点火导线,沿着导线结构行成空气通道流动,从点火电嘴处流出。

点火电嘴的工作原理是高压放电,与汽车使用的火花塞原理一致。中心导体通过点火导线和点火激励器输出端相连。外壳和发动机结构相连,作为结构地。当中心导体电压升高后到一定极限后,击穿中心导体和外壳之间的空气,产生火花。

EEC使用电门位置数据来控制EEC内部的四个点火开/关电门。这些电门控制到点火激励器的115v交流电。每个EEC通道(A和B)控制一个点火开/关电门到每个点火激励器。一次只有一个EEC通道处于工作状态。因此,对于一个点火激励器,一次只有一个点火开/关电门工作。另一个EEC通道处于备用模式。点火测试会对每个点火电嘴的每个通道进行测试,所以如果听声测试只有单通道有声音可判断内部故障,情况比较少见。

EEC使用电门位置数据来控制EEC内部的四个点火开/关电门。这些电门控制到点火激励器的115v交流电。每个EEC通道(A和B)控制一个点火开/关电门到每个点火激励器。一次只有一个EEC通道处于工作状态。因此,对于一个点火激励器,一次只有一个点火开/关电门工作。另一个EEC通道处于备用模式。点火测试会对每个点火电嘴的每个通道进行测试,所以如果听声测试只有单通道有声音可判断内部故障,情况比较少见。

对于EEC及EEC上游部件故障一般会有点火源故障代码或者DEU点火数据不正确故障代码,根据代码对相应部件进行排故即可。上游部件有:跳开关,电门,线束,EEC。

二、典型故障

1、点火嘴烧蚀

点火电嘴的烧蚀是最容易判断的故障。在每次高压放电中,会伴随少量的材料损失和烧蚀,这样会影响中心电极和周围电极之间的空气间隙。当两个电极之间的空气间隙出现变化时,击穿电压会发生变化,有可能造成点火失败。

对于点火电嘴的烧蚀,手册中有明确的标准。点火电嘴有两种构型,分别为垫片式和销钉式,垫片式的点火电嘴(件号 9072215-1或518888-1),外侧电极是一片垫片,销钉式点火电嘴(件号:CH31900-6),外侧电极是一圈销钉。

参考AMM74-21-02-200-801-F00,如下图所示,对于垫圈式点火电嘴,X尺寸不大于0.30英寸,Y尺寸不小于0.1英寸,中央电极和上表面的深度不超过0.25英寸,且垫圈(washer electrode)不允许松动和丢失。

对于销钉式点火电嘴,电极销钉不允许松动和丢失,中央电极和上表面的深度不超过0.25英寸,不允许在电极尖端或间隙区域积碳。

典型的失效

2、点火激励器和点火导线连接处烧蚀

点火激励器输出插头中间是一根销钉,点火导线连接处是四片弹簧片组成的花瓣型结构,销钉插入花瓣中,从维护经验来看,此处连接可靠性较差。

比较常见的损伤情况有,点火激励器输出销钉松脱,烧蚀,丢失,如下图所示:

还有点火导线的弹簧片烧蚀,脱落等。

点火系统最容易出现故障的就是点火激励器和点火导线连接处。

此处之所以会出现问题,分析可能是因为在安装点火电线时,此处位置较低,施工困难,所以在抽入不容易完全平直插入,而是有一定的歪斜,造成销钉和4块金属片并没有均匀接触,产生较大的接触电阻,造成烧蚀。

除了安装问题外,点火激励器和点火导线连接处可靠性低,还有可能是因为积水导致。由于点火导线需要引气冷却,而引气管安装在发动机5点钟位置,在下雨或者执行水洗工作时,很容易使积水沿着冷却气管流入导线中。而点火导线和激励器连接处是点火导线的最低处,所以水会集聚在此处,造成故障。

3、点火导线和点火电嘴的接触面腐蚀

点火导线和点火电嘴的接触面腐蚀,也有可能造成点火失败。接触面腐蚀后,电阻增加,造成的点火能量降低。发动机燃烧室中气流是在以较快的速度流动中,流场比较复杂,如果点火能量较低,有可能无法将雾化的燃油点燃,造成点火失败。

4、点火激励器或点火导线部件损坏

除了点火部件相互连接处损坏外,点火激励器和点火导线损坏的可能性也有。

对于点火激励器损坏的硬故障,点火听声测试一般都会测试不通过,我们可以通过对调左右点火激励器输入或者输出插头,再次听声测试,方便的进行判断。

点火导线的故障,有时会是间歇性故障,如导线的绝缘性降低后,可能造成电能损失,偶尔造成点火失败,这种故障通过听声测试比较难以判断出来。

5、EEC及EEC上游部件故障

根据FIM,对于EEC及EEC上游部件故障一般会有点火源故障代码或者DEU点火数据不正确故障代码,根据代码对相应部件进行排故即可。上游部件有:跳开关,电门,线束,EEC。先通过听声测试是单通道失效还是双通道失效(可直接听声也可根据测试完成后的代码判断),单通道则为EEC控制问题,更换EEC;双通道则根据相应FIM分段隔离。

三、点评

1、机队统计看UNISON的点火嘴在1000FC内失效率高于CHAMPION。

2、2024年以来点火线和点火激励器的检查质量下降明显。

关于-7B点火嘴的对比

来源于CHAMPION厂家分析,仅参考其分析思路,不排除存在偏向性。

CFM56点火嘴通常有两家供应商Champion P/N CH31900-6(GE P/N 1374M13P11) 和 Unison P/N 518888-1(GE P/N 1374M12P16)。

这种比较是通过移除点火端尖端来检查 Champion 和 Unison 点火器上的接地销磨损来进行的,露出了点火端的内部。该评估是在十四 个 Unison P/N 518888-1 点火器和四个 Champion CH31900-6 点火器上进行的。这些点火器由不同的运行人在有条件或定期维修间隔期间更换,每个点火器在役小时数未知。

拆下点火器的点火尖端端后,检查接地销磨损情况。下面的图 1、2、3 和 4 显示了 Champion 和 Unison 点火器点火端尖端设计的几何形状,供本报告参考。Champion 点火器设计利用垂直于中心电极安装的接地引脚,这些接地引脚围绕接地壳直径等距安装,这些接地引脚被钎焊到点火端壳中。相比之下,Unison 点火器设计的特点是将接地销以三角形图案安装在金属嵌件内,金属嵌件又焊接到点火端壳中。

在评估了从机队使用中返回的 Unison 518888-1 点火器后,三 个点火器缺少所有接地引脚,八 个点火器缺少三个引脚中的一个或两个。在评估的十四个 Unison 点火器中,只有三个似乎所有三个接地引脚都完好无损。

相比之下,评估的四 个 Champion CH31900-6 点火器被确认剩余所有六 个接地引脚。这与我们在服役中看到的 Champion CH31900-6 点火器通过 20+ 年的展示性能一致。下面的图 5 和图 6 显示了 Champion 和 Unison 点火器接地引脚区域的最坏情况视图的比较。

除了缺少接地电极外,还观察到 Unison 点火器在电极插入和/或钎焊区域容纳接地电极的空腔区域似乎有裂缝。图 7 和图 8 显示了两 个 Unison 点火器的开裂示例。

由于这种开裂和缺少接地引脚材料的证据,Unison 518888-1 点火器可能会部分或全部接地引脚掉落到燃烧室中。

进行了台架测试,比较了 Champion CH31900-6 和 Unison 518888-1 之间的新点火器火花寿命,结果支持 Champion CH31900-6 优于 Unison 518888-1。在图 9 中,此火花寿命测试显示,Champion CH31900-6 为在 .230 中心电极深度以下定期更换的航司提供了 2 倍的寿命。对于那些希望将更换间隔延长到所描绘的绿色区域之外的操作员,Champion 点火器在整个点火器使用寿命期间执行 Unison 点火器固定销。Unison 518888-1 点火器会增加 FOD 的风险,正如上述评估的在役点火器的结果所证明的那样。

Champion CH31900-6 已经服役了二十 多年,为 CFM56 机队提供长寿命性能,该点火器是 CFM56 机队早期 Champion 长寿命点火器的演变。在 Champion 最初的长寿命点火器推出 34 年后,Unison 为 CFM56 推出了他们的第一款长寿命点火器。从此处提供的发动机运行数据和火花寿命台架测试数据来看,Champion CH31900-6 仍然是卓越的点火器:
 火花寿命测试表明,Champion CH31900-6 为喜欢在 .230 中心电极深度以下定期更换的操作员提供了两 (2) 倍的寿命。
 从服役发动机上拆下的点火器表明 Champion CH31900-6 是一种更可靠的设计,与 Unison 518888-1 相比,将接地电极引脚保留到使用寿命结束。
 Champion CH31900-6 的总火花寿命为 240 万次,而 Champion -6 的总火花寿命为 230 万次。

从机队采购看,机队当前CH31900-6这个采购量较少,518888-1买的多一些。

点评:机队表现看

1,点火嘴失效占点火类故障的60%以上,按当前1000CY控制, Unison在1000CY内失效的概率大概是Champion的4倍。已提交可靠性提案,建议仅采购Champion,受三方比价和不能单一供应商影响,不能实现。目前为优先采购Champion。

2,波音FCOM为左右点火交叉使用,但海航系SOP独有的要求为航前首段必须使用右点火,从大数据的统计分析看,飞机实际左右点火使用的比例为3:4,造成右点火的过度使用。

3,7月12日与股份工程、飞行一道对该问题做了沟通讨论,有望在首段必使用右点火和推出故障快速处置上做出一些优化。

附:点火嘴构型简介

件号厂家使用概况
9072215-1Unione旧构型,厂家已经停止供应。该电嘴容易发生掉块的故障。
CH31900-6Champion容易发生头部膨胀,导致电嘴无法取出。
518888-14 Unison高性能电嘴,采用了 LEAP 发动机上的设计经验,可靠性有一定提升。
但依旧未能解决部分发动机电嘴频繁烧蚀的问题。
该电嘴在 2022年 10 月开始推广使用。

国内航司运行表现和政策

项目GDNXSH
运行表现平均每年10起平均每年12起平均每年10起平均每年5-6起近一年来20余起点火故障2024年点火故障导致延误27起,其中一季度4起,2025年1季度有9起。
故障处置拖回按MEL处理机组决策,都有机组决策,都有左点火的话切换好直接走右点火要拖回做MEL程序沟通机组同意就先走沟通机组同意就先走
点火嘴软时限1000CY1100CY1000CY1100CY1000CY1000CY
点火嘴供应商都有Unison都有Unison都有都有
点火嘴点火线的额外政策无额外措施无额外措施无额外措施无额外措施无额外措施无额外措施

附图:左UNISION,右CHAMPION。

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