A330空调系统故障分析

学术论文陆荣君 2018-11-07 11:22:01
    1 民航空调系统概述
    空调系统由高温高压的发动机、APU、地面引气设备提供的高压缩引气源、主热级热交换器和空气循环机(ACM机)组成。首先引气和冲压的冷空气在熱交换器内完成热交换,随后进入空气循环机(ACM机)。空气循环机(ACM机)就是一个把热能转化为机械能的装置,核心部件是涡轮,是一种空气流过之后对外做功降温的部件。引气通过空气循环机(ACM机)后本身的温度和压力在空气循环机(ACM机)结构的涡轮出口大大降低,获得温度低于0℃的引气,再与不经过ACM机的热路引气按一定的比例混合,之后就可以向客舱提供舒适环境并增压。同时一部分冷路引气可以直接混合热路引气对电子设备舱进行冷却。民航ACM机的工作原理相同,都是气体通过涡轮对外做功内能减小,温度降低。仅仅配置不同而已,一般采取以下几种形式:简单式、升压式、三轮式。
    2 A330 PACK系统工作原理
    从引气系统过来的高压热空气经由流量控制活门FCV到达初级热交换器PRIMARY PART进行初步降温,调节初始引气温度。接着空气进入ACM COMP压气机使空气的压力温度小幅上升。沿着管道空气继续进入主热交换器MAIN PART进行再一次冷却。然后空气通过高压水分离器SPLIT DUCT,在这里空气中的水分被分离出来并进行更大的降温。在这个空气循环中,气流通过再热器REHEATER、冷凝器CONDENSER和水分离器WE,然后回到再加热器中。接着空气流过ACM TURB压缩机涡轮,同时空气的压力和温度地降低了。从ACM的空气压缩机、空气流回到冷凝器、空气的温度增加。经过温度调节后的空气通过下游单向活门DOWNSTREAM CHECK VALVE进入混合器给空调系统提供服务,再由从HOT AIR活门过来的热引气按用户需求比例混合,提供给客舱空调系统服务。以上就是整个PACK系统的简单工作原理。
    3 B6126 PACK 1故障现象
    3.1 PACK 1流量控制活门指示“XX”
    从11月上旬开始该机多次反映PACK 1系统流量控制活门在ECAM页面指示“XX”,重置后正常。PFR伴随有PACK 1 FLOW SNSR(513HB)/FCV(511HB)/PIPS(537HH)故障信息。按照TSM21-51-00-810-829先后更换过P1 FLOW CTL VALVE(511HB)、P1 FLOW SENSOR (513HB) 、P1 INLT PRESS SENSOR(537HH)、PC 1 (531HH)、P1 PNEUM.SENSOR,CPR.OVHT.(521HH22) 均无效。
    3.2 PACK 1工作流量低,经常出现ByPass Mode
    11月15日在更换流量控制活门期间,发现臭氧转换器内部破裂损坏严重。按AMM21-52-00更换臭氧发热器,测试正常。11月30日更换521HH22后。测试时发现PACK1工作流量低,在两个PACK同时打开时PACK 1流量为0.6kg/s、PACK2流量为1.8kg/s。当使用单PACK 1时,将温度控制放到HOT,PACK流量活门位置开到最大此时流量为1.6kg/s。10s后又关闭到2/3处,此时流量约为1.0~1.2kg/s。数秒后流量活门再次指示在LOW位,此时流量<0.4kg/s。ECAM出现Pack 1 In ByPass Mode信息,同时伴随AIR PACK 1 REGUL FAULT的故障警告。随后几日在航前或飞行中都会出现ByPass Mode的ECAM信息。更换PACK 1 ByPass VALUE(521HH2)故障依旧。
    4 故障分析
    4.1 PACK 1流量控制活门指示“XX”
    根据TSM排故流量活门511HB、流量传感器513HB、压力传感器537HB都已经更换过。流量控制活门开关信号是由采集在流量控制活门进口以及中部的气流压力通过流量传感器经PC计算后得出。根据经验,如果在流量控制活门到流量传感器513HB之间2根信号管存在漏气现象可能也会导致流量指示“XX”。建议检查IPC手册图纸内120-170的弯头接管等。
    4.2 PACK 1 工作流量低,经常出现ByPass Mode
    在通过多次航后测试发现:在双PACK工作时,PACK1活门指示开度LOW位,见表1。
    在单PACK 1工作时,流量保持不住,活门位置逐渐显示在LOW位。随后出现ByPass Mode故障提示。
    分析原因:根据故障现象在使用PACK 1时,FCV位置在瞬间达到开位,随后活门指针摆动,逐渐变为关位。这时从FCV通过的引气在到达初级热交换器时,由于交换器可能破损堵塞导致了气流在交换器形成了气塞,有放炮现象,这也可以解释FCV活门指针波动的原因。同时由于在初级交换器中的气塞也导致了在FCV至初级热交换器的管道中气流流量变小。与此同时由于热空气不能顺利进入ACM压气机管道,ACM工作效率低,触发了ByPass Mobe警告。查询记录在11月15日更换流量传感器时发现臭氧转换器内部损坏严重,极有可能是损坏的部件堵塞了初级热交换器。在12月4日更换冷凝器时也发现了REHEATER内部滤网的损坏,也证实了这一观点。所以建议更换初级热交换器后在继续观察。
    5 排故总结
    该机于12月9日更换了初级热交换器后,两个故障不再反映,目前正在进一步跟踪。初级热交换器521HH18(522HH18)安装于主热交换器与集气箱之间。外部冲压空气通过热交换器对引起系统的热空气进行降温。
    这次6126的故障还是因为臭氧发生器的损坏造成了下游初级热交换器破损、堵塞导致热交换效率低,使得ACM不能正常的工作触发了旁通活门模式。同时流量控制活门由于气塞导致管道中的空气流量低,不能给予流量传感器信号导致ECAM指示“XX”。同时警示我们在PACK系统排故时如果发现某一部件损坏,就要在更换该部件的同时检查位于该部件下游其他组件是否有损坏,避免以后产生故障。
    之后如果碰到类似的PACK系统流量低的情况,应该先检查上游引气系统供给气体压力是否正常,包括管道是否有漏气现象。然后可以通过交换部件的方法,沿着PACK系统空气流过的通路依次检查各部件是否有损坏或者堵塞,一步步分析隔离故障。
    对于PACK系统常见的指示“XX”故障,如果排除是传感器引气的问题后。要检查传感器各个信号管是否有漏气破损,因为该传感器工作原理是通过探测PCV进口与出口压差值来判断PACK系统流量。如果系统中气体流量过小,超出传感器探测压力阀值之外,传感器就会判断自身故障从而指示“XX”。
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