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多管齐下 综合治理 ----737NG飞机发动机引气系统可靠性
引言 众所周知,波音737NG型飞机发动机引气系统故障率较高，而且很难根据故障现象精确隔离具体故障部件，造成航班延误多、重复性故障多、误换件多，维修成本居高不下。本文将针对航线如何快速准确隔离处理引气故障，提高航班正常率和如何采用多种手段结合预防性维修的方法提高引气系统的可靠性这两个课题展开讨论。展开讨论之前，先简单介绍整个发动机引气系统部件特点及工作原理。 1. 引气系统结构特点描述 波音737NG型飞机发动机引气系统 的功用是为飞机气源系统提供压力和温度调节的压缩空气，供给气源用户系统，包括发动机起动系统，空调和增压系统，发动机进口整流罩防冰系统，机翼热防冰系统和水箱增压系统，大气总温探头加热，液压油箱增压系统等。由于737NG飞机的发动机引气系统采用机械膜盒和机械传感器对引气压力和温度进行控制，易受高温和振动影响，故障率较高，而且该系统既没有自检故障功能、也没有故障记录功能，很难根据故障现象精确隔离具体部件，造成重复性故障多、误换件多，维修成本居高不下。 2. 发动机引气系统的工作原理 发动机引气来自发动机第9级和第5级高压压气机。发动机低转速时，由于第5级空气压力不能满足气源系统的需要，气源系统使用第9级引气。发动机高转速时，气源系统使用第5级引气。发动机引气系统主要由三大子系统来控制：（1）低速时高压级调节器和高压级活门控制发动机引气压力。低速时第5级单向活门防止气流反流 。（2）高速时高压级活门关闭，第5级单向活门打开，向压力调节和关断活门（PRSOV）提供引气。（3）发动机引气预冷器系统控制发动机引气温度。预冷器的风扇空气流量由预冷器控制活门、预冷器控制活门传感器390F和机翼热防冰电磁活门控制。这三个子系统相对独立工作又互相影响.当引气温度在３９０—４４０华氏度之间时,预冷器控制系统控制引气温度,当引气温度在４４０—４８０华氏度之间时,引气温度由ＰＲＳＯＶ控制系统控制,４５０度传感器通过关小ＰＲＳＯＶ开度来降低引气温度,当然此时引气压力随着ＰＲＳＯＶ的开度减小而减小.这就是我们常见的由于预冷器控制系统冷却不好造成引气压力低. 3.首先讨论航线维护时如何快速准确处理和隔离引气故障。 发动机引气系统常见故障有：发动机引气不能接通或不能关闭；引气压力高或引气压力低；引气断开等，其中以引气断开和引气压力低这两种故障最为常见，所以本文将着重讨论这两种故障。 讨论前提：引气系统控制管路和接头没有渗漏和异常,预冷器控制活门和ＰＲＳＯＶ人工作动无异常,预冷器无损坏和堵塞. 3.1引气断开故障： 遇到引气断开故障时，引气断开原因可分为超压和超温断开.首先可考虑按照MEL36-5保留，但限制条件较多。同时应详细向机组了解引气断开之前是否存在引气压力低的现象，能否复位等信息，一般建议派人跟机观察，如果引气断开之前引气压力低，则是超温保护断开，可按照引气压力低来隔离故障。详见3.2. 如果引气断开之前引气压力高，则是超压保护断开。若引气断开之前压力正常，引气断开后应保持发动机转速不变，马上按压复位电门，如能复位则可判断不是超压故障，如果不能复位则说明既不是超压断开也不是超温断开,那么很可能是线路故障,应检查相关导线束.由于发动机引气断开,厂家发布了一个有关发动机引气系统导线束的改装服务通告CFM56-7BSB 72-0262,在９０度电插头处加装新型热缩管, 可有效改善由于线路原因引气的发动机引气断开故障,但由于发动机线路工作环境处于高温高振动区域, 即使执行过该的发动机,线路故障仍不能完全避免.故障举例：2009年4月我公司5123飞机右发出现右发引气断开间断性故障，跟机观察发现引气断开前引气压力正常，断开后发动机转速保持不变的情况下马上能复位，这说明引气断开故障既不是超压断开，也不是超温断开，那么只有可能是线路故障，经过查询该发动机已经执行了CFM56-7BSB 72-0262,且我们仔细目视检查发动机相关线束无任何损伤,而事实证明我们在更换了MW0311线束后故障排除。 3.2 引气压力低故障： 引气压力低故障处理：当遇到发动机引气压力低故障时，首先应询问机组引气压力是否低于18PSI,如果引气压力高于18PSI，这说明引气系统的性能出现了衰退，但其功能不受影响，无需马上采取排故措施，也不涉及MEL,可直接放行飞机。根据波音SL737-SL-36-013-B波音定义了为保证有足够的空气供给增压系统，空中最低引气压力为18PSI。其中根据部件修理手册空调系统流量控制活门的最低操作压力为10PSI,流量控制活门出口的空气通过空气循环机供到客舱，而在空中客舱内外压差一般为8PSI左右，所以为了保证有足够的空气流入客舱，最小引气压力不能低于18PSI。如果空中引气压力低于18PSI，那么引气系统将不能保障增压系统和大翼防冰系统的正常工作，该发动机引气系统应当认为失效，可参考MEL36-5保留放行，但飞行高度限制在2500英尺以下，而且不能飞已知或预计有结冰的条件。 引气压力低故障隔离：按照传统的排故方法，在排除该故障时，可按AMM或FIM手册中的排故步骤一步步往下做，但比较繁琐而且需要较长时间，为了节省时间保障第二天航前能准时离港，机务人员往往根据经验直接更换认为可能出故障的部件，并且先从容易更换的部件入手，这有时会一步到位就迅速排除了故障，但更多时候是换了很多部件才把故障排除，既造成航材费用增加，又使排故时间延长，这也正是引气系统重复性故障较多，可靠性不高的重要原因。 笔者巧妙利用引气系统的三个子系统相对独立工作的原理,在多年的实践中总结出一种快速有效的故障隔离方法：先按MEL36-3将预冷器控制活门锁在全开位，按照MEL36-9将高压活门锁在关位，并派人跟机观察。如果引气压力仍然低，则故障出在PRSOV控制系统；如果压力正常，则可解除预冷器控制活门锁定继续观察，若压力低，则故障出在预冷器控制系统。若压力仍低则故障出在高压控制系统。以上方法也可利用发动机试车的方法来观察隔离。 如果故障出在PRSOV控制系统，可根据FIM手册提供的方法隔离BAR、450F传感器和PRSOV,具体方法是(详见系统图):在脱开２管与ＰＲＳＯＶ串入一个测量表,再从系统供气端供气６０—７０ＰＳＩ的气压,然后观察ＰＴＳＯＶ端的测量表读数是否在２０—２８ＰＳＩ之间,如果是,则说明引气压力调节器(ＢＡＲ)调节功能正常,而且从ＢＡＲ到ＰＲＳＯＶ之间的控制气管和到４５０度传感器之间的控制气管无渗漏,同时４５０度传感器无渗漏,可能故障的部件只可能是ＰＲＳＯＶ和４５０度传感器,再将供气压力降低至０,然后缓慢增加,同时观察ＰＲＳＯＶ位置,如果在供气压力小于１０ｐｓｉ前ＰＲＳＯＶ没有打开,则说明ＰＲＳＯＶ打开阻力超标,但仍不能完全排除４５０度传感器同时故障的可能,如需确认则需要更换有缺陷的ＰＲＳＯＶ后试车确认. 如果故障确认发生在高压控制系统,由于高压系统没有传感器,按照ＦＩＭ很容易隔离故障,在此不再赘述,需要提及的是如果高压调节器下游反馈控制气管漏气将引起高压活门无法反流关断,可能导致另外一台发动机冷转慢或启动悬挂. 如果已经确定故障出在预冷器控制系统，笔者在这里介绍一种非常实用的用发动机试车来隔离预冷器控制活门和预冷器传感器的方法。该方法巧妙利用了WTAI SOLENOID的控制信号是来自大翼防冰电门而不是大翼防冰活门的电路结构，在大翼防冰活门在关闭位置时打开WTAI SOLENOID，从而使预冷器控制活门全开，如果大翼防冰活门打开，则正常的引气系统压力也会快速降低，故无法隔离引气压力低故障。原理如下电路图所示,拔出大翼防冰活门跳开关，使大翼防冰活门不能打开。打开大翼防冰，使WTAISOLENOID 打开，预冷器控制活门全开,假设预冷器传感器故障引起引起压力低,启动发动机，打开引气模拟出引气压力低的现象,此时打开大翼防冰，使WTAI SOLENOID 打开，预冷器控制活门全开，此时引气压力应马上回升至正常水平。如果压力不回升，则引气压力低是由预冷器控制活门故障引起。笔者多次使用该方法成功隔离３９０度传感器故障. 4. 关于引气系统预防性维修方法的探讨 排除故障只是治标，如何采用多种手段，降低引气系统的故障率，提高引气系统的可靠性，才是治本之道。前面我们提到由于737NG飞机的发动机引气系统采用机械膜盒和机械传感器对引气压力和温度进行控制，易受高温和振动影响，故障率较高，而且该系统既没有自检故障功能、也没有故障记录功能，但是由于该系统既然是采用机械控制方法控制引气压力和温度，所以该系统绝大多数故障的出现应该有一个渐变的过程，也就是说在故障出现前飞机早就有症状，只是该系统无故障记录功能，飞行员也没有注意观察而已。 多家航空公司为如何提高发动机引气系统的可靠性作出了很多尝试，如达美航空公司DAL每6个月执行引气健康检查并且将所有引气系统部件全部执行最新改装;以色列CAL航空公司每5000小时进行健康检查,并且在健康检查时逐步更换-3的老型号450度传感器和390度传感器；澳大利亚航空公司AAL 每24个月执行引气系统部件功能检查.BRI 航空公司每4500小时执行引气健康检查;爱尔兰瑞安航空公司RYR每12000小时直接更换所有390度传感器.有的航空公司每个C检直接更换390度传感器和预冷器控制活门.但效果都不理想。 为此波音推出发动机引气系统终极改装SB737-36-1021,利用飞机现有的备用线路将左右引气压力值送至飞行数据采集组件DFDAU和飞机状况监控系统ACMS，通过改变现有线路的布局将新增的左右预冷器出口温度传感器的数据传送给ACMS,利用ACMS数据对发动机引气系统进行性能趋势监控，发现偏差及早解决，从而实现发动机引气系统的视情维修，该服务通告同时新增了线路将增压控制盒的数据也传输给ACMS,这样同时也可以对增压系统的各项数据进行分析，对隔离发动机引气系统故障和增压系统故障提供重要依据。笔者强烈建议尽可能执行该服务通告。但由于施工难度较大，目前很多航空公司都未改装。下图就是ACMS数据在更换故障的预冷器控制活门传感器前后的对比图。 值得一提的是，当增压系统出现异常时，也有可能是引气系统出现了故障。当增压系统AUTOFAIL灯亮或下降时座舱高度波动，或控制盒CPCP自检出现FC30代码（低流量、高渗漏）时，应及时利用各种手段确认引气系统工作是否正常，一般采用single pack confidence check or air condition diagnostic check和试车检查引气压力以及分析ACMS中增压系统各项数据来隔离和确认是空调系统故障还是引气系统出现故障。 我们从波音对引气系统改装的思路中可以得到启发，在执行SB737-36-1021引气系统改装之前，根据波音的思路充分利用我们现有的多种手段，多管齐下，对发动机引气系统进行综合治理，同样也可以达到异曲同工的效果。总的来说就是要建立一个发动机引气系统的庞大数据库，工程师对数据库进行连续监控和分析，对出现的偏差提前干预，实现视情维修，提高系统可靠性。 首先，也是最重要的，就是建立多渠道的发动机引气系统关键参数采集系统，尽可能的采集发动机不同运行阶段的引气压力数据，密切监控发动机引气系统性能趋势，尽早发现偏差，在发动机引气系统性能衰退早期，系统出现故障前就及时采取措施干预，隔离和更换性能衰减的部件，恢复发动机引气系统的性能。引气系统的数据采集应该是多渠道的、可以是定检试车、机务跟机观察或由机组填写引气压力数据单，建议在飞行记录本上设立引气压力值填写栏，每个航段请机组人工填写。笔者认为数据的采集是实现引气系统视情维修中最关键的环节，如何落实引气数据采集的各个环节，也许不仅仅是一个工程技术问题，还需要依靠组织管理手段确保引气数据及时、准确、可靠。 其次，就是定期对引气系统进行健康检查，但是引气健康检查工作必须经过严格培训，引气健康检查也有它的局限性，那就是它无法全面测量390F和450F传感器的工作情况，事实上到目前为止，引气系统温度传感器还没有在翼的检测方法，很多航空公司尝试利用热风枪加热传感器，再测量控制气路的通断，结果证明该方法尚不成熟可靠。根据笔者多年的维护经验，经常是引气系统反映故障时，引气健康检查各部件都正常，当引气系统没有反映故障时，引气健康检查很多部件测试值都超标。所以当利用引气测试设备排除故障时，如果检查未发现缺陷时，工作者迫于飞机航班正常运行的压力往往只能凭经验换件，引起重复性故障。一台发动机的引气健康检查需要大约2—3个小时，加上更换有缺陷的部件和高推力引气压力测试，整个排故过程大约需要4—5个小时，如果飞机航后进港晚，那么排故的时间就非常紧迫，这就是工作者面临的航班正常运行压力，也是造成系统可靠性低的重要原因之一。 那么如何合理利用引气健康检查来提高系统可靠性呢？笔者认为应利用合理的维修机会，定期进行引气系统健康检查，并详细记录各个部件的测试值，在发动机引气压力正常的情况下不一定非要提前更换掉有隐患的部件，而是继续监控使用这些引气健康测试值有偏移的部件，严密监控发动机各个阶段的引气压力值，待到引气压力值出现偏移时，再根据记录的引气健康检查测试值偏移的趋势以及发动机的推力阶段综合隔离故障部件，在引气压力出现偏差的早期，精确隔离故障件并将其更换，既不影响系统工作同时最大限度降低维修成本。 要建立发动机引气系统数据库还应该对所有装机和库存部件建立详细的技术履历，详细记录每个部件的使用时间，历次故障和翻修情况,翻修原因. 这样工程师就可以根据历次引气健康检查测试定期测试数据，分析引气系统性能趋势，结合定期收集的引气压力数据以及部件的使用时间和故障履历，综合分析，将出现早期偏差的部件提前更换. 要提高系统可靠性，其中重要一点就是提高系统部件的可靠性。所以和部件修理厂家充分沟通就很重要，应尽可能向修理厂家反映故障的的详细情况，认真分析每份送修报告，分析修理时发现的问题是否和故障现象的趋势一致，尽可能提高部件的可靠性。提高部件可靠性的另一个办法就是执行引气系统各部件的改装，然而引气系统部件的改装有很多，笔者建议执行那些有可靠性数据证明有效的改装。 当然，要提高系统可靠性还应该加强对引起系统部件的目视检查，应该制定详细的发动机引气系统区域检查工卡（每个部件和管路必须配照片并有详细检查要求），特别是容易出现磨损和损失的控制气管和线束要有针对性的检查,由经过培训、富有经验的机务人员定期检查发动机引气系统各个部件和控制管路的安装和磨损情况，对容易出项磨损的控制气管更要有针对性的重点检查。 同时应加强员工培训，包括区域目视检查培训和拆装操作培训,引气故障有很多由于气管剪切,扭曲等原因造成漏气,应对引气部件的拆换施工进行培训,气管安装时应无扭曲,无刮碰，禁止带侧向载荷安装。 有的航空公司对所有失效部件进行统计，对于可靠性较低的部件，采用硬时限方法直接更换，该方法是否有效仍待可靠性数据来证明。 综上所述，提高发动机引气系统可靠性靠单一手段很难达到效果，必须采取多种手段，综合治理，实现视情维修，降低维修成本，尽可能提高引气系统的可靠性。 附:容易出现磨损的控制气管和线束图片
以下是历次目视检查中发现的控制气管和线路的缺陷图片 未经作者许可,严禁转载. ALL RIGHT RESERVED! | 
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发表于 2016-6-14 14:12:34
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