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[36气源] 737NG气源系统原理及常见故障分析

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发表于 2017-4-16 11:28:04 | 显示全部楼层 |阅读模式
737NG气源系统原理及常见故障分析
1. 系统概述
发动机引气主要用于机翼及进气道热防冰和空调系统。引气系统的控制原理主要涉及两个方面的内容:温度控制和压力调节。
1.1 温度控制
引气系统的温度控制可分为两级温度控制和过热保护。第一级温度控制涉及预冷器、预冷器控制活门和390℉温度传感器,温度控制范围为390~440℉;第二级温度控制包括450℉温度传感器、BARPRSOV,温度控制范围为450~490℉。过热保护则由490℉过热电门来实现。实际上这是一个三级温度保护系统,可避免下游管路受到高温引气的损伤。
图片1.png
(1)一级温度控制
预冷器利用发动机风扇空气来冷却PRSOV下游的引气,预冷器控制活门控制来自风扇引气的冷却空气量。发动机未引气时,预冷器控制活门处于全开位,当发动机启动有引气压力时,由于初始引气温度低,无需冷却引气,控制活门处于关闭位。当PRSOV下游引气温度高于390℉时,390℉温度传感器内球形活门打开,释放部分控制压力,从而打开预冷器控制活门,加大进入预冷器的冷却空气量。该级温度控制范围为390~440℉,随着PRSOV下游引气温度的升高,390℉温度传感器内球形活门开度逐渐加大,预冷器控制活门也逐渐打开,在440℉时处于最大开位。
2)二级温度控制
当一级温度控制失效,不足以控制引气温度时,二级温度控制则会起作用,从而保护下游管路不受高温引气损伤。二级温度的控制原理与一级类似,由450℉温度传感器和BAR来控制PROSV的开度,从而控制引气量,此时一级温度控制已失效,预冷器控制活门已全开,预冷器已满负荷工作,此时只有通过减少引气量才能降低引气温度。所以,二级温度控制实际上是通过控制引气量来控制引气温度的。
(3)过热保护
    当一、二级温度控制都无法将引气温度控制在合理范围内时,此时490℉过热电门会传送信号给ACAUACAU发送信号给BAR内的电磁线圈直接关闭PRSOV,切断引气,保护下游管路。
1.2 压力调节
压力调节主要涉及两个方面:(1)引气来源的转换,采用5级引气还是9级引气;(2PRSOV下游引气流量及压力的控制。
(1)引气来源转换
    引气来源的转换是一个发动机自适应控制的过程,该控制过程无人工参与。在低转速时采用9级引气,当转速增加,5级引气压力足够大时,则转换成5级引气。由于不同的飞行阶段推力值不同,N1转速不同,所以不同的飞行阶段对应不同的引气来源。
1)低转速9级引气
在低转速时发动机采用9级引气,此时5级引气的压力较低还不足以冲开5级单向活门。9级引气到达HSRHSV,利用HSR调节得到的控制压力与HSV弹簧力及下游管路引气压力相平衡,从而使HSV下游压力维持在32psi(理论值)。
图片2.png
2)高转速5级引气
当发动机转速逐渐增加,5级引气压力也逐渐增大,超过32 psi时,打开5级单向活门,HSR感受到下游管道压力大于32 psi时,关闭控制压力从而关闭高级活门。此时转为5级引气。
图片3.png
2PRSOV控制
PRSOV通过平衡来自BAR的控制压力、下游管路压力和自身弹簧力从而将PRSOV下游管路压力控制在42 psi5级或9级引气有一部分通向BAR内的基准压力调节器,经过该调节器后级间引气转为控制压力通往PRSOVBAR控制压力出口管路除了通向PRSOV外,还连接着450℉温度传感器。当温度高于450℉时,控制压力将被释放,控制压力降低使得PRSOV往关闭方向移动,减少引气量。当压力高于220 psi时,BAR内部过热电门闭合,切断控制压力的引气来源,从而将控制压力降为0,进而关闭PRSOV,中断引气。
图片4.png
2 常见故障分析
引气系统常见故障可以分为两大类:(1)管道压力异常;(2)引气跳开。其中管道压力低是一种最为常见的管道压力不正常现象。不论是管道压力异常还是引气跳开故障,进行故障分析隔离时,都要考虑故障发生时飞机所处的飞行阶段。对于引气系统而言,起飞、爬升、巡航等各个飞行阶段引气的来源、压力和温度都是有差异的。因此,在分析故障前,有必要梳理下在各个飞行阶段发动机引气的特性。
2.1 发动机引气特性
(1)地面慢车
地面慢车时,N1小,引气压力低,HSV打开,系统运行于9级引气。此时温度一般低于390℉,PCCV全关,PRSOV全开。
(2)滑行
在滑行状态中,高压系统继续供应引气,此时取决于油门位置,如果油门调定值高,压力会高于32psi,这时HSV会将压力调节为32psi,温度也可能上升到390℉以上,则PCCV打开,会使温度保持在390℉或以下。
(3)起飞爬升
当飞机起飞爬升时,发动机高速运转,此时5级引气压力会高于32psi5级引气打开单向活门,同时关闭HSVPRSOV将管道压力保持在42psi。若温度超过390℉,PCCV将打开。
(4)巡航
在巡航阶段,通常系统压力足够使5级单向活门保持打开状态,即使用5级引气,飞行高度的不同可能会使管道压力高于42psi,此时PRSOV会进行调节,使其保持在42psi。温度可能会达到390℉及以上,PCCV将打开进行温度调节。需要注意的是,在巡航期间,飞行员可能会不断收回油门,以便在飞机因燃料消耗而变得更轻时保持飞行速度和高度。所以,在某一时刻,压力可以下降到42psi以下,PRSOV处于完全打开状态,温度可能会低于390℉,PCCV关闭。
如果飞机货物人员装载量小,为了保持飞行高度和速度,油门位置小,5级引气压力不足以打开单向活门,此时HSV打开,则发动机会处于9级引气状态。故巡航阶段也可能会用到9级引气,打开HSV
    5)下降
在飞机下降过程中,当油门处于空中慢车状态时,第九级引气压力将低于32psiHSVPRSOV完全打开,此时温度一般较低,PCCV处于关闭状态。
FIM手册中,可以找到在不同飞行高度下发动机引气管道压力与N1大小之间的关系,利用该图表结合飞机的飞行阶段可以缩小故障排除范围。图表中曲线表示在相应的飞行高度下,不同的N1数值所对应的管道压力。在高级引气模式中,HSV9级引气压力控制在32+/-6psi;在5级引气模式中,PRSOV5级引气控制在42+/-8psi;在9级引气未稳定区域压力可能会显著低于26psi,但不应低于10psi;在收油门时,5级、9级过渡区域压力范围为25+/-5psi
见图,以海平面和5000英尺飞行高度为例,实线为海平面,虚线为5000英尺。比如,当巡航高度为5000英尺时,airfase告警,N1推力值为90%时发生24psi低管道压力。可在表中标出该点,可以看出该压力值低于正常值。此外从图中可看出系统此时处于PRSOV调节的5级引气模式中,在这个飞行高度和N1转速下,HSRHSV不参与控制,所以这两者与故障无关,无需查找这两者的故障。在该种情况下,则可能是PRSOV或者BAR的问题,因此可着力关注这两者的故障。但是如果冷却气体量不足,则450传感器可能打开,使PRSOV关小,也会导致管道低压。所以还需排查冷却系统问题,包括PCCV390450传感器问题。利用该图表结合译码数据是一种有效排查故障的方式。
捕获.JPG
2.2 管道引气压力异常
管道引气压力异常可分为四种情况:管道引气压力低、管道引气压力高、管道引气压力为零和左右管道引气压力不一致。
1)引气压力为零
由于BARPRSOV等部件出现完全不运转或完全打不开的可能性很低,所以出现引气压力为零的故障通常是线路问题或是管道压力传感器故障。
2)左右管道压力不一致
一般情况下如果机组报告左右管道引气压力不一致,如果有一发引气压力低于正常值,则通常归为引气压力低故障。所以,通常这种情况涉及的是一发引气压力正常,另一发引气压力高于正常值。这种情况与引气压力高可以归为一类。
可从以下几个方面判断故障来源:
1)检查管道压力传感器、指示表和线路有无问题;
2)如果引气压力高发生在慢车、滑行或下降阶段,则高压级系统部件故障的可能性较高,包括HSRHSV;(控制管漏气、活门卡阻、弹簧力下降等导致引气压力高)
3)如果引气压力高发生在起飞、爬升或巡航阶段,则低压级系统部件故障的可能性较高,包括BARPRSOV;(控制管漏气、活门卡阻、弹簧力下降等导致引气压力高)
4)如果以上均未发现故障,则考虑冷却系统是否有问题,包括:PCCV、预冷器、温度传感器等。

案例分析:航后01:30接工作者报告,机组反映,起飞爬升及巡航阶段,左管道压力比右管道压力高。
管道压力高发生在发动机高功率阶段,所以初步判断故障可能是BAR或者PRSOV。但是当日在做气源健康测试时,BAR与PRSOV功能测试均正常,仅HSV测试不通过,与初步判断不符。根据当日的测试结果,管道压力高是由于起飞爬升及巡航阶段HSV漏气导致的。
次日,通过观察数据发现,左发在大功率阶段引气压力仍较高。再次做气源健康测试时,隔离出PRSOV故障,此时与初步判断相符。但是前一天测试时PRSOV功能正常,仅仅运行一天后PRSOV就出现故障,工作者在做气源健康测试时是否操作不当表示存疑。在更换PRSOV后,后续的压力数据均在正常范围内,故障得到排除。说明初步判断的故障与实际情况还是相符的,引气压力高是由于PRSOV本身卡阻或者复位弹簧弹力下降导致的。
(3)引气压力低
引气压力低大体可以分为三种情况:1)高功率超温低压;2)高功率未超温低压;3)低功率低压。
1)低功率阶段引气温度较低,一般不存在超温问题;
2)高功率阶段出现超温低压,可综合考虑BARPRSOV及冷却系统部件问题;
3)若是高功率阶段未超温出现低压则应将温度传感器的故障加以考虑;
4)低功率阶段出现引气压力低可优先考虑HSRHSV故障。
案例分析一:高功率阶段未超温引气压力低
故障描述:airfase告警右发引气压力在大功率时偏低,温度未超温。
故障处理:当日航后完成引气健康测试通过,查看译码数据后判断为450温度传感器提前放气,更换450温度传感器,后续航班引气压力正常,译码无异常。
故障分析:故障发生在爬升大功率阶段,初步判断故障可能发生于BAR、PRSOV部件。引气健康测试包含3大部分:1) BARPRSOV和450健康测试;2)HSR、HSV功能测试;3)PCCV健康测试。引气健康测试通过说明部件功能正常,管道无漏气,温度传感器无漏气。虽然引气健康测试通过,但是这不足以判断各个温度传感器是否功能正常。
为了排查引气压力低的故障来源,联系故障发生时温度未超温的情况,需要判断温度传感器是否功能正常。通过查看译码温度数据,当温度升到430时压力开始下降,温度到427时压力恢复正常。判断为450温度传感器提前放气。
故障结论:450温度传感器提前在430时球形活门打开放气,使控制压力降低,PRSOV关小,引气压力降低,等气体冷却至427时,450球形活门关闭,控制压力恢复正常,PRSOV恢复到正常开度,引气压力恢复正常。在此期间引气无超温。
222222.JPG
案例分析二:高功率阶段超温引气压力低
故障描述:airfase告警在爬升到巡航高度时左发短时超温低压。
故障处理:当日航后完成引气健康测试,PCV测试控制压力过高,HSR反流测试不通过,更换左发PCVHSR。后续译码左发引气正常。
故障分析:引气超温说明冷却系统出现故障的可能性较大,又故障发生在高功率阶段,结合引气压力-N1图分析,其次可考虑BARPRSOV故障。在完成引气健康测试时,发现冷却系统确实存在故障,其中PCV控制压力过高,但BAR、PRSOV功能正常。同时还发现HSR反流测试不通过。HSR反流漏气的高温高压气流从管2经过管1流向PRSOV下游,由于该管路流量较小,不足以触发450,使PRSOV关小,导致引气低压。
所以,PCV控制压力过高是导致超温低压的主要原因。由于控制端压力过高,导致温度达到440时,预冷器控制活门还未完全打开,这时由于发动机处于高功率运转阶段,引气温度较高,冷却气体量不足,从而触发450,导致PRSOV关小,引气压力变低。短暂时间后,控制压力内的气体从390放空,预冷器完全打开,此时冷却气体供应量充足,从而引气温度恢复正常,450关闭,PRSOV开度恢复正常,引气压力恢复正常。
111111.JPG
3333333.JPG
故障结论:PCV故障导致高功率阶段超温低压。
案例分析三:低功率阶段引气压力低
故障描述:左发引气压力在地面慢车阶段及下降阶段多次出现引气压力低,左发引气压力为18.63psi,右发为29.41psi
故障处理:航后完成左发引气健康测试,HSV测试不通过,更换后测试正常。
故障分析:地面慢车及下降阶段属于发动机低功率阶段,根据引气压力-N1图分析,见图,以海平面高度示例,其他海拔高度类似,压力范围不变。该阶段引气压力正常值应处于32+/-6psi,压力下限为26psi。左发引气在该阶段压力明显低于正常值。此外,在下降阶段收油门时,5、9级转换压力范围为25+/-5psi,左发引气压力也低于该下限值。从图中可知,这两个阶段压力主要由HSR和HSV控制,引气压力低可优先考虑这两者故障。同时低功率阶段引气温度较低,所以基本可排除冷却系统故障。通过引气健康测试证实由HSV导致引气压力低。
99999.JPG
故障结论:HSV故障导致低功率压力调节异常使引气压力低。

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 楼主| 发表于 2017-4-20 12:04:05 | 显示全部楼层
315530519 发表于 2017-4-19 20:02
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发表于 2017-4-25 01:49:05 | 显示全部楼层
楼主确实对发动机引气系统理论有很深的研究,值得大家学习!尤其是案例分析并运用监控系统了解实际系统运行参数作为参考依据来综合判断故障原因值得推广!有几个小小建议还请楼主查证!第一,在案例二中说到反流漏气不足以触发450,使PRSOV关小而导致引气低压说法可能不成立,就由如你所说的5-9是自动转换一样,当你仔细研究HSR内部示图你会发生有一个气压关断阀,这个的作用是当9级引气压力大于110PSI时HSR自动关闭HSV的PC压力,也就是自动转换的条件,HSR在实际工作中有两个作用,一是关断HSV,二是根据反流压力减小HSV的开度。HSV是根据下游压力和HSR的PC压力来自动调节活门的开度。第二,PCCV基本上不会完全关闭,PCCV是一个自动调压的活门,弹簧加载活门在全开位,当发动机运转时该活门会向关闭的方向移动,大约开保持在约30度开度,其目的是提供一定量的冷却空气到预冷器。另外,PRSOV的开度除了温度控制处,还取决于用户(供气需求)量,因此在排除引气故障时,感压管路的渗漏检查很重要,尤其是软管的渗漏检查。以上只是个人的理解,还请指教!如有不当请略过,感谢经验分享!
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 楼主| 发表于 2017-4-25 12:52:27 | 显示全部楼层
dengkui 发表于 2017-4-25 01:49
楼主确实对发动机引气系统理论有很深的研究,值得大家学习!尤其是案例分析并运用监控系统了解实际系统运行 ...

1.首先,我先说说我对反流的理解:可对照HSR的内部示图,反流装置连接有3个进气口和一个释放口,分别感应9级引气压力,HSV PC压力和下游管路压力。当下游管路压力大于9级引气压力时,打开反流装置,PC压力从反流装置释放口释放,从而导致HSV A腔压力释放,下游管路压力加上弹簧力关闭HSV。
2.HSV自动关闭的条件有2个,满足其中一个即可:(1)即上条所说的下游管路压力超过9级引气压力,此下游管路的压力按我的理解应该算是反流的压力;(2)5级引气的压力大于HSR中基准压力调节器调节后的压力即PC压力。当5级引气压力逐渐增大时,理论值大于34psi时,此时B腔压力加上弹簧力足够抵消A腔压力,从而使HSV往关闭位移动。您所说的根据反流压力减小HSV的开度实际上是根据5级的压力(而不是反流的压力)来调节的。
3.气压关断阀(pneumatic shutoff)的说明:气源关断阀真正起作用的实际上是在引气转换为5级引气之后,当9级引气超过110psi时,气压关断阀作动,堵住9级引气。直接关闭的是9级引气,而不是PC压力,此时PC压力消失是由于9级引气被关断了。气压关断阀的目的是在发动机高功率运转时保护HSR内部基准压力调节器免受高温高压气体的损坏,增加使用寿命。
4.PCCV的开度确实没有仔细观察过,但是在做气源测试工卡时,对于PCCV的测试正常的开度范围为完全关闭位到30度范围内,30度为上限,若测试时,如果没有关闭到30度范围内,则PCCV有问题。这是工卡上的要求,具体可以查看737NG的气源测试要求。
以上只是个人理解,还望不吝赐教,感谢回复,还望多讨论交流。
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发表于 2017-4-25 17:00:33 | 显示全部楼层
其实对于系统原理没个人的理解和描述都不同,不管怎么去理解或以何种方式理解,只要搞明白设计者真实的设计目的,就搞明白了基本原理,对于一线排故来说,正确理解系统原理非常重要,同行探讨本身就是一种相互学习提高的好方法,但我个人还是觉得你对反流关断机构的理解有点误区,首先你上图标注的管2气流不可能进入管1,反流机构的上部腔和下部腔之间是有隔膜的,如果因漏气导致两腔互通,这本是就是一个故障,其反流判断设计的目的就在于当下游感压压力增大时(发动机引气活门开,但用户不使用气源),HSR通过内部的反流机构去放掉HSV的PC压力,从而减少HSV开度,如果反流检查漏气,说明HSR内部故障。所以正常情况下管2气流不可能通过反流机构进入管1内。
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 楼主| 发表于 2017-4-25 19:20:25 | 显示全部楼层
dengkui 发表于 2017-4-25 17:00
其实对于系统原理没个人的理解和描述都不同,不管怎么去理解或以何种方式理解,只要搞明白设计者真实的设计 ...

对,正常情况下,管2气流无法进入管1,反流测试的目的就是检查隔膜是否完好,测试不通过说明隔膜漏气,所以案例二中更换了HSR。
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 楼主| 发表于 2017-4-25 19:27:28 | 显示全部楼层
dengkui 发表于 2017-4-25 17:00
其实对于系统原理没个人的理解和描述都不同,不管怎么去理解或以何种方式理解,只要搞明白设计者真实的设计 ...

反流机构释放PC压力能够关小和关闭HSV只是其中一种方式,更主要的还是随着发动机功率的增大,5级引气压力增大,从而关小并关闭HSV,使发动机转为5级引气。
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polo123 发表于 2017-4-26 08:54
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ylk1 发表于 2017-4-30 09:11
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这比737 300那套东西好多了,300毛病太多
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反流失效后导致的低压原因是9级的高温高压引气流到下游PRSOV信号管,让信号管感受到压力增大了所以减小开度还是让信号管感受到高温了要减小开度?
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sgshiji12 发表于 2017-5-7 14:41
反流失效后导致的低压原因是9级的高温高压引气流到下游PRSOV信号管,让信号管感受到压力增大了所以减小开度 ...

个人感觉高压的可能性要大点。
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 楼主| 发表于 2017-5-11 09:36:00 | 显示全部楼层
458802393 发表于 2017-5-6 21:05
这比737 300那套东西好多了,300毛病太多

300的一点都没接触过
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Gillkan 发表于 2017-5-7 17:04
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受教了。可以好好的,认真的学习了。结合SDS一起看
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发表于 2017-8-23 18:57:43 | 显示全部楼层
问一下。案例三,超温低压,低压想必是过来的热气流少了吧,那么要是热的话390,450应该在相应的温度下作动吧,由于楼主说的高压级活门故障,所以到下游的PRSOV的气流也少了,450控制的热路可以不考虑,因为本身过来的热气就少,打开大了也没啥意义。但是390控制的预冷器活门是好的呀,它不得开大过来更多的冷气流吗?难道此时的冷气流冷却较少的热气还不够降温吗?若是全开都降不了温,那么当热路气流正常时,热气更多那又是怎么冷却的呢?
没太想通,希望楼主能给予点指点。感谢
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 楼主| 发表于 2017-9-10 10:32:32 | 显示全部楼层
蓝天机务 发表于 2017-8-23 18:57
问一下。案例三,超温低压,低压想必是过来的热气流少了吧,那么要是热的话390,450应该在相应的温度下作动 ...

案例三不是超温低压啊,并没有说温度超温,这个案例是因为HSV故障,导致引气量不足,引气低压。
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 楼主| 发表于 2017-9-10 10:34:37 | 显示全部楼层
蓝天机务 发表于 2017-8-23 18:57
问一下。案例三,超温低压,低压想必是过来的热气流少了吧,那么要是热的话390,450应该在相应的温度下作动 ...

就是HSV故障,导致引气量减少,所以低压,跟温度没什么关系了
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发表于 2017-9-11 12:24:09 | 显示全部楼层
学习一下
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发表于 2017-9-11 20:50:55 | 显示全部楼层
学习了,感谢楼主的分享,前面原理部分很容易看懂,一到真实的故障分析阶段及懵逼了:dizzy::dizzy:
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