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[36气源] 737NG飞机引气系统原理和常见故障案例分析

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发表于 2021-4-2 18:58:56 | 显示全部楼层 |阅读模式

本篇原发于2020年7月2日,更新一些内容。


导读:前面系统原理和故障分析内容太多,建议直接跳到03 几种常见故障案例分析。



01 引气系统原理


发动机引气系统包括高压级系统、引气调节系统和预冷器控制系。发动机引气来自发动机第9级和第5级引气。9级引气经过高压级系统输出32PSI(误差±6psi),5级引气经过引气调节系统输出42psi(误差±8psi)。5级单项活门防止9级引气倒流到5级引气口。预冷器控制系统将引气温度调节到390F-440F。450F恒温器通过减小引气量防止引气超温(490F)跳开。



高压级调节器(HSR)将9级引气调节到恒定的控制压力(15~18psi),通向高压级活门(HSV)的A腔,活门在控制压力和弹簧力作用下作动,活门B腔的下游反馈压力保持活门输出压力在恒定值32±6psi。高压级调节器还有一个防超压的引气关断活门和防下游引气反流的单向活门,高压调节器和高压级活门内有释压活门,防止调节失效后引气过高损伤部件。



引气调节系统调节5级引气压力和引气温度,引气调节器(BAR)将5级引气调节到恒定的控制压力(20~28psi)。当电磁活门通电打开时,控制压力通向压力调节与关断活门(PRSOV)A腔,克服弹簧力打开活门。B腔的下游反馈压力保持PRSOV的开度使其输出恒定的引气压力42±8psi。BAR输出的控制气压有一路通向450F恒温器。如果预冷器控制系统失效,下游温度超过450F,恒温器释放控制气压,A腔压力减小,PRSOV开度变小,流过预冷器的气量少,引气温度下降,防止引气超温跳开。BAR内释压活门防止控制压力过高损伤PRSOV。如果引气压力过高,超压电门作动,断开电磁阀气路,释放A腔压力使PRSOV关闭。



预冷器控制系统是一个空气热交换系统,其冷路来自风扇。预冷器控制活门(PCCV)从PRSOV上游得到引气,经过基准调压器和伺服基准调压器后得到恒定控制气压,供给作动筒A、B腔和气嘴,活门在A、B腔气压和弹簧力的作用下作动。伺服调压器调节输出气压到6~12psi,供给B腔、预冷器控制温度传感器(390℉)和WTAI电磁活门。当温度到达390℉时传感器开始放气,PCCV开度增大,冷路气量增加,引气温度降低。WTAI电磁活门在地面使PCCV全开,防止大翼前缘使用引气防冰时过热。



除以上三个主要子系统外,引气系统还有一个控制和指示系统。包括跳开关、发动机灭火电门、引气面板和ACAU等部件。比如发动机出现火警、将引气电门关闭、发动机启动电门打开或引气超压过热(490F)跳开,都会使PRSOV关闭。



当发动机在低功率时,使用9级引气,引气压力为32±6PSI;高功率时使用5级引气,气压力为42±8PSI。实际上,发动机引气使用9级引气还是5级引气,不仅跟发动机功率(转速)有关,还与海拔高度有关。这是因为不同海拔高度,外界气压不同,发动机输出的引气压力也不一样。下图为不同高度下,引气和发动机转速的曲线图。为便于分析,通常认为低功率N1转速低于50%,高功率N1转速大于60%,5级和9级引气在N1转速50%-60%转换,引气曲线大概在海拔高度为1000英尺虚线上。



结合上图,从低转速到高转速分析引气压力:


当N1转速低于30%时,属于慢车功率,9级引气压力低于32PSI,高压级活门输出引气压力为9级未调节的压力,引气压力随转速变化。


当N1转速30%-50%时,9级引气压力高于32PSI,高压级系统调节引气压力在恒定值32PSI,由于5级引气压力低于9级引气压力,5级单向活门关闭,PRSOV输出的引气压力即为高压活门输出的压力32PSI。


当N1转速为50%-60%时,5级引气32-42PSI,5级单向活门打开。高压级活门下游压力超过32PSI,在B腔反馈压力大于32PSI的作用力下关闭。发动机引气为5级未调节的引气,压力32-42PSI。此时正是5级与9级的转换阶段。


当N1转速大于60%时,5级引气大于42PSI,高压级活门保持关闭,PRSOV调节5级引气到恒定压力42PSI。


以上是引气随油门增加的变化规律,如果油门收,引气变化规律也相似。值得注意的是,在5级转9级过程,引气压力会瞬时降低,最低可达20PSI,这并不是故障。



02 常见故障分析


发动机引气系统常见故障主要有发动机引气压力低和引气跳开两种,而引气跳开前通常呈现引气压力低或者引气温度高的现象。如果引气压力低于18PSI,将无法满足空调的正常工作,飞机的增压可能受影响。


从气路图看,引气压力低不外乎两种情况,即HSV关小或PRSOV关小,而使这两个活门关闭的可能部件就比较多了。


(1)HSV关小的原因有:HSV故障、HSR故障和控制气路渗漏。

HSV故障模式:活门开关不顺畅有卡阻现象,通气后活门无法正常打开。

HSR故障模式:输出控制压力低于下限15PSI,HSV得不到足够的控制气压无法正常打开。

而控制气管漏气将使A腔得不到足够的压力,HSV有关的趋势。

(2)PRSOV关小的原因涉及3个系统,引气调节系统、预冷器控制系统和高压级系统。


1)引气调节系统:PRSOV故障、BAR故障、控制气路漏气和450故障。

PRSOV故障模式:和HSV类似,活门开关不顺畅有卡阻,给A腔提供10PSI压力时活门没有完全打开。

BAR故障模式:类似HSR,输出控制压力低于下限20PSI(正常20-28PSI),活门得不到足够气压。

控制气管漏气:A腔得不到足够的压力,PRSOV有关的趋势。

450F恒温器故障模式:过早打开,类似管路漏气。

2)预冷器控制系统:故障模式有PCCV故障,控制气路堵塞和390F传感器故障。

PCCV故障模式:活门开关不顺畅有卡阻,A腔的压力释放到一定值后活门还是打开。

控制气路堵塞:B腔气压放不掉,活门无法正常打开。

390F故障模式:温度达到390F时没打开,类似下游控制气管堵塞。

以上故障均导致冷却空气量不足,最终导致PSROV减小气量。

3)高压级系统:高功率时HSV漏气,引气温度过高,导致PRSOV关小。


综上所述,高压级系统、引气调节系统或预冷器控制系统故障均会导致引气压力低,涉及部件多,排故难度大。


03 五种故障实例


目前整个公司B737NG机队都改装了ECS引气监控系统。若ECS参数超限,则飞机的ACMS会下发ACARS报文。报文有绝对高度、N1转速、防冰活门状态(使用引气防冰会使压力损失)、引气压力和引气温度等重要参数,通过分析这些参数,基本可以判断是哪个子系统的部件有问题,不需要对整个引气系统进行健康检查。



案例一,使用防冰导致引气压力瞬时低。


飞机在空中,收到左发引气压力低超差报。查看报文左发高功率状态使用5级引气,引气压力只有27PSI。但是报文显示当时使用了发动机整流罩和机翼防冰,判断属于正常现象,译码显示防冰活门关闭后引气压力恢复正常。



案例二、预冷器系统故障导致引气压力低故障。


飞机在空中,收到ECS右发引气温度高超差报。查看报文,右发引气比左发引气温度高,达到466F,并且右发引气压力偏低,只有28PSI(正常42±8PSI),左右发引气呈现剪刀差。结合当时的高度、N1转速和防冰状态,判断预冷器控制系统故障。航后对预冷器控制系统健康检查,发现预冷器控制活门故障。预冷器控制系统失效温度超过450F后,450F恒温器使PRSOV减小开度,减小引气量,导致引气压力低。如果没及时更换,随着预冷器控制活门性能恶化,将导致引气超温跳开。



案例三,引气调节系统故障导致引气压力低。


飞机起飞时,收到左发引气压力低(5级)超差报,报文显示高功率时,左发引气压力低,温度正常,初步判断引气调节系统故障。航后对整个系统做引气健康检查未发现问题,预防性更换了左发450华氏度恒温器(恒温器无法使用引气设备检查)。9月3日又收到类似的超差报,当晚要求航线再次检查引气调节系统,最后检查发现了引气调节器故障,换件后故障不再出现。



案例四,高压级系统故障导致的引气压力低。


飞机下降阶段,收到引气压力(9级)低超差报。查看报文,发动机在低功率,未使用防冰,引气温度正常,左发引气压力低,判断高压调节器故障。使用引气设备对高压级健康检查,发现高压级调节器反流隔膜下游压力感应管漏气,更换高压级调节器后正常。



案例五,不使用发动机引气起飞导致的引气压力低。


飞机起飞离地阶段,收到右发引气压力(5级)低超差报。查看报文,右发引气压力低,双发引气电门关位,咨询机组,属于不使用发动机引气的起飞



04 引气系统常用件号



绝了,引气故障还可以这么隔离。

不要只看表面的信息!
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