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关于131-9B APU滑油超温关断的故障分析 及维护经验分享
一、简述:
APU滑油超温保护性关断是737NG机队中比较常见的问题，该故障通常发生在飞机推出过程中或起动主发动机之前，因此很容易造成机械原因的不正常事件。为了找到故障发生的原因，在维护中能提早发现并加以预防，有效降低此类故障导致的不正常事件，通过对某737NG机队的历史维护记录和故障信息进行统计分析，发现造成APU滑油超温关断的原因除了启动发电机（SG）、温度控制活门（TCV）、温度传感器故障外，最主要、最突出的原因之一是滑油冷却器严重污染导致散热效率下降所至，下面举例2起典型的故障实例加以叙述。 实例1：2020年6月28日，某航一架737-800飞机在航前推出过程中APU自动关车并且故障灯点亮，自检故障信息为“49-91005 HIGH OIL TEMP SHUTDOWN”，办理APU失效保留后放行，造成航班延误。飞机回港排故并启动APU运转5分钟后检查OIL TEMP参数约140℃，检查滑油冷却器有严重污染（见下示图），更换滑油冷却器后滑油温度指示为81℃。 实例2：2023年5月18日，某航一架737-700飞机在外站航前推出过程中APU自动关车，重启APU后正常，处理故障导致航班延误。自检APU有历史故障信息“49-91005 HIGH OIL TEMP SHUTDOWN和49-91007 OIL PRESSURE SHUTDOWN LOW OIL PRESSURE”，排故检查滑油冷却器污染严重（见下示图），检查APU滑油磁堵和滑油滤正常，使用氮气清除污染物后检查滑油温度正常。2023-6-19监控发现有故障信息“49-41298 START CONVERTER SHOWS GENERATOR PMG FAILUR”，排故更换启动发电机；2023-6-20航前APU无法启动，更换燃油关断活门作动器；2023-6-22反映APU接通供电电门后上电较慢；2023-6-23排故更换SCU后仍然出现右侧汇流条自动断开现象，自检有代码49-41298，再次启动后正常，无历史代码。2023-06-24飞机在外站再次出现APU自动关车,排故更换启动发电机后运转APU约5分钟出现自动关车，自检有故障代码49-91005（滑油超温关断），检查冷却器较脏并更换，启动APU运转约5分钟再次出现自动关车，自检有代码49-91007（低滑油压力关断），在自动关断期间还观察到APU齿轮箱及启动发电机附近有冒烟现象，检查APU磁性塞清洁无金属颗粒，检查启动发电机油滤内有大量黄色非金属碎屑（见下示图），拆下润滑组件发现有大量黄色非金属碎屑，最终更换APU。
二、故障原因分析：
1、APU滑油系统的冷却由温度控制活门(TCV)控制滑油是否流向冷却器进行散热。当滑油温度小于60℃或滑油压力大于50PSI时，TCV完全打开旁通去冷却器的油路，使滑油不经过冷却器散热；当滑油温度大于78℃时，TCV完全关闭使滑油通过冷却器进行散热；当滑油温度在60-78℃之间时，TCV不完全打开。当滑油温度传感器探测到滑油温度≥149℃且持续10秒时，ECU指令保护性关断APU，同时FAULT灯点亮。 2、APU滑油冷却器是一个空气/滑油热交换器，它通过APU的排气产生引射气流进入APU舱，引射气流再流过滑油冷却器带走滑油中的热量从排气管排出，从而进行热量交换来降低滑油温度。 3、APU滑油温度升高的原因有多种情况，比如启动发电机内部磨损、APU主轴承磨损、温度控制活门常开、温度传感器和ECU故障、滑油中有大量金属屑或颗粒以及滑油量少或过多或渗漏等等，这些问题都可能会造成滑油温度高于设定范围值导致保护性关断。根据历年维护记录进行分析发现，最常见的主要原因是滑油冷却器严重污染或堵塞造成滑油温度升高，其次是因滑油系统严重污染导致启动发电机和APU轴承得不到充分的润滑造成滑油温度升高，甚至可能会导致轴承损坏而更换APU。 4、如果启动发电机、APU轴承或齿轮箱附件有机械性磨损，通常滑油系统中会出现银丝或磁性金属材料；如果滑油系统中没有银丝或磁性金属材料，那么是什么原因导致润滑温度升高呢？根据系统原理我们可以推断其原因可能有滑油量少造成润滑组件供油不足或润滑组件失效，或者润滑组件的进口滤网堵塞造成润滑组件供油不足，也或者是滑油量过多导致循环不畅出现短暂过热现象；如果是润滑组件失效，一定程度上会导致燃油控制组件（FCU）失效或其它故障现象出现；因此我们在排故时必须根据当前检查发现的、真实存在的故障信息和故障现象来进行综合判断才能准确排除故障。 5、根据上述实例2中的故障现象和维护历史分析，初步判断故障的根源在冷却器严重污泥和堵塞造成启动发电机（SG）过热，导致内部绕组线圈绝缘层脱落，SG内部脱落的非金属材质通过油滤和傍通活门进入APU齿轮箱，非金属材质在润滑组件抽油的过程中堵塞进口滤网造成润滑组件齿轮泵供油不足，从而导致出现低滑油压力和滑油超温关断；由于滑油温度过高，所以在APU自动关断前观察到齿轮箱和启动发电机附近冒烟的现象。 6、为了证实上述推断的正确性，特调阅了该台APU在自动关断时的参数，发现APU自动关断时的滑油温度值为149度，随后温度还有上升趋势（见下示图），这也说明滑油温度传感器和ECU工作正常；同时也调查了换下的启动发电机，发现内部确实存在大块类似电机绕阻绝缘层的黄色非金属材料（见下示图）。
7、对于APU滑油冷却器的污染问题，通过普查45架飞机APU滑油温度参数值，发现有4架飞机APU滑油温度偏高，绝大多数滑油温度在80-90℃之间，抽样分析了滑油温度值为106度的飞机，发现APU滑油冷却器污染较严重（见下示图），检查齿轮箱磁性塞和启动机油滤均清洁无金属颗粒，更换滑油冷却器后温度值为83度；查阅该飞机历史维护记录，在一个月前刚执行过定期检查和清洁工作。 8、通常情况下，维修单位会参照AMM49-91-41-200-801对APU滑油冷却器进行定期检查，但在实际维护过程中发现维修人员在理解AMM中的执行内容时（如下示图），往往对冷却器的内/外表面污染和污染程度的判定上存在偏差，甚至可能一些维修单位根本没有配备相应的蒸气清洁设备或替换的备件，造成在定期检查时未对冷却器进行有效的清洁或更换。当环境空气中存在灰尘颗粒并且经过一定时间聚积在冷却器散热片和通道表面（冷却器内表面），必然存在冷却器散热片污染，而这个污染面积基本上都会超过AMM中所要求的散热片总面积的25%以上；所以在执行定期检查时，通常最简便、最直接的方式是更换冷却器，或者使用蒸气设备进行清洁，但是一些维修单位并不一定配备了蒸气清洁设备，甚至可能因航材库存周转原因而没有冷却器备件可用；在这种情况，为了有效恢复冷却器的功能，经实践验证，可以对冷却器进行离位并使用氮气反向吹除散热通道中的污染物和堵塞的杂质。
三、经验分享: 1、在日常维护中，如果APU出现过滑油超温关断并且自检有当前或历史故障代码49-91005或49-91007信息，应首先对冷却器污染、启动发电机油滤和磁性塞进行检查。 2、如果启动发电机油滤和磁性塞上没有发现银丝、磁性金属材料或非金属材料，应清洁或更换滑油冷却器后启动APU运转5分钟，检查APU在无负载状态下的OIL TEMP参数值，如果温度值大于100度，可能清洁冷却器的效果不明显；如果已经更换了新的冷却器太温度仍然高，那么应考虑更换TCV。 3、如果检查启动发电机油滤发现有黄色的非金属材料（无银丝和磁性金属材料），一定要先参考手册冲洗滑油系统，拆下润滑组件并将进口滤网取出进行清洁（见下示图），避免滑油系统中的非金属材料堵塞进口滤网导致供油不畅产生低滑油压力和高滑油温度自动关断的故障；在启动APU之前一定要确认当前的启动发电机和油滤是否被污染或损伤，必要是进行更换。 4、维护人员在检查滑油冷却器表面或散热片时如果发现有灰尘污染或堵塞，那么污染程度一定已超过了手册中要求的25%（油液污染除外），所以应该参照AMM进行更换或离位清洁；如果进行离位清洁，蒸气或氮气设备的出口压力不要超过90psi，并且设备喷头不要接触散热片表面，否则会导致散热片变形或损伤。 5、如果排故中发现冷却器较脏或被污染，在缺少蒸气设备或冷却器的情况下，为了及时恢复冷却器功能，应由技术工程师评估进行技术等效替代来，参考AMM49-91-41-200-801中的蒸气清洁步骤，使用氮气反向吹除灰尘和污染物。 6、建议维修单位结合换季工作或漂絮季节对APU滑油冷却器进行清洁或更换，并将滑油温度值纳入监控，当滑油温度值≥110±5度时，应对APU磁性塞、滑油滤、启动发电机油滤和冷却器污染情况进行检查，及时排除故障隐患，提前预防因滑油温度高导致APU保护性关断造成航班延误的不正常事件。如果维修单位有条件，建议升级CMU客户化程序，将APU滑油温度阀值设为≥110±5度时自动触发报文打印或发送信息给工程师，以便及时掌握APU的技术状态并实施预防性维修。 有关APU无引气或引气压力低导致发动机无法启动的故障正在分析和验证中，维修人员通过调阅APU性能参数就可综合判断和提前发现APU引气系统存在的潜在故障，以便减少在飞机推出后才发现APU无引气/压力低导致无法启动发动机的不正常运行事件，后期将分享给大家供参考。上述分析及维护经验如有不当之处，请严格参考手册和本公司规定。
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发表于 2023-7-12 15:34:02
