一起737—300飛機APU故障分析

何金鳳

一、 故障現象

某日航前，APU啟動成功后，檢查APU電源頻率390HZ，引氣壓力25PSI左右，APU排氣溫度正常，當接通空調后，電源頻率在390HZ與380HZ（指示器的最低值）、引氣壓力在十幾PSI與0 PSI之間擺動，因航前時間不夠，按照MEL49-1放行飛機，航后，進一步檢查，故障現象穩定，與航前所反映的一致。

二、 系統原理（如圖）

737飛機的APU系統由APU本體發動機以及為維持發動機正常運轉的起動點火、燃油、空氣、滑油、ETC、ECU等輔助設備組成。由于APU的啟動正常，信號牌無故障指示，基本上可以排除啟動點火、滑油系統，從現象來看，問題出現在APU的運轉過程中用來保持運轉的因素，進氣、供油、負載供給等方面。

1、 供油方面：在APU啟動過程中，三位電磁活門打開，使比例控制活門與加速限制活門連通，加速限制活門參照壓氣機出口壓力與燃油壓力，通過作用在加速限制活門膜片來控制該活門的開度大小，以決定回油的多少，從而保持與控制壓力對應所需的燃油流量，使啟動排氣溫度限制在安全值內；當APU轉速達到95%以上，三通電磁活門關閉，APU的轉速由燃油控制器的離心飛重控制，它根據功率指令來調節進入燃燒室的燃油流量與功率匹配，如果轉速由于負載大而降低，飛重使得控制回油減少，相應增大了進入燃燒室的燃油流量，以提高轉速到設定值；反之，如果由于卸載而轉速上升，飛重就使控制器回油增多，減少供向燃燒室的燃油，降低轉速到設定值。

2、 進氣系統比較簡單，由進氣道，進氣門及作動器和門位置電門等組成，在APU工作期間把外界空氣導引進入APU壓氣機、燃燒室，與燃油混合燃燒產生能量，維持APU的運行，也有部分氣體用于冷卻。

3、 下面重點從APU的負載供給方面進行一下分析：APU有兩大功能：供電和供氣。無論是供電還是供氣，都是對APU的負載需求，對于我們公司737機隊所選裝的GTCP85-129H型APU而言，因為對發動機的轉速、燃油流量、振動值等參數均沒有監控顯示，所以我們看其帶負載能力如何就只能看它的排氣溫度、引氣壓力和APU電源電壓、頻率。

EGT的是由發動機的渦輪出口的兩個熱電偶分別向ETC傳送電壓信號，ETC將這兩個信號進行比較并輸出其中的較大值到內部電路進行計算，經過平衡電阻配平后再將處理結果輸出，并以此驅動駕駛艙P5板上的APU排氣溫度表，將正確的結果顯示在表上。由于EGT的指示是正常的，而且在加負載的過程中沒有明顯的突變，說明EGT方面不存在問題，在這里就不做詳細分析了。

當轉速大于95%后，將APU引氣電門置ON位，打開APU引氣活門就可以向飛機提供45±5PSI的引氣，由裝在空調艙的引氣壓力傳感器向駕駛艙的引氣壓力表提供指示。

引氣系統向空調系統，發動機啟動系統以及其他引氣系統供氣，同時引氣系統還可以減少飛機在空中或沒有引氣負載時的壓氣機喘振，引氣系統主要由引氣活門、比例控制活門、壓差調節器、防喘振活門、三位電磁活門等部件組成，

A、 引氣活門：當APU轉速大于95%，電源系統就向引氣活門供電，把APU引氣電門打ON位，引氣活門電磁線圈通電活門開，從APU壓氣機來的引氣供給飛機用氣系統。壓差調節器感受APU壓氣機出口的壓力，由計量活門限制其到引氣活門的控制氣壓穩定在19PSI，此時比例控制活門提供過載保護，在APU工作過程中，因某些需要，APU的電負載和引氣負載被全部接通，APU極有可能出現過載的情況即EGT超出正常工作限制，此時，ETC系統將控制比例控制活門作動使APU回到正常的工作狀態，

B、 比例控制活門：由ETC控制，正常是由彈簧加載在開位，當ETC有電時，信號輸入給力矩馬達使活門關閉；當EGT超溫（650℃）時，ETC的輸出信號減弱，活門打開，氣流將由兩邊的小孔進入APU的排氣管。

C、 三位電磁活門：在APU啟動過程中，三位電磁活門打開，使比例控制活門與加速限制活門連通，當APU轉速大于95%，三位電磁活門關閉，使比例控制活門與APU引氣活門連通，用以調節引氣活門開度，保持EGT在正常范圍內。

D、 防喘振活門：它防止飛行中APU壓氣機喘振，它在地面總是關閉的，在空中，當引氣活門打開時它關閉，引氣活門關閉時它打開。

APU驅動的交流發電機可以在地面為飛機各系統提供交流電源，也可以在空中作為主發電機的備份。當APU轉速大于95%后，接通APU GB，發電機就向機上系統提供115V三相400HZ交流電源，同時向電壓、頻率表輸出指示；

三、 故障分析

從故障現象來看，初步判斷為APU帶負載能力差，從AMM手冊里面的故障隔離程序來看，沒有符合要求的程序，將故障現象分解來看其隔離程序，也較為牽強，對排除故障幾乎沒有任何幫助，只有依靠我們自己對系統原理的分析和整理了。由于APU的啟動過程是正常的，我們主要需從維持APU正常運轉的條件入手來分析，APU的正常工作主要靠油氣混合物燃燒產生的能量來維持，供油、供氣或是引氣方面出現問題的可能性就比較大了，從下圖來看，有以下幾種可能：

A、 FCU的性能差，使得所調節的供給燃燒室的燃油流量減少，從而導致燃燒產生的動能不足，進而導致APU的帶負載能力下降，APU發電機的頻率以及引氣壓力小于正常值就不足為怪了，在以前的排故過程中，因為FCU性能差導致APU負載能力差，甚至使得APU自動關車或無法啟動的現象是比較常見的，根據故障現象和以前的經驗我們初步判斷為FCU的故障，并要件FCU。

B、 燃油噴嘴堵塞或霧化不好，導致參與燃燒的燃油流量減小或燃燒不充分，也會使燃燒產生的動能不足，負載能力下降，引起該故障現象的出現，有時也會導致APU自動關車或無法啟動。

C、 APU的進氣系統工作不良導致進氣量不足，油氣燃燒產生動能不足，引起故障的出現。

D、 引氣供給管路或引氣活門控制管路漏氣使得APU負載能力變差。

從以上幾種情形來看，我們首先檢查了APU進氣系統，進氣門位置穩定，開度良好，在運行過程中保持穩定，沒有異動；供氣管路沒有漏氣，根據經驗，FCU的可能性最大，航后，我們先更換了FCU，但是在換完后啟動APU，故障現象依舊，與其它飛機互串了燃油噴嘴，故障依然。此時我們迷惑了，正在我們一籌莫展的時候…，突然想到如果堵上比例控制活門的排氣口看看結果如何，正常了，電源頻率、引氣壓力都恢復了，接通空調也正常，為隔離故障，我們與其它飛機互串了比例控制活門，故障現象并沒有轉移，再串ETC后，故障仍然存在，到底是什么原因導致這樣的現象的出現呢？排故工作遇到了想象不到的困難。進一步分析可知，在APU正常工作期間，比例控制活門應該有一定量的放氣，堵上該活門的排氣口故障現象消失正好說明了這點，當EGT過高時，只不過它的放氣量回增加而已。在這種狀態下，如果三位電磁活門不好，在APU正常運轉期間，轉速大于95%之后它不關閉或關不嚴，這樣會導致來自壓氣機出口的FCU的加速限制活門控制氣流會流失一部分，控制壓力降低，因為加速限制活門是參照壓氣機出口壓力與燃油壓力，通過作用在加速限制活門膜片來控制該活門的開度大小，以決定回油的多少，從而保持與控制壓力對應所需的燃油流量，兩者之間成比例的，當控制壓力降低時，使得加速限制活門的回油增多，FCU的供油量減少，這樣APU的帶負載能力就下降了，供電頻率以及引氣壓力都下降了。當接通空調后，負載更大了，壓氣機出口壓力更低了，加速限制活門的回油增多，供油更少，發電機頻率和引氣壓力進一步降低，當低到一定程度時，頻率就低于380HZ，引氣活門的控制氣壓太低而導致引氣活門關閉。引氣活門關閉后負載降低，壓氣機出口壓力增加，加速限制活門的回油減少，FCU的供油增加，發電機頻率、引氣壓力回升，此時，如果APU引氣電門和空調電門都在接通位，那么將重復上述現象，導致發電機頻率、引氣壓力的擺動。與其它飛機串件后，故障現象消失，因航材無件辦理APU保留，次日，航材到件，更換三位電磁活門后正常，運行至今，故障再沒出現。

四、 思考

通過這次排故，我覺得應該注意以下問題：

首先我們不能只依據手冊，有的故障現象在手冊的故障隔離程序里是沒有的，即使有，有的不一定對，不一定合適，要根據實際情況，準確了解、掌握故障現象，酌情考慮。

在排故過程中不能盲目相信經驗，有經驗是好事，可以借簽別人或自己總結出來的一些規律、方法等，有時會起到事半功倍的作用，但是我們還是應該根據實際情況，區別對待，在這次排故過程中，經驗可以說讓我們走了更多的彎路。

總之，在排故過程中，對故障現象一定要研究清楚，不放過細節，有時細節才是關鍵，在故障分析時，力求做到全面，理由充分。