某型飛機(jī)溫度控制活門(mén)維修分析

■ 劉彬/北京安達(dá)維爾機(jī)械維修技術(shù)有限公司

長(zhǎng)期以來(lái)，波音737NG飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)中溫度控制活門(mén)（TCV）可靠性差、故障率高，廠(chǎng)家對(duì)維修手冊(cè)多次換版，對(duì)部件進(jìn)行改裝升級(jí)，但都沒(méi)有得到明顯改善。本文結(jié)合TCV在飛機(jī)上的工作原理進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析，將飛機(jī)系統(tǒng)故障信息與維修車(chē)間對(duì)故障情況的測(cè)試進(jìn)行關(guān)聯(lián)，幫助判斷故障類(lèi)型，制定相關(guān)修理措施。

1 TCV所處飛機(jī)系統(tǒng)位置及功能

1.1 TCV功能介紹

圖1為溫度控制活門(mén)（TCV）所處飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)位置，每架波音737NG飛機(jī)安裝了5個(gè)。其中，左右空調(diào)包各一個(gè)，主要作用為控制高溫引氣流量；其余三個(gè)分別安裝于前客艙、后客艙和駕駛艙壓力配平系統(tǒng)中，主要作用為配合上游壓力調(diào)節(jié)活門(mén)對(duì)客艙分區(qū)壓力進(jìn)行控制。

TCV與空調(diào)冷卻系統(tǒng)共同作用，來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)的高溫氣體經(jīng)過(guò)流量控制活門(mén)（FCV）調(diào)節(jié)流量后分為兩路，其中一路進(jìn)入TCV控制管路，作為高溫氣流，另一路進(jìn)入冷卻系統(tǒng)，由空氣循環(huán)機(jī)（ACM）等部件進(jìn)行降溫，形成低溫氣流。兩路溫度不同的氣流共同進(jìn)入空調(diào)主分配系統(tǒng)進(jìn)行混合，形成溫度適宜的空氣，輸送到客艙和駕駛艙。

從圖1中可以看出，TCV作為唯一控制氣體溫度的機(jī)械執(zhí)行部件，通過(guò)活門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)高溫引氣流量，同時(shí)改變冷卻系統(tǒng)壓力，ACM制冷效率隨之改變，達(dá)到空調(diào)系統(tǒng)溫度調(diào)節(jié)的目的。

1.2 TCV系統(tǒng)控制原理

圖1 TCV氣路連接示意圖

圖2 空調(diào)系統(tǒng)溫度控制示意圖

圖2為空調(diào)溫度系統(tǒng)控制圖，溫度傳感器感受空調(diào)溫度，將信號(hào)反饋至區(qū)域溫度控制器（ZTC），ZTC分析溫度信號(hào)，向空調(diào)組件（ACCU）發(fā)出相應(yīng)指令，由電門(mén)組件控制TCV作動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)TCV活門(mén)板，調(diào)節(jié)高溫引氣流量，達(dá)到控制溫度的目的；同時(shí)，TCV上電門(mén)指示活門(mén)處于全關(guān)、全開(kāi)或半開(kāi)位置，相應(yīng)的位置信號(hào)也傳輸?shù)絑TC。

ZTC對(duì)溫度的控制為自動(dòng)模式，通過(guò)溫度信號(hào)，不斷向TCV輸出作動(dòng)電流信號(hào)。ZTC輸出的是離散型信號(hào)，控制電流為脈沖式，該供電模式要求空調(diào)組件和TCV執(zhí)行元件迅速且可靠，以達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。

圖3為T(mén)CV原理圖，由活門(mén)本體及旋轉(zhuǎn)作動(dòng)筒組成，旋轉(zhuǎn)作動(dòng)筒包含電容、電機(jī)、電門(mén)及一系列齒輪組件；電源通過(guò)電容啟動(dòng)電機(jī)，電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，由齒輪減速，輸出軸帶動(dòng)活門(mén)本體上的活門(mén)板轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)輸出軸上安裝凸輪，在活門(mén)處于全開(kāi)位或者全關(guān)位時(shí)觸動(dòng)電門(mén)作動(dòng)臂，由電門(mén)輸出位置信號(hào)。

2 機(jī)上關(guān)于TCV的故障信息

飛機(jī)上的TCV故障分為兩種：飛行時(shí)該活門(mén)因故障報(bào)警或者地面檢測(cè)表現(xiàn)為T(mén)CV故障。飛行時(shí)的故障信息一般為“PACK燈亮”，表現(xiàn)為空調(diào)管路超溫，活門(mén)調(diào)節(jié)溫度不受控；地面檢測(cè)出的故障多是由區(qū)域溫度控制器自檢得到，判斷溫度控制活門(mén)出現(xiàn)故障。另外通過(guò)溫度監(jiān)測(cè)，也可得到左右空調(diào)溫差較大，證明TCV調(diào)節(jié)出現(xiàn)故障，一般都是由于TCV作動(dòng)異常或者內(nèi)漏超標(biāo)造成。針對(duì)TCV在飛機(jī)上表現(xiàn)的故障，需要對(duì)TCV拆換，進(jìn)行離位檢測(cè)或維修。

3 離位維修時(shí)TCV故障類(lèi)型

根據(jù)飛機(jī)上反映的有關(guān)TCV的故障情況，并結(jié)合實(shí)際維修過(guò)程中的分析，將TCV故障類(lèi)型分為四類(lèi)：活門(mén)內(nèi)漏超標(biāo)、機(jī)械性卡滯、電氣元件故障、電路連接故障。

3.1 活門(mén)內(nèi)漏超標(biāo)

1）活門(mén)板密封環(huán)磨損或斷裂

密封環(huán)磨損或者斷裂脫落，將造成活門(mén)內(nèi)漏超標(biāo)。活門(mén)板上密封環(huán)安裝于活門(mén)板槽處，當(dāng)活門(mén)處于關(guān)閉位置時(shí)，密封環(huán)與活門(mén)殼體形成密封，阻止上游高溫引氣進(jìn)入下游。但隨著活門(mén)板上密封環(huán)在使用過(guò)程中不斷磨損，外徑尺寸逐漸變小，已無(wú)法形成有效密封，導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)降溫不明顯。目視檢查時(shí)可以看到活門(mén)板密封處明顯透光。

引氣中含有碳顆粒等雜質(zhì)，當(dāng)這些雜質(zhì)慢慢填充在活門(mén)板槽與密封環(huán)的間隙中時(shí)，將導(dǎo)致活門(mén)板上密封環(huán)無(wú)法自由移動(dòng)。當(dāng)活門(mén)板轉(zhuǎn)動(dòng)到關(guān)閉位置時(shí)可能造成密封環(huán)斷裂。

2）活門(mén)殼體磨損

長(zhǎng)時(shí)間使用后，活門(mén)殼體與密封環(huán)接觸區(qū)域會(huì)出現(xiàn)磨損，造成殼體內(nèi)徑變大，導(dǎo)致密封不嚴(yán)。

3.2 部件機(jī)械性卡滯

1）軸承卡阻

部件上包含多個(gè)軸承，其中活門(mén)殼體上下兩端的軸承所處環(huán)境極差，容易受積炭和高溫氣流影響，出現(xiàn)銹蝕、轉(zhuǎn)動(dòng)卡阻等現(xiàn)象；旋轉(zhuǎn)作動(dòng)筒上軸承密封較好，但軸承上的潤(rùn)滑脂容易受高溫影響造成卡阻；電機(jī)上兩個(gè)高速旋轉(zhuǎn)軸承的滾道也容易損壞，在使用一段時(shí)間后均表現(xiàn)為滾動(dòng)卡滯。

2）齒輪磨損

由于齒輪配合間隙不當(dāng)、齒輪潤(rùn)滑失效等原因，傳動(dòng)齒輪齒間嚙合處會(huì)出現(xiàn)非正常磨損，最終導(dǎo)致傳動(dòng)失效或者卡滯，如圖4所示。

3.3 電氣元件故障

1）電門(mén)指示信號(hào)故障

電氣元件故障率最高的是電門(mén)指示故障，具體表現(xiàn)為電門(mén)在導(dǎo)通時(shí)電阻大范圍波動(dòng)，也可能出現(xiàn)斷路。對(duì)電門(mén)進(jìn)行分解檢查，故障點(diǎn)多為彈性觸片的觸點(diǎn)氧化，導(dǎo)通性不良。圖5所示為部件在高溫環(huán)境下作動(dòng)時(shí)不能自由彈起，造成指示信號(hào)相反。

圖3 TCV工作原理圖

圖4 齒輪磨損

2）電容破裂

電容的作用是啟動(dòng)單相交流電機(jī)。如果出現(xiàn)機(jī)械性卡滯，通電啟動(dòng)時(shí)電能將無(wú)法釋放，造成電容內(nèi)部膨脹破裂。結(jié)合系統(tǒng)連線(xiàn)圖分析，頻繁的脈沖供電模式也會(huì)造成電容散熱不及時(shí)，使之出現(xiàn)破裂的情況。

3.4 電路連接故障

電路連接故障的隱蔽性較高，在一般的故檢測(cè)試中很少能夠發(fā)現(xiàn)。飛機(jī)上多為高溫、振動(dòng)等復(fù)雜環(huán)境，而區(qū)域溫度控制器（ZTC）的脈沖供電模式，使部件在短時(shí)間內(nèi)頻繁作動(dòng)、啟停，一旦部件有故障隱患就很容易出現(xiàn)偶發(fā)故障，因此，日常維護(hù)中應(yīng)對(duì)此重點(diǎn)關(guān)注。通常，電路連接故障大概分為以下兩類(lèi)。

1）導(dǎo)線(xiàn)在焊接處的連接隱患

如圖6所示，由于高溫和振動(dòng)因素影響，紅色導(dǎo)線(xiàn)在焊接結(jié)尾處出現(xiàn)發(fā)黑跡象，綠色導(dǎo)線(xiàn)束部分已經(jīng)斷開(kāi)。

2）插孔連接處導(dǎo)通不良

如圖7所示，電機(jī)在正反轉(zhuǎn)切換過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生微小位移，致使電機(jī)上插針孔擴(kuò)大，高溫環(huán)境又使插針氧化變黑，容易產(chǎn)生接觸不良或者不能接觸故障。

4 修理措施

根據(jù)上述對(duì)故障類(lèi)型的分類(lèi)，總結(jié)和制定了相關(guān)的維修措施。

4.1 活門(mén)內(nèi)漏超標(biāo)修理的措施

1）活門(mén)板及密封環(huán)的修理

活門(mén)板為金屬材料，不容易出現(xiàn)磨損，維修時(shí)進(jìn)行徹底清洗，去除多余積炭（見(jiàn)圖8），檢查密封環(huán)安裝槽內(nèi)的清潔度，確保槽寬符合手冊(cè)要求。密封環(huán)材質(zhì)為碳材料，按照手冊(cè)進(jìn)行分解后更換新件。

2）活門(mén)殼體磨損修理

按照手冊(cè)中工藝要求進(jìn)行修補(bǔ)劑涂抹、機(jī)加工，使活門(mén)殼體內(nèi)徑符合手冊(cè)要求。

4.2 機(jī)械性卡滯修理措施

1）軸承的檢查和修理

對(duì)軸承進(jìn)行分解清洗，手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸承，如高速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程時(shí)不穩(wěn)定、低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)感覺(jué)滾道磨損，則進(jìn)行更換。對(duì)于清洗后判斷為合格的軸承涂抹潤(rùn)滑脂。

2）齒輪傳動(dòng)部分的維護(hù)

對(duì)齒輪進(jìn)行清洗后，使用高倍放大鏡或顯微鏡觀(guān)察齒輪嚙合面，如發(fā)現(xiàn)點(diǎn)蝕或異常磨損，則對(duì)齒輪進(jìn)行更換。組裝齒輪時(shí)應(yīng)注意調(diào)節(jié)間隙，切忌分解時(shí)有多少調(diào)節(jié)墊片，組裝時(shí)還裝多少調(diào)節(jié)墊片。這是因?yàn)殇X合金殼體在高溫環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生形變，組裝過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行間隙測(cè)量，確保齒輪傳動(dòng)時(shí)各間隙值合適，防止齒輪嚙合不夠或者嚙合過(guò)緊而造成卡滯。齒輪傳動(dòng)需要有效的潤(rùn)滑，對(duì)上下殼體貼合處進(jìn)行清理，以保證良好的密封，避免齒輪上潤(rùn)滑脂短時(shí)間內(nèi)揮發(fā)或氧化。

圖5 電門(mén)故障形式

圖6 導(dǎo)線(xiàn)斷開(kāi)圖

圖7 插孔電導(dǎo)通失效圖

圖8 清洗后的密封環(huán)安裝槽

4.3 電氣元件修理措施

1）電門(mén)組裝

電門(mén)組裝時(shí)涉及導(dǎo)線(xiàn)焊接和固定螺釘安裝。導(dǎo)線(xiàn)與電門(mén)接線(xiàn)端焊接時(shí)，應(yīng)將電烙鐵調(diào)節(jié)到合適的溫度，溫度過(guò)高則容易導(dǎo)致內(nèi)部觸點(diǎn)氧化，溫度過(guò)低則容易虛焊，焊錫使用量不宜過(guò)多，避免過(guò)多熱量傳導(dǎo)到觸點(diǎn)，焊接完成后焊接點(diǎn)結(jié)尾處切忌彎折，避免應(yīng)力過(guò)大導(dǎo)致振動(dòng)工作環(huán)境下產(chǎn)生疲勞斷路。

2）電容檢查

目視檢查電容外觀(guān)，如出現(xiàn)膨脹破裂、電容介質(zhì)裸露等現(xiàn)象，應(yīng)更換電容，同時(shí)還應(yīng)測(cè)量電容值、絕緣性，以確保電容合格。

4.4 電路連接檢查及修理措施

1）導(dǎo)線(xiàn)焊接點(diǎn)的修理

該部件上焊接點(diǎn)較多，需要仔細(xì)檢查每一個(gè)焊點(diǎn)，如發(fā)現(xiàn)焊接點(diǎn)焊錫有氧化現(xiàn)象（正常焊接點(diǎn)焊錫為光亮銀白色）或?qū)Ь€(xiàn)有烏黑跡象，應(yīng)重新對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行焊接。

2）插針插孔連接處的檢查和修理

按照手冊(cè)要求對(duì)插孔孔徑進(jìn)行驗(yàn)證，確保與插針連接牢固。如果插孔變大或者插孔出現(xiàn)氧化，應(yīng)進(jìn)行更換。使用5000目拋光紙去除插針表面的積炭和氧化物，力度不宜過(guò)大，避免損壞插針表面鍍層。

5 結(jié)束語(yǔ)

TCV的維修可靠性在業(yè)內(nèi)一直是一個(gè)難題，通過(guò)不斷總結(jié)，證明該部件不僅僅是電門(mén)可靠性低，而且每一個(gè)子部件在維修過(guò)程中的每一個(gè)步驟都可能影響部件的整體性能，需要維修者進(jìn)行系統(tǒng)分析，嚴(yán)格執(zhí)行維修工藝，提升維修標(biāo)準(zhǔn)，改善部件可靠性，贏得客戶(hù)滿(mǎn)意度。