某型飛機溫度控制活門維修分析

■ 劉彬/北京安達(dá)維爾機械維修技術(shù)有限公司

長期以來，波音737NG飛機空調(diào)系統(tǒng)中溫度控制活門（TCV）可靠性差、故障率高，廠家對維修手冊多次換版，對部件進行改裝升級，但都沒有得到明顯改善。本文結(jié)合TCV在飛機上的工作原理進行全面系統(tǒng)的分析，將飛機系統(tǒng)故障信息與維修車間對故障情況的測試進行關(guān)聯(lián)，幫助判斷故障類型，制定相關(guān)修理措施。

1 TCV所處飛機系統(tǒng)位置及功能

1.1 TCV功能介紹

圖1為溫度控制活門（TCV）所處飛機空調(diào)系統(tǒng)位置，每架波音737NG飛機安裝了5個。其中，左右空調(diào)包各一個，主要作用為控制高溫引氣流量；其余三個分別安裝于前客艙、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)活門對客艙分區(qū)壓力進行控制。

TCV與空調(diào)冷卻系統(tǒng)共同作用，來自發(fā)動機引氣系統(tǒng)的高溫氣體經(jīng)過流量控制活門（FCV）調(diào)節(jié)流量后分為兩路，其中一路進入TCV控制管路，作為高溫氣流，另一路進入冷卻系統(tǒng)，由空氣循環(huán)機（ACM）等部件進行降溫，形成低溫氣流。兩路溫度不同的氣流共同進入空調(diào)主分配系統(tǒng)進行混合，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械執(zhí)行部件，通過活門開度調(diào)節(jié)高溫引氣流量，同時改變冷卻系統(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，將信號反饋至區(qū)域溫度控制器（ZTC），ZTC分析溫度信號，向空調(diào)組件（ACCU）發(fā)出相應(yīng)指令，由電門組件控制TCV作動，轉(zhuǎn)動TCV活門板，調(diào)節(jié)高溫引氣流量，達(dá)到控制溫度的目的；同時，TCV上電門指示活門處于全關(guān)、全開或半開位置，相應(yīng)的位置信號也傳輸?shù)絑TC。

ZTC對溫度的控制為自動模式，通過溫度信號，不斷向TCV輸出作動電流信號。ZTC輸出的是離散型信號，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)到動態(tài)平衡。

圖3為TCV原理圖，由活門本體及旋轉(zhuǎn)作動筒組成，旋轉(zhuǎn)作動筒包含電容、電機、電門及一系列齒輪組件；電源通過電容啟動電機，電機高速旋轉(zhuǎn)，由齒輪減速，輸出軸帶動活門本體上的活門板轉(zhuǎn)動，同時輸出軸上安裝凸輪，在活門處于全開位或者全關(guān)位時觸動電門作動臂，由電門輸出位置信號。

2 機上關(guān)于TCV的故障信息

飛機上的TCV故障分為兩種：飛行時該活門因故障報警或者地面檢測表現(xiàn)為TCV故障。飛行時的故障信息一般為“PACK燈亮”，表現(xiàn)為空調(diào)管路超溫，活門調(diào)節(jié)溫度不受控；地面檢測出的故障多是由區(qū)域溫度控制器自檢得到，判斷溫度控制活門出現(xiàn)故障。另外通過溫度監(jiān)測，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作動異常或者內(nèi)漏超標(biāo)造成。針對TCV在飛機上表現(xiàn)的故障，需要對TCV拆換，進行離位檢測或維修。

3 離位維修時TCV故障類型

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

3.1 活門內(nèi)漏超標(biāo)

1）活門板密封環(huán)磨損或斷裂

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

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

2）活門殼體磨損

長時間使用后，活門殼體與密封環(huán)接觸區(qū)域會出現(xiàn)磨損，造成殼體內(nèi)徑變大，導(dǎo)致密封不嚴(yán)。

3.2 部件機械性卡滯

1）軸承卡阻

部件上包含多個軸承，其中活門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)動卡阻等現(xiàn)象；旋轉(zhuǎn)作動筒上軸承密封較好，但軸承上的潤滑脂容易受高溫影響造成卡阻；電機上兩個高速旋轉(zhuǎn)軸承的滾道也容易損壞，在使用一段時間后均表現(xiàn)為滾動卡滯。

2）齒輪磨損

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

3.3 電氣元件故障

1）電門指示信號故障

電氣元件故障率最高的是電門指示故障，具體表現(xiàn)為電門在導(dǎo)通時電阻大范圍波動，也可能出現(xiàn)斷路。對電門進行分解檢查，故障點多為彈性觸片的觸點氧化，導(dǎo)通性不良。圖5所示為部件在高溫環(huán)境下作動時不能自由彈起，造成指示信號相反。

圖3 TCV工作原理圖

圖4 齒輪磨損

2）電容破裂

電容的作用是啟動單相交流電機。如果出現(xiàn)機械性卡滯，通電啟動時電能將無法釋放，造成電容內(nèi)部膨脹破裂。結(jié)合系統(tǒng)連線圖分析，頻繁的脈沖供電模式也會造成電容散熱不及時，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，在一般的故檢測試中很少能夠發(fā)現(xiàn)。飛機上多為高溫、振動等復(fù)雜環(huán)境，而區(qū)域溫度控制器（ZTC）的脈沖供電模式，使部件在短時間內(nèi)頻繁作動、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，日常維護中應(yīng)對此重點關(guān)注。通常，電路連接故障大概分為以下兩類。

1）導(dǎo)線在焊接處的連接隱患

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

2）插孔連接處導(dǎo)通不良

如圖7所示，電機在正反轉(zhuǎn)切換過程中會產(chǎn)生微小位移，致使電機上插針孔擴大，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)上述對故障類型的分類，總結(jié)和制定了相關(guān)的維修措施。

4.1 活門內(nèi)漏超標(biāo)修理的措施

1）活門板及密封環(huán)的修理

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

2）活門殼體磨損修理

按照手冊中工藝要求進行修補劑涂抹、機加工，使活門殼體內(nèi)徑符合手冊要求。

4.2 機械性卡滯修理措施

1）軸承的檢查和修理

對軸承進行分解清洗，手動轉(zhuǎn)動軸承，如高速轉(zhuǎn)動過程時不穩(wěn)定、低速轉(zhuǎn)動時感覺滾道磨損，則進行更換。對于清洗后判斷為合格的軸承涂抹潤滑脂。

2）齒輪傳動部分的維護

對齒輪進行清洗后，使用高倍放大鏡或顯微鏡觀察齒輪嚙合面，如發(fā)現(xiàn)點蝕或異常磨損，則對齒輪進行更換。組裝齒輪時應(yīng)注意調(diào)節(jié)間隙，切忌分解時有多少調(diào)節(jié)墊片，組裝時還裝多少調(diào)節(jié)墊片。這是因為鋁合金殼體在高溫環(huán)境下會產(chǎn)生形變，組裝過程中應(yīng)嚴(yán)格進行間隙測量，確保齒輪傳動時各間隙值合適，防止齒輪嚙合不夠或者嚙合過緊而造成卡滯。齒輪傳動需要有效的潤滑，對上下殼體貼合處進行清理，以保證良好的密封，避免齒輪上潤滑脂短時間內(nèi)揮發(fā)或氧化。

圖5 電門故障形式

圖6 導(dǎo)線斷開圖

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）電門組裝

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

2）電容檢查

目視檢查電容外觀，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，同時還應(yīng)測量電容值、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)線焊接點的修理

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

2）插針插孔連接處的檢查和修理

按照手冊要求對插孔孔徑進行驗證，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，力度不宜過大，避免損壞插針表面鍍層。

5 結(jié)束語

TCV的維修可靠性在業(yè)內(nèi)一直是一個難題，通過不斷總結(jié)，證明該部件不僅僅是電門可靠性低，而且每一個子部件在維修過程中的每一個步驟都可能影響部件的整體性能，需要維修者進行系統(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，贏得客戶滿意度。