波音777 飛機(jī)飲用水泵故障分析

波音777 飛機(jī)件號(hào)為8543 的飲用水泵向飛機(jī)的水系統(tǒng)提供壓力，供旅客飲用、清洗、廁所沖洗和廚房使用等。飲用水泵故障雖不會(huì)影響飛機(jī)的安全性和適航性，但卻嚴(yán)重影響客艙服務(wù)質(zhì)量。在飛機(jī)航線運(yùn)行和維護(hù)過(guò)程中，易造成航班的延誤。

1 故障描述

以北京首都機(jī)場(chǎng)為運(yùn)行主基地的某航波音777 機(jī)隊(duì)，近年來(lái)飲用水泵故障頻發(fā)，航線更換新水泵后故障雖可排除，但使用短時(shí)間后又會(huì)因故障而更換。根據(jù)可靠性部門(mén)的統(tǒng)計(jì)，近3 個(gè)月內(nèi)該航波音777 機(jī)隊(duì)共拆換飲用水泵14 個(gè)，該件的平均非計(jì)劃拆除時(shí)間（MTBUR）為2024h。

查詢?cè)擄嬘盟茫?hào)8543）的部件維護(hù)手冊(cè)（CMM），廠家在手冊(cè)中給出的正常使用壽命為連續(xù)工作15000h以上，而波音網(wǎng)站上公布的該件全球機(jī)隊(duì)一年之內(nèi)的MTBUR 為41123h，平均故障間隔時(shí)間（MTBF）為51403h（見(jiàn)圖1），這與該航司777 機(jī)隊(duì)可靠性統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)相差甚遠(yuǎn)。

圖1 件號(hào)8543的飲用水泵在全球機(jī)隊(duì)的MTBUR和MTBF數(shù)據(jù)

2 系統(tǒng)介紹和原理分析

2.1 波音777 飛機(jī)飲用水系統(tǒng)

波音777 客機(jī)有兩個(gè)飲用水泵（777貨機(jī)僅安裝一個(gè)），為全艙飲用水系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備提供壓力（見(jiàn)圖2）。兩個(gè)飲用水泵的安裝位置均在飛機(jī)的散裝貨艙，水泵的出口總管處安裝了兩個(gè)單向活門(mén)和一個(gè)壓力電門(mén)。正常情況下，飛機(jī)的水系統(tǒng)工作只需一個(gè)飲用水泵運(yùn)轉(zhuǎn)，每次飛機(jī)落地時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為另一個(gè)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)，兩個(gè)飲用水泵交替工作，互為備份。

圖2 波音777客機(jī)飲用水系統(tǒng)原理圖

單向活門(mén)可以防止系統(tǒng)反流，當(dāng)壓力電門(mén)感受到低壓信號(hào)時(shí)（小于10psi），水系統(tǒng)控制器將感知到一個(gè)錯(cuò)誤信號(hào)，并自動(dòng)啟用另一個(gè)飲用水泵工作。

2.2 件號(hào)8543 飲用水泵的工作原理

件號(hào)8543 飲用水泵由一個(gè)三相電動(dòng)機(jī)和裝有葉輪的蝸殼組成，主要部件由電機(jī)殼體（圖3 中的235）中的定子組件（圖3 中的230）和轉(zhuǎn)子組件（圖3 中的160）以及一個(gè)離心葉輪（圖3中的125）組成。

該水泵是一個(gè)自循環(huán)冷卻裝置。當(dāng)三相電動(dòng)機(jī)通電時(shí)，飲用水泵開(kāi)始工作，電壓施加到定子繞組上，在電磁作用的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)子開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，離心葉輪被轉(zhuǎn)子組件帶動(dòng)，將飲用水從泵的進(jìn)口吸入（圖3 中的藍(lán)色箭頭代表水流進(jìn)口方向），向泵的出口運(yùn)動(dòng)（圖3 中的黑色箭頭代表水流出口方向），使出口的水壓增高。葉輪處的安裝螺栓（圖3 中的120）是中空的，而轉(zhuǎn)子組件也是中空軸，水流可以通過(guò)這條通道進(jìn)入水泵的后端軸承，起到潤(rùn)滑和冷卻的作用。

3 故障原因分析

車間對(duì)多個(gè)故障水泵進(jìn)行分解后發(fā)現(xiàn)，進(jìn)水管的內(nèi)側(cè)和葉輪表面附著有大量水垢，葉輪已經(jīng)不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)（見(jiàn)圖4）。轉(zhuǎn)子和襯套之間因水垢的堆積已完全卡死，這些部件都是旋轉(zhuǎn)配合件，水垢導(dǎo)致轉(zhuǎn)子組件卡滯，無(wú)法旋轉(zhuǎn)，水泵不能正常工作（見(jiàn)圖5）。

圖5 水泵分解后轉(zhuǎn)子組件處的水垢

水垢是由硬水（含鈣、鎂離子較多）加熱后，水中的碳酸根與鈣、鎂等離子相結(jié)合，形成不溶于水的碳酸鈣、碳酸鎂等物質(zhì)，粘附在容器壁上形成的，其導(dǎo)熱性能非常差。北京首都機(jī)場(chǎng)地區(qū)的水質(zhì)偏硬，更加速了波音777 機(jī)隊(duì)飲用水泵中水垢的形成。經(jīng)調(diào)查，首都機(jī)場(chǎng)的機(jī)上飲用水提供方在幾年前配有水軟化裝置，但近年來(lái)因成本原因不再使用水軟化裝置，這也是導(dǎo)致飲用水泵故障率升高的原因之一。

從設(shè)計(jì)的角度考慮，件號(hào)8543 的飲用水泵抗水垢積聚的能力很弱，由于飛機(jī)供電后即為水泵的定子線圈（圖3 中的230）通電，長(zhǎng)時(shí)間的通電造成定子線圈所處的電機(jī)殼體（圖3 中的235）溫度升高，而轉(zhuǎn)子電樞和滑動(dòng)摩擦的軸承部分的溫度更高，隨著時(shí)間的推移葉輪和轉(zhuǎn)子組件周圍將附著大量的水垢，導(dǎo)致水泵工作異常。

4 解決措施

從故障源頭分析，對(duì)飛機(jī)飲用水進(jìn)行軟化，降低水的硬度，提高水質(zhì)，可以有效降低波音777 飛機(jī)件號(hào)8543 飲用水泵的故障率。

從工程角度出發(fā)，對(duì)飲用水泵進(jìn)行改裝或更換為抗水垢積聚能力強(qiáng)的水泵，也是降低故障率的一種方法。此外，在持續(xù)性適航維修方案（CAMP）中加入自編條目，根據(jù)航司自身的使用經(jīng)驗(yàn)，定時(shí)對(duì)件號(hào)8543 的飲用水泵進(jìn)行車間分解、水垢清潔及相關(guān)維護(hù)，也可以降低其故障率。

從實(shí)際航線運(yùn)行角度，由于波音777客機(jī)安裝兩個(gè)飲用水泵且互為備份，當(dāng)遇到航前或過(guò)站有飲用水泵的突發(fā)故障時(shí)，可以采取以下方法快速操作：在右5 門(mén)乘務(wù)員ASP 操作面板上，按下超控OVERRIDE 按鈕，人工轉(zhuǎn)換至備份的飲用水泵（見(jiàn)圖6）。

圖6 客艙ASP面板上的超控操作按鈕

5 總結(jié)

波音777 機(jī)隊(duì)主運(yùn)行基地為水質(zhì)偏硬地區(qū)，其件號(hào)為8543 的飲用水泵故障率明顯上升。在機(jī)隊(duì)實(shí)際運(yùn)行維護(hù)過(guò)程中，可參考本文提出的解決措施來(lái)降低飲用水泵的故障率，減少航班延誤，也可參考B777 飛機(jī)維護(hù)手冊(cè)（AMM）程序，對(duì)整個(gè)飛機(jī)飲用水系統(tǒng)進(jìn)行清潔除垢。但后者成本較高，需要根據(jù)實(shí)際情況評(píng)估后采用。