一起737—300飛機(jī)APU故障分析

何金鳳

一、 故障現(xiàn)象

某日航前，APU啟動(dòng)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(dāng)接通空調(diào)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(dòng)，因航前時(shí)間不夠，按照MEL49-1放行飛機(jī)，航后，進(jìn)一步檢查，故障現(xiàn)象穩(wěn)定，與航前所反映的一致。

二、 系統(tǒng)原理（如圖）

737飛機(jī)的APU系統(tǒng)由APU本體發(fā)動(dòng)機(jī)以及為維持發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的起動(dòng)點(diǎn)火、燃油、空氣、滑油、ETC、ECU等輔助設(shè)備組成。由于APU的啟動(dòng)正常，信號(hào)牌無(wú)故障指示，基本上可以排除啟動(dòng)點(diǎn)火、滑油系統(tǒng)，從現(xiàn)象來(lái)看，問(wèn)題出現(xiàn)在APU的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中用來(lái)保持運(yùn)轉(zhuǎn)的因素，進(jìn)氣、供油、負(fù)載供給等方面。

1、 供油方面：在APU啟動(dòng)過(guò)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(jī)出口壓力與燃油壓力，通過(guò)作用在加速限制活門膜片來(lái)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(duì)應(yīng)所需的燃油流量，使啟動(dòng)排氣溫度限制在安全值內(nèi)；當(dāng)APU轉(zhuǎn)速達(dá)到95%以上，三通電磁活門關(guān)閉，APU的轉(zhuǎn)速由燃油控制器的離心飛重控制，它根據(jù)功率指令來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)入燃燒室的燃油流量與功率匹配，如果轉(zhuǎn)速由于負(fù)載大而降低，飛重使得控制回油減少，相應(yīng)增大了進(jìn)入燃燒室的燃油流量，以提高轉(zhuǎn)速到設(shè)定值；反之，如果由于卸載而轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速到設(shè)定值。

2、 進(jìn)氣系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，由進(jìn)氣道，進(jìn)氣門及作動(dòng)器和門位置電門等組成，在APU工作期間把外界空氣導(dǎo)引進(jìn)入APU壓氣機(jī)、燃燒室，與燃油混合燃燒產(chǎn)生能量，維持APU的運(yùn)行，也有部分氣體用于冷卻。

3、 下面重點(diǎn)從APU的負(fù)載供給方面進(jìn)行一下分析：APU有兩大功能：供電和供氣。無(wú)論是供電還是供氣，都是對(duì)APU的負(fù)載需求，對(duì)于我們公司737機(jī)隊(duì)所選裝的GTCP85-129H型APU而言，因?yàn)閷?duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、燃油流量、振動(dòng)值等參數(shù)均沒(méi)有監(jiān)控顯示，所以我們看其帶負(fù)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(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪出口的兩個(gè)熱電偶分別向ETC傳送電壓信號(hào)，ETC將這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行比較并輸出其中的較大值到內(nèi)部電路進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)過(guò)平衡電阻配平后再將處理結(jié)果輸出，并以此驅(qū)動(dòng)駕駛艙P(yáng)5板上的APU排氣溫度表，將正確的結(jié)果顯示在表上。由于EGT的指示是正常的，而且在加負(fù)載的過(guò)程中沒(méi)有明顯的突變，說(shuō)明EGT方面不存在問(wèn)題，在這里就不做詳細(xì)分析了。

當(dāng)轉(zhuǎn)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(jī)提供45±5PSI的引氣，由裝在空調(diào)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(tǒng)向空調(diào)系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)以及其他引氣系統(tǒng)供氣，同時(shí)引氣系統(tǒng)還可以減少飛機(jī)在空中或沒(méi)有引氣負(fù)載時(shí)的壓氣機(jī)喘振，引氣系統(tǒng)主要由引氣活門、比例控制活門、壓差調(diào)節(jié)器、防喘振活門、三位電磁活門等部件組成，

A、 引氣活門：當(dāng)APU轉(zhuǎn)速大于95%，電源系統(tǒng)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(jī)來(lái)的引氣供給飛機(jī)用氣系統(tǒng)。壓差調(diào)節(jié)器感受APU壓氣機(jī)出口的壓力，由計(jì)量活門限制其到引氣活門的控制氣壓穩(wěn)定在19PSI，此時(shí)比例控制活門提供過(guò)載保護(hù)，在APU工作過(guò)程中，因某些需要，APU的電負(fù)載和引氣負(fù)載被全部接通，APU極有可能出現(xiàn)過(guò)載的情況即EGT超出正常工作限制，此時(shí)，ETC系統(tǒng)將控制比例控制活門作動(dòng)使APU回到正常的工作狀態(tài)，

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

C、 三位電磁活門：在APU啟動(dòng)過(guò)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(dāng)APU轉(zhuǎn)速大于95%，三位電磁活門關(guān)閉，使比例控制活門與APU引氣活門連通，用以調(diào)節(jié)引氣活門開度，保持EGT在正常范圍內(nèi)。

D、 防喘振活門：它防止飛行中APU壓氣機(jī)喘振，它在地面總是關(guān)閉的，在空中，當(dāng)引氣活門打開時(shí)它關(guān)閉，引氣活門關(guān)閉時(shí)它打開。

APU驅(qū)動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)可以在地面為飛機(jī)各系統(tǒng)提供交流電源，也可以在空中作為主發(fā)電機(jī)的備份。當(dāng)APU轉(zhuǎn)速大于95%后，接通APU GB，發(fā)電機(jī)就向機(jī)上系統(tǒng)提供115V三相400HZ交流電源，同時(shí)向電壓、頻率表輸出指示；

三、 故障分析

從故障現(xiàn)象來(lái)看，初步判斷為APU帶負(fù)載能力差，從AMM手冊(cè)里面的故障隔離程序來(lái)看，沒(méi)有符合要求的程序，將故障現(xiàn)象分解來(lái)看其隔離程序，也較為牽強(qiáng)，對(duì)排除故障幾乎沒(méi)有任何幫助，只有依靠我們自己對(duì)系統(tǒng)原理的分析和整理了。由于APU的啟動(dòng)過(guò)程是正常的，我們主要需從維持APU正常運(yùn)轉(zhuǎn)的條件入手來(lái)分析，APU的正常工作主要靠油氣混合物燃燒產(chǎn)生的能量來(lái)維持，供油、供氣或是引氣方面出現(xiàn)問(wèn)題的可能性就比較大了，從下圖來(lái)看，有以下幾種可能：

A、 FCU的性能差，使得所調(diào)節(jié)的供給燃燒室的燃油流量減少，從而導(dǎo)致燃燒產(chǎn)生的動(dòng)能不足，進(jìn)而導(dǎo)致APU的帶負(fù)載能力下降，APU發(fā)電機(jī)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(guò)程中，因?yàn)镕CU性能差導(dǎo)致APU負(fù)載能力差，甚至使得APU自動(dòng)關(guān)車或無(wú)法啟動(dòng)的現(xiàn)象是比較常見的，根據(jù)故障現(xiàn)象和以前的經(jīng)驗(yàn)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(dǎo)致參與燃燒的燃油流量減小或燃燒不充分，也會(huì)使燃燒產(chǎn)生的動(dòng)能不足，負(fù)載能力下降，引起該故障現(xiàn)象的出現(xiàn)，有時(shí)也會(huì)導(dǎo)致APU自動(dòng)關(guān)車或無(wú)法啟動(dòng)。

C、 APU的進(jìn)氣系統(tǒng)工作不良導(dǎo)致進(jìn)氣量不足，油氣燃燒產(chǎn)生動(dòng)能不足，引起故障的出現(xiàn)。

D、 引氣供給管路或引氣活門控制管路漏氣使得APU負(fù)載能力變差。

從以上幾種情形來(lái)看，我們首先檢查了APU進(jìn)氣系統(tǒng)，進(jìn)氣門位置穩(wěn)定，開度良好，在運(yùn)行過(guò)程中保持穩(wěn)定，沒(méi)有異動(dòng)；供氣管路沒(méi)有漏氣，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，F(xiàn)CU的可能性最大，航后，我們先更換了FCU，但是在換完后啟動(dòng)APU，故障現(xiàn)象依舊，與其它飛機(jī)互串了燃油噴嘴，故障依然。此時(shí)我們迷惑了，正在我們一籌莫展的時(shí)候…，突然想到如果堵上比例控制活門的排氣口看看結(jié)果如何，正常了，電源頻率、引氣壓力都恢復(fù)了，接通空調(diào)也正常，為隔離故障，我們與其它飛機(jī)互串了比例控制活門，故障現(xiàn)象并沒(méi)有轉(zhuǎn)移，再串ETC后，故障仍然存在，到底是什么原因?qū)е逻@樣的現(xiàn)象的出現(xiàn)呢？排故工作遇到了想象不到的困難。進(jìn)一步分析可知，在APU正常工作期間，比例控制活門應(yīng)該有一定量的放氣，堵上該活門的排氣口故障現(xiàn)象消失正好說(shuō)明了這點(diǎn)，當(dāng)EGT過(guò)高時(shí)，只不過(guò)它的放氣量回增加而已。在這種狀態(tài)下，如果三位電磁活門不好，在APU正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間，轉(zhuǎn)速大于95%之后它不關(guān)閉或關(guān)不嚴(yán)，這樣會(huì)導(dǎo)致來(lái)自壓氣機(jī)出口的FCU的加速限制活門控制氣流會(huì)流失一部分，控制壓力降低，因?yàn)榧铀傧拗苹铋T是參照壓氣機(jī)出口壓力與燃油壓力，通過(guò)作用在加速限制活門膜片來(lái)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(duì)應(yīng)所需的燃油流量，兩者之間成比例的，當(dāng)控制壓力降低時(shí)，使得加速限制活門的回油增多，F(xiàn)CU的供油量減少，這樣APU的帶負(fù)載能力就下降了，供電頻率以及引氣壓力都下降了。當(dāng)接通空調(diào)后，負(fù)載更大了，壓氣機(jī)出口壓力更低了，加速限制活門的回油增多，供油更少，發(fā)電機(jī)頻率和引氣壓力進(jìn)一步降低，當(dāng)?shù)偷揭欢ǔ潭葧r(shí)，頻率就低于380HZ，引氣活門的控制氣壓太低而導(dǎo)致引氣活門關(guān)閉。引氣活門關(guān)閉后負(fù)載降低，壓氣機(jī)出口壓力增加，加速限制活門的回油減少，F(xiàn)CU的供油增加，發(fā)電機(jī)頻率、引氣壓力回升，此時(shí)，如果APU引氣電門和空調(diào)電門都在接通位，那么將重復(fù)上述現(xiàn)象，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)頻率、引氣壓力的擺動(dòng)。與其它飛機(jī)串件后，故障現(xiàn)象消失，因航材無(wú)件辦理APU保留，次日，航材到件，更換三位電磁活門后正常，運(yùn)行至今，故障再?zèng)]出現(xiàn)。

四、 思考

通過(guò)這次排故，我覺(jué)得應(yīng)該注意以下問(wèn)題：

首先我們不能只依據(jù)手冊(cè)，有的故障現(xiàn)象在手冊(cè)的故障隔離程序里是沒(méi)有的，即使有，有的不一定對(duì)，不一定合適，要根據(jù)實(shí)際情況，準(zhǔn)確了解、掌握故障現(xiàn)象，酌情考慮。

在排故過(guò)程中不能盲目相信經(jīng)驗(yàn)，有經(jīng)驗(yàn)是好事，可以借簽別人或自己總結(jié)出來(lái)的一些規(guī)律、方法等，有時(shí)會(huì)起到事半功倍的作用，但是我們還是應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況，區(qū)別對(duì)待，在這次排故過(guò)程中，經(jīng)驗(yàn)可以說(shuō)讓我們走了更多的彎路。

總之，在排故過(guò)程中，對(duì)故障現(xiàn)象一定要研究清楚，不放過(guò)細(xì)節(jié)，有時(shí)細(xì)節(jié)才是關(guān)鍵，在故障分析時(shí)，力求做到全面，理由充分。