GTCP131-9A/B 型APU 滑油耗量高故障快速分析及處理措施

朱新煜/北京飛機(jī)維修工程有限公司成都分公司

1 背景介紹

GTCP131-9A/B 型APU 通常被選裝在空客A319/320/321 型系列飛機(jī)和波音737NG 系列飛機(jī)上。該型APU 為三段式結(jié)構(gòu)，由動(dòng)力段、負(fù)載壓氣機(jī)以及一個(gè)包含齒輪箱和發(fā)電機(jī)的組件構(gòu)成，通過一根渦輪軸上的兩級(jí)渦輪直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載壓氣機(jī)和齒輪箱及其附件，渦輪軸由2 個(gè)軸承組件作為支撐，由一個(gè)裝在飛機(jī)上的數(shù)字電子控制盒（ECB）來控制APU 的工作狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)APU 與飛機(jī)之間的信號(hào)傳輸。

由于該型APU 的渦輪軸采用的是前后2 點(diǎn)軸承支撐結(jié)構(gòu)形式，軸承在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中需要潤滑和冷卻，因此在齒輪箱內(nèi)安裝了減速齒輪或從動(dòng)齒輪來驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)/起動(dòng)機(jī)、滑油泵、冷卻風(fēng)扇等LRU 附件。除了2 個(gè)主軸承外，齒輪箱里還有12 個(gè)（131-9A 型）/10 個(gè)（131-9B 型）高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承也需要冷卻和潤滑。正常使用過程中，滑油會(huì)產(chǎn)生消耗，按照波音和空客飛機(jī)的維護(hù)手冊要求，滑油消耗量是維護(hù)飛機(jī)時(shí)需要關(guān)注的指標(biāo)，當(dāng)滑油消耗量出現(xiàn)異常增高時(shí)，需要進(jìn)行故障排除。引起滑油消耗量異常的原因有很多，給航線維護(hù)和排故帶來困難。習(xí)慣上航線維護(hù)中將滑油消耗量異常分為兩類。一類為APU在使用過程中由維護(hù)人員可以直接目視觀察到的在APU 外部的滑油滲漏，稱為APU 滑油外漏；另一類是日常維護(hù)過程中無法直接目視觀察到，但滑油消耗量明顯高于正常消耗量的APU 滑油滲漏，稱為APU 滑油內(nèi)漏。

本文對APU 的兩類滑油滲漏情況進(jìn)行分析，并提出快速處理方法。

2 分析與處理

2.1 外漏的分析和處理

出現(xiàn)滑油外漏時(shí)，通常在APU 外部可以發(fā)現(xiàn)較多的滑油痕跡。應(yīng)先清除油跡，再運(yùn)轉(zhuǎn)APU，以便目視檢查滑油滲漏點(diǎn)。APU 外部與滑油滲漏相關(guān)的附件有：1）齒輪箱上的滑油附件，包括發(fā)電機(jī)、冷卻風(fēng)扇、滑油泵等LRU 件；2）齒輪箱上相關(guān)連接的滑油管路接頭；3）齒輪箱上因制造工藝而加工的盲堵頭。除第三種情況外，上述部位可以直接接近，因此，運(yùn)轉(zhuǎn)APU 后，從有油跡的位置開始仔細(xì)查找，目視就可發(fā)現(xiàn)相關(guān)滲漏部位和部件。前兩種情況通過更換相關(guān)附件、零件間結(jié)合面的封圈、重新緊固相關(guān)連接接頭即可實(shí)現(xiàn)故障的快速排除。當(dāng)發(fā)現(xiàn)齒輪箱上的工藝盲堵發(fā)生滑油滲漏時(shí)，航線維護(hù)無法進(jìn)行處理，但仍可進(jìn)行快速判斷，將APU 下發(fā)后返廠維修。

需要注意的是，后軸承回油管與后軸承座的連接，OEM 采用的是金屬封嚴(yán)墊與短管連接后再與軸承座滑油孔緊密貼合的設(shè)計(jì)方式，此處的連接防滑油滲漏OEM 廠家已進(jìn)行過多次的SB 改裝升級(jí)，如果判斷發(fā)現(xiàn)是滑油回油短管與后軸承座之間漏油，通常需要通知APU 修理廠家提供在翼支援，更換金屬封嚴(yán)墊甚至回油短管。后軸承座回油短管及封嚴(yán)墊結(jié)構(gòu)如圖1 所 示。

圖1 后軸承回油管及封嚴(yán)墊

圖2 APU滑油路徑分布圖

2.2 內(nèi)漏的分析和處理

APU 滑油路徑分布圖如圖2 所示，包括冷卻風(fēng)扇（僅GTCP131-9A 有）、滑油泵、發(fā)電機(jī)（GTCP131-9B 為啟動(dòng)發(fā)電機(jī)）、齒輪箱組件、齒輪箱油氣分離器及排氣管路、APU 前后主軸承及潤滑管路、滑油散熱器等附件及管路。

如果APU 出現(xiàn)了內(nèi)漏或者是由APU 外觀目視檢查不易發(fā)現(xiàn)的滲漏情況，每日滑油消耗量居高不下，飛機(jī)每飛行幾個(gè)航段就需要添加滑油以維持APU 的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，就可以判斷APU 或其LRU 附件出現(xiàn)了滑油內(nèi)漏，需要及時(shí)查找原因排除故障。

滑油內(nèi)漏一般分為兩種情況。第一種情況是在APU 余油排泄桅桿各余油管口處發(fā)現(xiàn)滑油滲漏；第二種情況是滲漏的余油從APU 排氣后尾噴口處漏出。以GTCP131-9B 型APU 為例說明，由圖2 可知，可能發(fā)生滑油內(nèi)漏的地方有：齒輪箱油氣分離器、前軸承碳封嚴(yán)、后軸承篦齒空氣封嚴(yán)、后軸承碳封嚴(yán)、滑油散熱器以及LRU 附件內(nèi)部等，當(dāng)這些部位發(fā)生內(nèi)漏，滲漏的滑油大都通過APU 后尾噴排氣管排入大氣中，或者從余油排泄桅桿處流出并排入大氣中，APU外表面沒有滑油痕跡。因此，需要對各個(gè)可能發(fā)生滑油內(nèi)漏的部位進(jìn)行分析。

1）第一種情況

第一種情況是APU 余油排泄桅桿各余油管口處發(fā)現(xiàn)滑油滲漏。

根據(jù)圖2，自左向右分別將三個(gè)余油管出口設(shè)為A、B、C。

余油管口A 連接進(jìn)氣導(dǎo)向器作動(dòng)筒（IGVA）余油口、燃油調(diào)節(jié)器（FCV）、滑油泵余油口、防喘活門（SCV）余油口共4 個(gè)LRU 附件，其中任一附件發(fā)生內(nèi)漏都會(huì)在A 出口處發(fā)現(xiàn)新鮮油跡。由于IGVA、SCV 是使用燃油作為液壓傳遞介質(zhì)作動(dòng)的附件，因此可以排除滑油滲漏的可能性。而燃油調(diào)節(jié)器2 個(gè)軸承的潤滑是由流過滑油泵的滑油來完成的，余油管收集的是燃油調(diào)節(jié)器2 個(gè)軸承之間的滲漏滑油，因此A 出口有滑油漏出時(shí)，最大的可能就是燃油調(diào)節(jié)器內(nèi)部封嚴(yán)失效造成的滲漏，因此航線維護(hù)時(shí)可直接更換燃油調(diào)節(jié)器予以排除。

余油管口B 連接著APU 的負(fù)載壓氣機(jī)軸承封嚴(yán)腔，出現(xiàn)油跡的最直接原因就是封嚴(yán)組件出現(xiàn)問題。此處的封嚴(yán)只能在返廠修理時(shí)才能更換，因此，此處發(fā)現(xiàn)滑油滲漏超過AMM 手冊標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的航線解決辦法只能是更換APU。

余油管口C 連接的是與滑油相關(guān)的部附件，主要有燃燒室殼體、后軸承封嚴(yán)組件、滑油散熱器。由于燃燒室殼體處無滑油通道，只可能有燃油余油流出，因此可排除滑油滲漏的可能。后軸承封嚴(yán)和散熱器處的余油管主要收集后軸承封嚴(yán)組件和滑油散熱器處滲漏的滑油，可以通過斷開與滑油散熱器處相連的余油管接頭后運(yùn)轉(zhuǎn)APU 來觀察是否有滑油滲漏，快速判斷滲漏是來自散熱器還是后軸承封嚴(yán)組件。散熱器出現(xiàn)滲漏時(shí)，通常會(huì)觀察到散熱器上的灰塵在滑油滲漏處附近是濕潤的，其顏色與干燥的灰塵有明顯區(qū)別，通過這個(gè)現(xiàn)象也可以幫助快速判斷。如果是滑油散熱器滲漏，可通過更換散熱器來排除；如果是后軸承封嚴(yán)組件滲漏，則需盡快拆換APU。

2）第二種情況

第二種情況是滲漏的滑油從APU 后尾噴管隨APU 燃燒后的高溫氣體排出。

從圖2 可以看出，通過后尾噴管可能排出滑油的地方有兩個(gè)。

一個(gè)是齒輪箱上的油氣分離器，從滑油中分離出的空氣經(jīng)油氣分離器空氣出口及連接的排氣管路排入APU 尾噴管，隨APU的高溫尾氣一同排到大氣中。如果油氣分離器的封嚴(yán)效果不佳，可能出現(xiàn)較多的滑油通過油氣分離器管路排放到尾噴管中，導(dǎo)致APU 運(yùn)行時(shí)滑油消耗量增加，而且目視檢查是無法在APU 外表發(fā)現(xiàn)滲漏痕跡的。這種情況的航線判斷措施是將該通氣管路在后尾噴管連接處的接頭分開，目視檢查管路接頭處是否有滑油。也可以通過內(nèi)窺鏡從飛機(jī)尾部查看該通氣管口在后尾噴口內(nèi)壁處的情況，若有滑油滲漏，后尾噴管處應(yīng)該會(huì)出現(xiàn)大量因高溫產(chǎn)生的滑油積炭，而且尾噴管內(nèi)壁上的油跡也應(yīng)該十分明顯，如圖3 所示。航線處理辦法應(yīng)是盡快聯(lián)系A(chǔ)PU 修理廠家，希望能提供在翼支持服務(wù)，否則只有更換APU。

圖3 油氣分離器排氣管口的積炭

另一個(gè)是后軸承腔滲漏的滑油。后軸承腔封嚴(yán)效果不佳時(shí)，滑油會(huì)通過后軸承腔滲漏到后尾噴管中，隨高溫氣體排出，造成APU運(yùn)行時(shí)滑油消耗量增加。這種故障在航線維護(hù)的例行檢查中很難發(fā)現(xiàn)。嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)在飛機(jī)尾部觀察到APU 排除的白煙，這是因?yàn)殡S著APU停車時(shí)轉(zhuǎn)速的逐漸降低，篦齒封嚴(yán)空氣壓力端的壓力也不斷降低，導(dǎo)致滑油滲漏到后尾噴口內(nèi)，經(jīng)高溫尾氣加熱后霧化，隨尾氣排出。若出現(xiàn)這種情況需及時(shí)更換APU。

3）第三種情況

根據(jù)圖2 以及上述分析可知，余油管口B 處滑油滲漏是前軸承滑油封嚴(yán)內(nèi)漏造成的。前軸承滑油封嚴(yán)采用的是碳封嚴(yán)和空氣篦齒封嚴(yán)結(jié)構(gòu)形式，當(dāng)碳封嚴(yán)或空氣篦齒封嚴(yán)失效時(shí)都會(huì)出現(xiàn)滑油內(nèi)漏。需要特別強(qiáng)調(diào)的是，前軸承區(qū)域的位置較為特殊，APU 的引氣從負(fù)載段引出并送入飛機(jī)各系統(tǒng)中，而前軸承封嚴(yán)的位置就在引氣口的正中間，當(dāng)飛機(jī)空調(diào)使用APU 引氣時(shí)，若引氣中含有滲漏的滑油，滑油經(jīng)高溫引氣加溫后隨空調(diào)系統(tǒng)送入飛機(jī)駕駛艙和客艙，導(dǎo)致油煙味漫布在飛機(jī)駕駛艙和客艙中，使飛行員和旅客的感受極差。也許此時(shí)余油管口B 處還看不到滑油油跡，但為了獲得舒適的客艙體驗(yàn)，應(yīng)該及時(shí)拆換APU 送廠家修理。

3 總結(jié)

從以上分析可以看出，航線運(yùn)營中APU 出現(xiàn)滑油滲漏時(shí)，可通過目視檢查快速地將故障分為外漏和內(nèi)漏兩種情況，外漏可通過直接更換滲漏的LRU件來處理，或重新擰緊松動(dòng)的相關(guān)接頭；內(nèi)漏則需要增加一些輔助步驟進(jìn)行判斷，有條件的話可以向APU 修理廠家提出在翼支援要求。雖然APU 滑油消耗量大故障不會(huì)影響飛行安全，但仍可能造成航班延誤以及機(jī)組和乘客的不適。希望通過本文的分析，幫助航線維護(hù)人員更加準(zhǔn)確地判斷APU 滑油消耗量高原因，減少航班延誤，減少拆換APU 的次數(shù)，提高機(jī)組和乘客的舒適度。