蒸發(fā)循環(huán)吸氣壓力低故障分析研究

寧國(guó)虎 劉彥龍 張慧杰

摘要：某型飛機(jī)蒸發(fā)循環(huán)制冷組件因報(bào)吸氣壓力低故障停機(jī)，多次重啟仍報(bào)吸氣壓力低，無法正常工作。對(duì)蒸發(fā)循環(huán)制冷裝置的系統(tǒng)原理圖進(jìn)行研究，逐層分析故障樹，從理論上對(duì)故障的發(fā)生機(jī)理進(jìn)行分析并最終定位和排除，可為液冷系統(tǒng)蒸發(fā)循環(huán)制冷裝置故障的排除提供參考。

關(guān)鍵詞：蒸發(fā)循環(huán)；吸氣壓力；故障

Keywords：evaporation cycle；suction pressure；failure

1 蒸發(fā)循環(huán)制冷裝置

蒸發(fā)循環(huán)制冷裝置是某型飛機(jī)液冷系統(tǒng)的核心部件，主要功能是在液冷設(shè)備負(fù)載變化和燃油熱沉溫度變化的條件下自動(dòng)調(diào)節(jié)冷量輸出，保持液冷設(shè)備的供液溫度在規(guī)定范圍內(nèi)。

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

蒸發(fā)循環(huán)制冷裝置主要由制冷壓縮機(jī)、冷凝器、儲(chǔ)液器、干燥過濾器、膨脹閥、蒸發(fā)器和制冷壓縮機(jī)控制器組成。

1.2 工作原理

蒸發(fā)循環(huán)制冷裝置是利用制冷劑的相態(tài)變化來轉(zhuǎn)移熱量，其在液冷系統(tǒng)中的工作原理如圖1所示。

吸熱過程：在蒸發(fā)器中，吸收了電子設(shè)備熱量的冷卻液與制冷劑進(jìn)行熱交換，制冷劑由氣液兩相變成具有一定過熱度的低溫、低壓純氣態(tài)形式之后進(jìn)入制冷壓縮機(jī)。

壓縮過程：在制冷壓縮機(jī)中，過熱的制冷蒸汽被壓縮至要求的冷凝壓力，制冷劑變成高溫高壓具有一定過熱度的氣態(tài)制冷劑，之后進(jìn)入冷凝器。

放熱過程：在冷凝器中，高溫高壓氣態(tài)制冷劑與防凍液進(jìn)行熱交換，由高溫高壓的過熱態(tài)制冷劑逐步冷凝成具有一定過冷度的高溫高壓的液態(tài)制冷劑，隨后進(jìn)入儲(chǔ)液器，通過儲(chǔ)液器存儲(chǔ)液態(tài)制冷劑，接著在干燥過濾器中除去制冷劑中可能存在的雜質(zhì)及水分后進(jìn)入電子膨脹閥。

節(jié)流過程：在電子膨脹閥中，具有一定過冷度的液態(tài)制冷劑通過電子膨脹閥的節(jié)流降壓作用，變成氣液兩相的制冷劑后重新流入蒸發(fā)器。

當(dāng)檢測(cè)到液冷設(shè)備供液溫度超出設(shè)定范圍時(shí)，計(jì)算機(jī)根據(jù)系統(tǒng)控制律解算出壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)指令，制冷壓縮機(jī)控制器根據(jù)接收到的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)指令控制壓縮機(jī)電機(jī)運(yùn)行，從而改變系統(tǒng)制冷能力，將液冷設(shè)備的供液溫度控制在合理范圍內(nèi)；在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，當(dāng)壓縮機(jī)入口過熱度超出設(shè)定范圍，系統(tǒng)控制器根據(jù)系統(tǒng)控制律解算出膨脹閥開度調(diào)節(jié)指令，膨脹閥執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作，將壓縮機(jī)入口溫度控制在合理范圍內(nèi)。

2 故障分析與定位

針對(duì)某型飛機(jī)報(bào)蒸發(fā)循環(huán)制冷組件故障，以吸氣壓力低為故障頂事件構(gòu)建故障樹，如圖2所示。

2.1 傳感器故障

蒸發(fā)循環(huán)制冷組件的吸氣壓力由壓縮機(jī)進(jìn)口壓力傳感器采集，如果傳感器出現(xiàn)故障導(dǎo)致采集的壓力參數(shù)錯(cuò)誤（壓力偏低），根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置，當(dāng)吸氣壓力低于安全保護(hù)下限（150kPa）時(shí)，將引發(fā)系統(tǒng)吸氣壓力低報(bào)故停機(jī)。通過查看故障架次飛參數(shù)據(jù)，壓縮機(jī)進(jìn)口壓力參數(shù)均在正常值范圍內(nèi)，并沒有出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常情況，據(jù)此可以排除傳感器故障的可能。

2.2 制冷劑不足

當(dāng)蒸發(fā)循環(huán)制冷組件內(nèi)制冷劑含量不足時(shí)，在運(yùn)行過程中，參與循環(huán)的制冷劑流量不足，導(dǎo)致蒸發(fā)壓力不足，吸氣壓力偏低，將引發(fā)系統(tǒng)溫度高報(bào)故停機(jī)。

蒸發(fā)循環(huán)制冷裝置管路接口密封失效和換熱器內(nèi)部制冷劑通道與防凍液通道串漏均會(huì)導(dǎo)致管路中制冷劑泄漏，蒸發(fā)循環(huán)制冷裝置制冷劑不足。待機(jī)狀態(tài)下，設(shè)備內(nèi)部傳感器壓力示數(shù)對(duì)應(yīng)的飽和壓力與環(huán)境相同，因此排除制冷劑大量泄漏的可能性。利用手持式檢漏設(shè)備對(duì)蒸發(fā)循環(huán)制冷裝置進(jìn)行詳細(xì)檢查：只有蒸發(fā)器出口位置接口在檢漏設(shè)備置于高精度檔位下測(cè)出有告警，低精度檔位下無告警，其余接口均無告警。設(shè)備拆下后，單獨(dú)對(duì)蒸發(fā)器、冷凝器兩個(gè)換熱器進(jìn)行檢測(cè)，并未檢測(cè)到發(fā)生串漏的現(xiàn)象。

檢漏設(shè)備低精度檔位靈敏度為30g/年，高精度檔位靈敏度為3g/年，一方面這么微小的泄漏量不會(huì)造成設(shè)備制冷劑不足，另一方面也不會(huì)對(duì)設(shè)備使用造成任何影響，由此可以排除制冷劑不足引起設(shè)備停機(jī)的可能。

2.3 制冷劑通道堵塞

當(dāng)蒸發(fā)循環(huán)制冷裝置內(nèi)制冷劑通道堵塞時(shí)，參與循環(huán)的制冷劑流量將不足，導(dǎo)致蒸發(fā)壓力偏低，吸氣壓力偏低，引發(fā)系統(tǒng)溫度高報(bào)故停機(jī)。制冷劑通道臟堵可能緣于蒸發(fā)器臟堵、冷凝器臟堵、膨脹閥開度不足、干燥過濾器臟堵等原因。

1）蒸發(fā)器臟堵

蒸發(fā)器臟堵會(huì)使參與循環(huán)的制冷劑流量不足，導(dǎo)致蒸發(fā)壓力不足，吸氣壓力偏低。這種情況下，由于蒸發(fā)器的節(jié)流能力較強(qiáng)，會(huì)導(dǎo)致蒸發(fā)器進(jìn)口溫度對(duì)應(yīng)的飽和壓力遠(yuǎn)大于蒸發(fā)器出口壓力。查看飛參數(shù)據(jù)，兩個(gè)壓力基本相同，現(xiàn)象與理論分析不相符，據(jù)此可以排除蒸發(fā)器臟堵的可能。

2）冷凝器臟堵

冷凝器臟堵會(huì)使參與循環(huán)的制冷劑流量不足，導(dǎo)致蒸發(fā)壓力不足，吸氣壓力偏低。這種情況下，由于冷凝器臟堵，會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)排氣困難，使排氣壓力明顯增大。查看飛參數(shù)據(jù)，排氣壓力正常，并沒有出現(xiàn)明顯增高現(xiàn)象，現(xiàn)象與理論分析不相符，據(jù)此可以排除冷凝器臟堵的可能。

3）電子膨脹閥開度不足

電子膨脹閥開度不足會(huì)使參與循環(huán)的制冷劑流量不足，導(dǎo)致蒸發(fā)壓力不足，吸氣壓力偏低。電子膨脹閥在蒸發(fā)循環(huán)制冷裝置待機(jī)狀態(tài)下的開度為最大95%，在設(shè)備待機(jī)狀態(tài)下拔掉電子膨脹閥驅(qū)動(dòng)控制電纜，再多次啟動(dòng)蒸發(fā)循環(huán)制冷裝置，設(shè)備依然是報(bào)吸氣壓力低故障而停機(jī)。拆下電子膨脹閥，觀察其開度，確認(rèn)為最大，表明之前的試驗(yàn)過程中電子膨脹閥開度為全開的最大狀態(tài)，據(jù)此可以排除膨脹閥開度不足的可能。

4）干燥過濾器臟堵

干燥過濾器臟堵會(huì)使參與循環(huán)的制冷劑流量不足，導(dǎo)致蒸發(fā)壓力不足，吸氣壓力偏低。這種情況下，由于干燥過濾器的節(jié)流效果較強(qiáng)，會(huì)導(dǎo)致干燥過濾器進(jìn)口溫度遠(yuǎn)大于儲(chǔ)液器出口溫度。在機(jī)上啟動(dòng)蒸發(fā)循環(huán)制冷裝置進(jìn)行檢查，干燥過濾器進(jìn)口為環(huán)境溫度30℃，但出口已經(jīng)結(jié)霜，低于0℃度，現(xiàn)象與理論分析一致，據(jù)此判定干燥過濾器臟堵造成吸氣壓力低故障。

3 故障排除

干燥過濾器是蒸發(fā)循環(huán)制冷裝置上的一個(gè)附屬小產(chǎn)品，其功能主要是將蒸發(fā)循環(huán)制冷裝置中的制冷劑先經(jīng)過塊狀干燥過濾芯吸收可能存在的水分，然后經(jīng)過濾網(wǎng)過濾掉可能存在的雜質(zhì)，以保證制冷劑中可能存在的水分及雜質(zhì)不被帶入制冷裝置，從而保證蒸發(fā)循環(huán)制冷裝置連續(xù)、正常地工作。從機(jī)上拆下蒸發(fā)循環(huán)制冷裝置，配合廠家人員更換干燥過濾器，然后設(shè)備裝機(jī)啟動(dòng)進(jìn)行通電檢查，故障現(xiàn)象消失，設(shè)備工作正常；壓縮機(jī)進(jìn)口壓力符合技術(shù)要求，故障得以排除。

4 總結(jié)

處于科研試飛中的機(jī)載電子設(shè)備，在復(fù)雜的工作環(huán)境下，故障的發(fā)生不可避免。因此，加強(qiáng)和豐富保障人員自身的排故能力尤為重要。不僅需加強(qiáng)理論學(xué)習(xí)，掌握系統(tǒng)內(nèi)部交聯(lián)關(guān)系及邏輯關(guān)系，也要掌握航空產(chǎn)品設(shè)備各組件的功能，進(jìn)而不斷總結(jié)、推理，注重經(jīng)驗(yàn)積累，提高維修質(zhì)量，才能更好地保障科研試飛。