一種快速定位SR20 飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)滲漏漏點(diǎn)的方法

■ 劉宗福/中國民用航空飛行學(xué)院洛陽分院

早期通用小飛機(jī)的座艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，其原理是通過螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)和飛行中的沖壓空氣動(dòng)力、通風(fēng)風(fēng)扇或二者結(jié)合，將壓縮空氣引入座艙達(dá)到通風(fēng)散熱目的。近年來，西銳SR20 型飛機(jī)成為國內(nèi)飛行訓(xùn)練的主力初教機(jī)型，某飛行學(xué)院擁有SR20 G3、SR20 G5 和SR20 G6 三種型號(hào)，均選裝構(gòu)型相同、原理先進(jìn)的空調(diào)系統(tǒng)，改善了飛機(jī)座艙環(huán)境和飛行人員夏季高溫天氣訓(xùn)練的座艙舒適度，進(jìn)一步保障飛行安全。但空調(diào)系統(tǒng)故障率較高，且安裝和分布在整個(gè)飛機(jī)機(jī)身，管路長(zhǎng)，安裝空間狹窄，可維護(hù)性較差，空調(diào)系統(tǒng)發(fā)生滲漏故障時(shí)確定漏點(diǎn)較為困難。

1 空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)型

如圖1 所示，SR20 飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)由以下部件組成：區(qū)域A（位于防火墻前部）有空調(diào)壓縮機(jī)，電磁離合器等設(shè)備；區(qū)域B（位于左主座下方）有蒸發(fā)器、蒸發(fā)器風(fēng)扇、蒸發(fā)器電機(jī)、結(jié)冰開關(guān)、內(nèi)循環(huán)活門、壓力開關(guān)等設(shè)備；C 區(qū)域（位于行李艙地板下）有冷凝器、冷凝器風(fēng)扇、冷凝器電機(jī)、儲(chǔ)液干燥罐，各設(shè)備之間通過管路及其接頭相連，座艙有空調(diào)系統(tǒng)控制面板和ECS 環(huán)境控制系統(tǒng)集成組件，空調(diào)系統(tǒng)使用制冷劑（R134a 四氟乙烷）。

2 空調(diào)系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)采用經(jīng)典的蒸氣壓縮式循環(huán)制冷原理設(shè)計(jì)，使用制冷劑為R134a（四氟乙烷），標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下制冷劑沸點(diǎn)為－26.1℃，常溫下以氣態(tài)形式存在。按下座艙空調(diào)系統(tǒng)控制面板的“雪花”按鈕，當(dāng)管路制冷劑壓力符合設(shè)計(jì)范圍時(shí)，冷凝器上的壓力開關(guān)閉合，且蒸發(fā)器未結(jié)冰時(shí)，蒸發(fā)器上的結(jié)冰開關(guān)閉合，壓縮機(jī)繼電器吸合，壓縮機(jī)電磁離合器吸合，系統(tǒng)開始?jí)嚎s制冷劑。經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后的氣態(tài)高溫高壓制冷劑，通過儲(chǔ)液體干燥罐將制冷劑中的雜質(zhì)和水蒸汽過濾，防止水蒸汽進(jìn)入蒸發(fā)器后因低溫結(jié)冰而堵塞管路，并防止水分與系統(tǒng)內(nèi)機(jī)油結(jié)合反應(yīng)形成酸性物質(zhì)腐蝕管路。一部分液態(tài)制冷劑儲(chǔ)存在干燥罐中，用于系統(tǒng)管路中制冷劑流量不足時(shí)的續(xù)流和補(bǔ)充，剩余的制冷劑流入膨脹閥入口。從冷凝器的干燥罐流出的液態(tài)氟利昂經(jīng)過H 形膨脹閥的定流孔定流作用后，變?yōu)榈蛪褐袦氐乃姆彝閲婌F，制冷劑的沸點(diǎn)隨之降低，使經(jīng)過蒸發(fā)器時(shí)更容易被汽化。膨脹閥的主要作用是調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的四氟乙烷噴霧流量，使其在蒸發(fā)器中流至散熱片回路最末端之前全部被汽化，一方面充分利用蒸發(fā)器的散熱片面積使霧狀制冷劑盡可能汽化，冷卻座艙空氣，另一方面避免液態(tài)制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)而造成損壞。由于壓縮機(jī)被設(shè)計(jì)為只能壓縮氣態(tài)的制冷劑，當(dāng)液態(tài)制冷劑進(jìn)入后會(huì)對(duì)壓縮機(jī)的活塞形成“液擊”而損壞壓縮機(jī)，因此在灌充制冷劑時(shí)應(yīng)保證系統(tǒng)中總制冷劑量為手冊(cè)規(guī)定的1.8lb（只允許輕微超量）。進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量由膨脹閥進(jìn)出回路的溫度差控制，通過調(diào)節(jié)內(nèi)部的頂部感溫包、頂桿、膜片、彈簧和彈簧座的運(yùn)動(dòng)，改變流入蒸發(fā)器回路開度，從而調(diào)整流入蒸發(fā)器的流量。低壓中溫的霧狀四氟乙烷流經(jīng)蒸發(fā)器的散熱片時(shí)，因沸點(diǎn)降低，加上蒸發(fā)器風(fēng)扇通風(fēng)作用，更容易吸收座艙中空氣的熱量而汽化，冷卻流經(jīng)散熱片的空氣，實(shí)現(xiàn)制冷目的。空調(diào)系統(tǒng)制冷原理如圖2 所示。

圖2 空調(diào)系統(tǒng)原理圖

3 空調(diào)系統(tǒng)故障情況

表1 為SR20 飛機(jī)各系統(tǒng)故障統(tǒng)計(jì)表，從中可以看出，2011 年1 月至2022年10 月期間，該型飛行空調(diào)系統(tǒng)故障達(dá)610 次。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，絕大多數(shù)故障為空調(diào)不制冷或制冷效果差以及空調(diào)壓縮機(jī)接耳裂紋，而空調(diào)系統(tǒng)線路故障的情況較少?？照{(diào)系統(tǒng)不制冷的原因包括空調(diào)壓縮機(jī)皮帶磨損或皮帶張力不夠、壓縮機(jī)內(nèi)部故障、制冷劑壓力不足、冷凝器濾網(wǎng)臟和內(nèi)部散熱風(fēng)扇電機(jī)不工作等。

表1 SR20飛機(jī)各系統(tǒng)故障統(tǒng)計(jì)表

對(duì)于壓縮機(jī)不制冷或制冷效果差的故障，首先檢查壓縮機(jī)皮帶是否斷裂或皮帶力矩不足。該型飛機(jī)的空調(diào)壓縮機(jī)由機(jī)匣附件齒輪箱直接傳動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)驅(qū)動(dòng)輪通過皮帶帶動(dòng)壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)和溫度變化將加速皮帶老化和缺乏韌性，導(dǎo)致壓縮機(jī)皮帶易出現(xiàn)斷裂或松動(dòng)；壓縮機(jī)安裝形式也會(huì)使壓縮機(jī)接耳容易產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致壓縮機(jī)無法正常工作，出現(xiàn)這類問題時(shí)更換相應(yīng)損壞的部件即可使空調(diào)正常工作。

如果壓縮機(jī)和皮帶無異常，應(yīng)檢查壓縮機(jī)上高低壓管路接頭是否有腐蝕或滲漏痕跡，若有則說明制冷劑滲漏。通常由于滲漏點(diǎn)極小或漏點(diǎn)位置不易確定，重新灌充制冷劑后的空調(diào)系統(tǒng)雖能工作一小段時(shí)間，但隨著時(shí)間的推移制冷劑以微小的滲漏量滲漏，當(dāng)制冷劑壓力不足時(shí)，壓力開關(guān)無法閉合將造成空調(diào)系統(tǒng)不工作，表現(xiàn)出的故障現(xiàn)象即為空調(diào)不制冷。

4 滲漏點(diǎn)檢測(cè)方法

依據(jù)AMM 手冊(cè)的排故建議，當(dāng)空調(diào)制冷效果不足時(shí)，可能的原因包括制冷劑壓力低或泄漏、有空氣進(jìn)入空調(diào)系統(tǒng)、冷凝器故障、高壓管路堵塞、儲(chǔ)液干燥管堵塞、壓縮機(jī)故障、空調(diào)系統(tǒng)中機(jī)油過多等。根據(jù)故障統(tǒng)計(jì)情況，2011年1 月至2022 年10 月該型飛行空調(diào)系統(tǒng)故障610 次，其中空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)制冷劑壓力不足占13.6%，可見空調(diào)系統(tǒng)滲漏的故障率較高。下文針對(duì)制冷劑壓力低或有滲漏情況進(jìn)行分析。

手冊(cè)建議對(duì)制冷劑壓力低或泄漏情況執(zhí)行檢測(cè)/檢查系統(tǒng)管道制冷劑泄漏試驗(yàn)，必要時(shí)修復(fù)泄漏。手冊(cè)提示執(zhí)行空調(diào)系統(tǒng)滲漏檢測(cè)要在環(huán)境溫度高于18℃條件下進(jìn)行，需要一臺(tái)電子制冷劑檢測(cè)設(shè)備，通過其自動(dòng)檢查所有管道連接件和組件是否泄漏。但該方法描述簡(jiǎn)單，只能確定空調(diào)系統(tǒng)管路是否滲漏而不能確定滲漏點(diǎn)位置。該檢測(cè)方法的第一步是排空空調(diào)系統(tǒng)，第二步是根據(jù)需要修理或更換部件和管道，第三步是增壓空調(diào)系統(tǒng)，第四步是重復(fù)檢查泄漏情況。手冊(cè)提供的檢測(cè)方法雖有效但不詳細(xì)。

結(jié)合AMM 手冊(cè)的排故建議，本文提出一種“適壓滲漏檢測(cè)法”。需要的設(shè)備和器材包括一臺(tái)自動(dòng)式制冷劑檢測(cè)設(shè)備（以下簡(jiǎn)稱制冷劑檢測(cè)儀）、一罐可用的制冷劑、一瓶全新的空調(diào)系統(tǒng)機(jī)油。需注意的是，執(zhí)行空調(diào)系統(tǒng)滲漏檢測(cè)須在環(huán)境溫度高于18℃情況下進(jìn)行。

具體操作步驟如下。

第一步：工作前準(zhǔn)備。首先檢查制冷劑檢測(cè)儀可用性，然后通過壓力管將制冷劑罐出口與制冷劑檢測(cè)儀相連，便于后續(xù)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行制冷劑灌充；將全新的空調(diào)系統(tǒng)機(jī)油瓶安裝至制冷劑檢測(cè)儀，便于通過儀器自動(dòng)完成注油。

第二步：設(shè)備自檢。分別將制冷劑檢測(cè)儀的高壓管路和低壓管路與飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的高壓管路和低壓管路相連，接通制冷劑檢測(cè)儀電源，通電后使檢測(cè)儀進(jìn)行自檢，待自檢通過后才能進(jìn)行下一步工作。

第三步：回收儲(chǔ)存。利用制冷劑檢測(cè)儀回收功能，將飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)的余量制冷劑和機(jī)油回收，整個(gè)過程注意觀察制冷劑和機(jī)油的回收量，初步判斷空調(diào)系統(tǒng)是否存在滲漏。

第四步：抽真空及滲漏檢測(cè)。排空空調(diào)系統(tǒng)后，使用制冷劑檢測(cè)儀對(duì)空調(diào)系統(tǒng)抽真空，便于測(cè)試儀對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)判斷。抽真空完成后，設(shè)置檢測(cè)儀在真空狀態(tài)下保持5 ～10min，一旦空調(diào)系統(tǒng)有滲漏，檢測(cè)儀將不能保持真空狀態(tài)。

第五步：適壓灌充檢測(cè)漏點(diǎn)。為保護(hù)空調(diào)系統(tǒng)免受損害，經(jīng)多次排故經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，先按照標(biāo)準(zhǔn)給空調(diào)系統(tǒng)灌充適量的機(jī)油，再向空調(diào)灌充1.0lb 左右的制冷劑（手冊(cè)規(guī)定對(duì)空調(diào)系統(tǒng)灌充的制冷劑為1.8lb）。隨著空調(diào)系統(tǒng)壓力逐漸增加，即可沿著空調(diào)系統(tǒng)管路檢查是否有滲漏點(diǎn)，因?yàn)榇嬖跐B漏點(diǎn)時(shí)制冷劑和少許機(jī)油將從漏點(diǎn)滲出，由此可確定漏點(diǎn)位置。

第六步：修理或更換。確定漏點(diǎn)所在位置后，重新執(zhí)行第三步，將空調(diào)系統(tǒng)排空，再根據(jù)需要修理或更換部件和管道。

第七步：更換新部件后需執(zhí)行第五步，待空調(diào)系統(tǒng)通過制冷劑測(cè)試儀的真空測(cè)試后，即可按照正常灌充程序執(zhí)行制冷劑的灌充。

5 總結(jié)

本文介紹了SR20 型飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)和工作原理，通過對(duì)空調(diào)系統(tǒng)制冷劑壓力不足、空調(diào)系統(tǒng)滲漏、制冷效果差等故障進(jìn)行原因分析，提出一種便于實(shí)施的“適壓滲漏檢測(cè)法”，該方法的優(yōu)點(diǎn)是可利用現(xiàn)有維護(hù)技術(shù)文件和專業(yè)維護(hù)設(shè)備，無需增加其他附加設(shè)備；操作簡(jiǎn)便，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)無損害；易形成教案，便于培訓(xùn)?？蔀楹罄m(xù)空調(diào)系統(tǒng)滲漏故障的排故提供參考，降低飛機(jī)停場(chǎng)時(shí)間，提高飛機(jī)使用率。