A320发动机引气系统低压故障分析

潘涛

【摘 要】本文采用航线维修中常见A320发动机引气系统低压故障为研究对象，列出在日常航线维修工作中遇到的故障现象、故障模式、故障规律和遇到的問题。首先将该系统的调压和调温功能作为两个独立部分来对发动机引气系统功用进行讲述。文中通过以往的排故案例将理论和实际有机地结合起来，使文中的分析不是纸上谈兵，空洞无物。本文最后还综合人为原因、部件质量、外部环境等诱发因素，既得出处理发动机引气系统引起低压的效手段，又将日常航线维修工作中可为与不可为、现实与不现实的现状一针见血地指出。为今后今后排故步骤的优化和如何降低该故障的发生率找到了方向。

【关键词】引气;调压;调温;热交换;测试设备;在翼测试

随着民航事业的迅猛发展和现代技术的不断进步，旅客对飞行过程客舱舒适度的要求逐渐得到满足。一个湿度、温度、压力几乎接近地面状态的飞行客舱，已经成为现实。稳定的引气系统，是实现上述功能的基本保证。但A320机队的发动机引气系统故障在华南地区会出现季节性。每当雨季期间，故障率会频发，到了秋冬季，故障率降低。

飞机引气系统由发动机和APU提供气源，经过调温调压后，为下游的空调、增压、大翼防冰系统输送，同时也为液压油箱、饮用水箱提供增压压力。引气系统的工作稳定是其下游系统安全可靠工作的前提。发动机引气系统低压是飞机引气系统的常见故障，按照排故手册TSM程序以往曾用的手段是连续换件，此举要基于新件自身的质量保证，而且需要每次的验证测试，所以排故周期长，变数很多。为此，航线维修工作中对故障的隔离判断方法产生了两种流派的争论，有人认为只能按照排故手册程序，不管排故周期多长。也有人认为只要把系统原理吃透，按照经验就能够提高效率。虽然上述两种方法都有成功的案例，但均受限于部件质量与工作者素质，效率和实操性都不强。如果能结合引气系统的原理分析，按照排故手册程序，利用先进的辅助设备，就可以迅速隔离故障范围，缩短排故时间，提高航班安全性和正常性。

1 发动机引气系统的工作原理

1.1 发动机引气系统的功用

从发动机压气机引出的空气高温、高压。分别由系统内的调压部件，将压力降低恒定至40PSI;由系统内的调温部件将温度降低恒定至200摄氏度，然后送到引气总管提供给下游的空调、客舱增压、大翼防冰系统等用户。

1.2 发动机引气系统的组成

引气系统主要部件由高压引气活门（HPV）、中压引气口、压力调节活门（PRV）、过压活门（OPV）、风扇空气活门FAV及它们的控制部件，加上两台引气监控组件BMC组成，如图1 所示。

图1 引气系统调压原理图

（摘自A320培训手册）

调压部件：HPV、PRV、OPV和控制电磁阀CTL SOL。

调温部件：FAV、热交换器（预冷器）、恒温器。

1.3 发动机引气系统调压功能的工作原理

如图1所示，压气机引气位置有两个，分别是中压（IP）引气口和高压引气口（HP）。引气源的压力随着发动机功率的变化而变化。引气系统目的地（引气总管）需要一个相对恒定，约40PSI的压力。高压引气口的压力远大于中压引气口，为防止同时引气时，高压引气从中压引气口返回发动机压气机造成损伤，在高、中压引气口的出口交汇处设置了单向活门。中压引气口与压气机直通，只要发动机运转，引气就直接引出。高压引气活门HPV将上游的压力降低至36PSI后向下游输出至PRV。压力调节活门PRV的上游有两条之路，流经高压引气活门HPV的支路压力受控，但通过单向活门与直通压气机的支路，直接受发动机功率的影响，PRV最大压降调节至最大44PSI向下游输出。为防止超压（PRV调压失效），过压活门OPV在上游压力达到75PSI时开始作动，80PSI时完全关闭。当发动机在低转速运行时（地面慢车），因中压引气口压力不足，主要靠高压引气口的引气供到引气总管，此时引气对发动机的功率损耗很大，但时间很短。随着发动机转速提升（EPR大于1.08），中压引气口压力足以满足引气总管需求，如果仍然使用高压引气，发动机的稳定性和经济型就会受到很大的影响。此时EEC就会通过转换电磁阀，使HPV关闭。HPV、PRV、OPV均为气动、气控部件，电控功能是通过其外围的电磁阀改变控制气路来获得。

1）压力基准控制A

黄腔压力随上游压力的变化而变化，推动黄腔膜片的上下位移，带动黑色调节活门的开度变化，反过来控制进入黄腔的压力，直到二者平衡，使离开压力基准控制机构的压力恒定。

2）HPV的开关控制

经过基准控制器的恒压气流只有在控制阀下移的前提下才能进入HPV的打开腔室，否则就顶开单向控制口的珠子，进入HPV的关闭腔，使HPV保持关闭。控制阀的位移取决于红腔内的压力是否使得作动膜片位移，红腔的压力通过传压管与PRV相连。HPV的开关气动与PRV有关。

3）压力基准控制B

当活门下游压力足够大时，才能克服定压调节器的弹簧加载力，进入HPV的关闭腔，企图使HPV关闭;另一路来到开关控制器的单向控制口，企图使珠子关闭开口。

①基准调节

黄腔膜片的位移推动调节杆，使PRV进口压力经调节输出（红线）恒定，同时也将调节阀顶开，允许PRV下游气流进入关闭腔（绿线）。

②开关调节机构

棕色腔室的膜片位移，通过控制阀控制进入PRV打开腔的开关气路（红线）。该阀门打开前，红色气路可以克服钢珠的弹簧力，进入PRV的关闭腔室，使PRV气动关闭。随着PRV的打开，下游压力（绿线）上升后，钢珠单向阀才会关上。

③与HPV的互联

棕色作动腔的压力来自于HPV的上游，能否推动膜片位移，取决于热控电磁阀对传压管压力的调节和控制。棕色气路还有一支分支引自基准调节机构底部，即使HPV上游的传压管漏气，也不影响PRV的开关控制。

上游气路（PRV的出口）的压力通过活门壁上的小孔传到调节器组件REGULATOR ASSEMBLY，与里面的加载弹簧力比较。当气压大于75PSI时，黑色阀被推开，气流到达活门的关闭腔室CLOSING CHAMBER推动活塞向右边位移，带动蝶形活门朝关闭位转动。上游气压达到80PSI，活门完全关闭。

①防反流控制

正常情况应该是PRV上游压力大于下游压力（发动机引气状态），如果出现相反（地面APU引气状态），为了保护PRV上游的部件和发动机，该装置使PRV保持在关闭状态，不允许反流的发生。当PRV下游压力大于上游，膜片左移，下游压力进入电磁阀作动腔，推动衔铁向上运动，带动放气阀打开，使传压管通大气，PRV关闭（绿线）。

②热敏控制

探头位于PRV的下游，经过预冷器热交换后的气流中。温度变化使探温棒产生热胀冷缩的蠕变位移，在尖头阀门处控制传压管通大气的开度，从而对PRV的开度大小进行微调。

③电磁控制

发动机引气电门直接控制该处的电磁线圈，衔铁的上下运动，控制传压管是否通大气，从而控制PRV的开或关。

④气动连接

PRV和HPV的传压管相接，最终都连到此处。只要电磁阀通大气，PRV和HPV的传压管均释压，两者都关闭。

转换电磁阀4029KS位于HPV和PRV的传压管之间，由EEC直接控制。当发动机处于大功率时，中压引气口压力足以供给下游系统工作，为了保证发动机的稳定性和经济性，转换电磁阀使该段传压管通大气，结果是HPV关断，PRV继续工作。反之，当发动机处于小功率状态（地面慢车或高度下降收油门），中压引气口压力不足，转换电磁阀使传压管不通大气，结果是HPV和PRV同时工作。

1.4 发动机引气系统调温功能的工作原理

风扇涵道的低温气流与引气管路的高温气流在热交换器里进行能量交换，以达到对引气系统调温的作用。调温功能分热路和冷路调节两部分。恒温器CTL THRMST与风扇活门FAV是冷路气流控制的主要部件，控制和计量流经热交换器（预冷器）的冷气量。控制电磁阀CTL SOL和压力调节活门PRV是热路气流控制的主要部件，控制和计量流经热交换器（预冷器）的热气量。二者独立控制又相互作用，达到引气温度控制的功能。使得最后到达引气总管的温度恒定在200摄氏度左右，当控制电磁阀CTL SOL探测到预冷器出口温度到达240摄氏度，PRV关断引气。

预冷器出口空气（绿线）通过壁孔进入恒温器内部，当温度在安全阀值以下时，绿线空气从气孔排入大气，导致与FAV打开腔室联通的传压管压力不够，FAV关闭。随着预冷器出口空气温度的上升，探温棒因为热胀冷缩，逐渐减小通气孔的开度。结果的一方面是传压管的压力上升（黄线），FAV逐渐打开;另一方面是A腔室的压力也上升（黄线），膜片向下位移，黑色阀门减小开度，壁孔的进气压力下降。当二者达到平衡后，FAV的开度就固定下来。恒温器与FAV之间完全是气动式的闭环控制。

2 发动机引气系统的常见故障

2.1 常见故障的种类

在航线经常出现的发动机引气系统故障有：压力摆动、过压关断、低压关断、超温关断四种。

2.2 控制电磁阀CTL SOL故障

（1）内部密封原因。

（2）外部原因：电磁阀位于发动机吊架11#钟位置内部，通过整流板上的格栅与大气相通。格栅开后朝后，飞行中气流将积聚在里面的热气带出，雨水不能进到里面。地面时，雨水可以透过格栅进入吊架，由内部排水孔和专门通道收集引导，最后通过吊架尾部的排水管，流出机外。如果内部的排水管道积垢过多或堵塞，外部雨水的积聚甚至过满，就会渗入到电插头里面，导致电磁阀失效，此故障模式直接导致引气失效。

2.3 人为因素导致的故障

在引气失效排故过程中也发现，传压管磨损漏气和气管接头松动同样占据相当大的比例。图2 所示的例子比较典型，引气系统部件均属于高温部件，热应力大。如果传压管的支架安装不正确，与传压硬管之间在工作的热蠕变状态产生过大的应力，导致本身产生裂纹，硬管接头的薄弱处产生裂纹，漏气导致引气失效。另外传压软管的安装同样非常重要，不规范的弯曲和管卡安装不当，与外部硬物接触，也会磨损漏气。

图2 引气系统内部连接图

3 发动机引气系统故障对运行的影响

3.1 安全性的影响

引气系统下游的主要用户有空调系统、客舱增压系统、大翼防冰系统。厂家冗余的双系统设计拓展了安全的裕度。 当出现单引气失效，剩余的引气系统要负担全部的空调、增压和大翼防冰的负载，容易导致超温关断，从而引发次生的双发引气失效的不安全后果。现使用的新版MEL限制条件已经放宽，只要遵守MEL手册的飞行高度限制（低于37000英尺）和在结冰条件下飞行员实施正确的操作（将引气失效侧的空调组件关闭），安全是可以保证的[3]。

3.2 适航性的影响

发动机引气系统故障的放行模式只有两种：一是HPV关闭模式，包括HPV失效或中压引气单向活门失效，均要将HPV锁定在关闭位。另一种是单系统失效模式，包括PRV、OPV、FAV、预冷器、控制电磁阀、恒温器失效，均要将其所在的发动机引气系统视为失效。

HPV关闭模式，大部分时间发动机工作在大转速，中压引气压力足够，与无故障状态相同。只在发动机低功率状态（如飞行下降阶段），因引气口输出压力不够，才如同单引气失效状态，需要机组进行保护性的操作。所以此种放行模式不受任何限制。

3.3 公司性政策的影响

如现我们单位执行的措施是：因为超温导致单发引气失效排故后，必须按照单引气、双空调的构型进行试大车测试后方能放行飞机。但现今各大机场对于飞机试大车的场地使用非常苛刻，经常为了等机位和风向，一拖就要5-6小时。如果采用了文中所使用的设备和方法，排故准确性可以保证，部件质量进一步提高后，试大车测试就可以省略，航班正常性得到提高。

4 结论

发动机引气系统故障不可避免，原因多种多样。经过原理的分析和故障的总结，可以发现在日常航线维修工作中其实是可以有所作为的。只要将导致故障人为因素去除，采取科学维修的方法，再施以有效的预防性措施，就能够将故障率减少。

定期疏通吊架排水管路，可以使雨水不會积聚，这种貌似多余的额外的工作，更加值得我们的重视。排故人员掌握测试设备的使用方法和技巧，能够提高判断故障的准确性，事半功倍的培训工作刻不容缓。当然，部件自身的质量问题，可靠性问题我们航线维修人员无能为力。但我相信，只要坚持以上四种措施，尽力所能及的努力，A320发动机引气系统的故障率一定能够降低，故障的季节性问题一定会改善。

【参考文献】

[1]中国民用航空总局.民用航空器飞行事故等级[Z].1993-10-16.

[2]Airbus. A319/A320/A321 Aircraft Maintenance Manual[Z]. August 1， 2013.

[3]Airbus.A319/A320/A321 Minimum Equipment List[Z]. August 1， 2013.

[责任编辑：杨玉洁]