某型飞机温度控制活门维修分析

■ 刘彬/北京安达维尔机械维修技术有限公司

长期以来，波音737NG飞机空调系统中温度控制活门（TCV）可靠性差、故障率高，厂家对维修手册多次换版，对部件进行改装升级，但都没有得到明显改善。本文结合TCV在飞机上的工作原理进行全面系统的分析，将飞机系统故障信息与维修车间对故障情况的测试进行关联，帮助判断故障类型，制定相关修理措施。

1 TCV所处飞机系统位置及功能

1.1 TCV功能介绍

图1为温度控制活门（TCV）所处飞机空调系统位置，每架波音737NG飞机安装了5个。其中，左右空调包各一个，主要作用为控制高温引气流量；其余三个分别安装于前客舱、后客舱和驾驶舱压力配平系统中，主要作用为配合上游压力调节活门对客舱分区压力进行控制。

TCV与空调冷却系统共同作用，来自发动机引气系统的高温气体经过流量控制活门（FCV）调节流量后分为两路，其中一路进入TCV控制管路，作为高温气流，另一路进入冷却系统，由空气循环机（ACM）等部件进行降温，形成低温气流。两路温度不同的气流共同进入空调主分配系统进行混合，形成温度适宜的空气，输送到客舱和驾驶舱。

从图1中可以看出，TCV作为唯一控制气体温度的机械执行部件，通过活门开度调节高温引气流量，同时改变冷却系统压力，ACM制冷效率随之改变，达到空调系统温度调节的目的。

1.2 TCV系统控制原理

图1 TCV气路连接示意图

图2 空调系统温度控制示意图

图2为空调温度系统控制图，温度传感器感受空调温度，将信号反馈至区域温度控制器（ZTC），ZTC分析温度信号，向空调组件（ACCU）发出相应指令，由电门组件控制TCV作动，转动TCV活门板，调节高温引气流量，达到控制温度的目的；同时，TCV上电门指示活门处于全关、全开或半开位置，相应的位置信号也传输到ZTC。

ZTC对温度的控制为自动模式，通过温度信号，不断向TCV输出作动电流信号。ZTC输出的是离散型信号，控制电流为脉冲式，该供电模式要求空调组件和TCV执行元件迅速且可靠，以达到动态平衡。

图3为TCV原理图，由活门本体及旋转作动筒组成，旋转作动筒包含电容、电机、电门及一系列齿轮组件；电源通过电容启动电机，电机高速旋转，由齿轮减速，输出轴带动活门本体上的活门板转动，同时输出轴上安装凸轮，在活门处于全开位或者全关位时触动电门作动臂，由电门输出位置信号。

2 机上关于TCV的故障信息

飞机上的TCV故障分为两种：飞行时该活门因故障报警或者地面检测表现为TCV故障。飞行时的故障信息一般为“PACK灯亮”，表现为空调管路超温，活门调节温度不受控；地面检测出的故障多是由区域温度控制器自检得到，判断温度控制活门出现故障。另外通过温度监测，也可得到左右空调温差较大，证明TCV调节出现故障，一般都是由于TCV作动异常或者内漏超标造成。针对TCV在飞机上表现的故障，需要对TCV拆换，进行离位检测或维修。

3 离位维修时TCV故障类型

根据飞机上反映的有关TCV的故障情况，并结合实际维修过程中的分析，将TCV故障类型分为四类：活门内漏超标、机械性卡滞、电气元件故障、电路连接故障。

3.1 活门内漏超标

1）活门板密封环磨损或断裂

密封环磨损或者断裂脱落，将造成活门内漏超标。活门板上密封环安装于活门板槽处，当活门处于关闭位置时，密封环与活门壳体形成密封，阻止上游高温引气进入下游。但随着活门板上密封环在使用过程中不断磨损，外径尺寸逐渐变小，已无法形成有效密封，导致空调系统降温不明显。目视检查时可以看到活门板密封处明显透光。

引气中含有碳颗粒等杂质，当这些杂质慢慢填充在活门板槽与密封环的间隙中时，将导致活门板上密封环无法自由移动。当活门板转动到关闭位置时可能造成密封环断裂。

2）活门壳体磨损

长时间使用后，活门壳体与密封环接触区域会出现磨损，造成壳体内径变大，导致密封不严。

3.2 部件机械性卡滞

1）轴承卡阻

部件上包含多个轴承，其中活门壳体上下两端的轴承所处环境极差，容易受积炭和高温气流影响，出现锈蚀、转动卡阻等现象；旋转作动筒上轴承密封较好，但轴承上的润滑脂容易受高温影响造成卡阻；电机上两个高速旋转轴承的滚道也容易损坏，在使用一段时间后均表现为滚动卡滞。

2）齿轮磨损

由于齿轮配合间隙不当、齿轮润滑失效等原因，传动齿轮齿间啮合处会出现非正常磨损，最终导致传动失效或者卡滞，如图4所示。

3.3 电气元件故障

1）电门指示信号故障

电气元件故障率最高的是电门指示故障，具体表现为电门在导通时电阻大范围波动，也可能出现断路。对电门进行分解检查，故障点多为弹性触片的触点氧化，导通性不良。图5所示为部件在高温环境下作动时不能自由弹起，造成指示信号相反。

图3 TCV工作原理图

图4 齿轮磨损

2）电容破裂

电容的作用是启动单相交流电机。如果出现机械性卡滞，通电启动时电能将无法释放，造成电容内部膨胀破裂。结合系统连线图分析，频繁的脉冲供电模式也会造成电容散热不及时，使之出现破裂的情况。

3.4 电路连接故障

电路连接故障的隐蔽性较高，在一般的故检测试中很少能够发现。飞机上多为高温、振动等复杂环境，而区域温度控制器（ZTC）的脉冲供电模式，使部件在短时间内频繁作动、启停，一旦部件有故障隐患就很容易出现偶发故障，因此，日常维护中应对此重点关注。通常，电路连接故障大概分为以下两类。

1）导线在焊接处的连接隐患

如图6所示，由于高温和振动因素影响，红色导线在焊接结尾处出现发黑迹象，绿色导线束部分已经断开。

2）插孔连接处导通不良

如图7所示，电机在正反转切换过程中会产生微小位移，致使电机上插针孔扩大，高温环境又使插针氧化变黑，容易产生接触不良或者不能接触故障。

4 修理措施

根据上述对故障类型的分类，总结和制定了相关的维修措施。

4.1 活门内漏超标修理的措施

1）活门板及密封环的修理

活门板为金属材料，不容易出现磨损，维修时进行彻底清洗，去除多余积炭（见图8），检查密封环安装槽内的清洁度，确保槽宽符合手册要求。密封环材质为碳材料，按照手册进行分解后更换新件。

2）活门壳体磨损修理

按照手册中工艺要求进行修补剂涂抹、机加工，使活门壳体内径符合手册要求。

4.2 机械性卡滞修理措施

1）轴承的检查和修理

对轴承进行分解清洗，手动转动轴承，如高速转动过程时不稳定、低速转动时感觉滚道磨损，则进行更换。对于清洗后判断为合格的轴承涂抹润滑脂。

2）齿轮传动部分的维护

对齿轮进行清洗后，使用高倍放大镜或显微镜观察齿轮啮合面，如发现点蚀或异常磨损，则对齿轮进行更换。组装齿轮时应注意调节间隙，切忌分解时有多少调节垫片，组装时还装多少调节垫片。这是因为铝合金壳体在高温环境下会产生形变，组装过程中应严格进行间隙测量，确保齿轮传动时各间隙值合适，防止齿轮啮合不够或者啮合过紧而造成卡滞。齿轮传动需要有效的润滑，对上下壳体贴合处进行清理，以保证良好的密封，避免齿轮上润滑脂短时间内挥发或氧化。

图5 电门故障形式

图6 导线断开图

图7 插孔电导通失效图

图8 清洗后的密封环安装槽

4.3 电气元件修理措施

1）电门组装

电门组装时涉及导线焊接和固定螺钉安装。导线与电门接线端焊接时，应将电烙铁调节到合适的温度，温度过高则容易导致内部触点氧化，温度过低则容易虚焊，焊锡使用量不宜过多，避免过多热量传导到触点，焊接完成后焊接点结尾处切忌弯折，避免应力过大导致振动工作环境下产生疲劳断路。

2）电容检查

目视检查电容外观，如出现膨胀破裂、电容介质裸露等现象，应更换电容，同时还应测量电容值、绝缘性，以确保电容合格。

4.4 电路连接检查及修理措施

1）导线焊接点的修理

该部件上焊接点较多，需要仔细检查每一个焊点，如发现焊接点焊锡有氧化现象（正常焊接点焊锡为光亮银白色）或导线有乌黑迹象，应重新对焊点进行焊接。

2）插针插孔连接处的检查和修理

按照手册要求对插孔孔径进行验证，确保与插针连接牢固。如果插孔变大或者插孔出现氧化，应进行更换。使用5000目抛光纸去除插针表面的积炭和氧化物，力度不宜过大，避免损坏插针表面镀层。

5 结束语

TCV的维修可靠性在业内一直是一个难题，通过不断总结，证明该部件不仅仅是电门可靠性低，而且每一个子部件在维修过程中的每一个步骤都可能影响部件的整体性能，需要维修者进行系统分析，严格执行维修工艺，提升维修标准，改善部件可靠性，赢得客户满意度。