蒸发循环吸气压力低故障分析研究

宁国虎 刘彦龙 张慧杰

摘要：某型飞机蒸发循环制冷组件因报吸气压力低故障停机，多次重启仍报吸气压力低，无法正常工作。对蒸发循环制冷装置的系统原理图进行研究，逐层分析故障树，从理论上对故障的发生机理进行分析并最终定位和排除，可为液冷系统蒸发循环制冷装置故障的排除提供参考。

关键词：蒸发循环；吸气压力；故障

Keywords：evaporation cycle；suction pressure；failure

1 蒸发循环制冷装置

蒸发循环制冷装置是某型飞机液冷系统的核心部件，主要功能是在液冷設备负载变化和燃油热沉温度变化的条件下自动调节冷量输出，保持液冷设备的供液温度在规定范围内。

1.1 系统结构组成

蒸发循环制冷装置主要由制冷压缩机、冷凝器、储液器、干燥过滤器、膨胀阀、蒸发器和制冷压缩机控制器组成。

1.2 工作原理

蒸发循环制冷装置是利用制冷剂的相态变化来转移热量，其在液冷系统中的工作原理如图1所示。

吸热过程：在蒸发器中，吸收了电子设备热量的冷却液与制冷剂进行热交换，制冷剂由气液两相变成具有一定过热度的低温、低压纯气态形式之后进入制冷压缩机。

压缩过程：在制冷压缩机中，过热的制冷蒸汽被压缩至要求的冷凝压力，制冷剂变成高温高压具有一定过热度的气态制冷剂，之后进入冷凝器。

放热过程：在冷凝器中，高温高压气态制冷剂与防冻液进行热交换，由高温高压的过热态制冷剂逐步冷凝成具有一定过冷度的高温高压的液态制冷剂，随后进入储液器，通过储液器存储液态制冷剂，接着在干燥过滤器中除去制冷剂中可能存在的杂质及水分后进入电子膨胀阀。

节流过程：在电子膨胀阀中，具有一定过冷度的液态制冷剂通过电子膨胀阀的节流降压作用，变成气液两相的制冷剂后重新流入蒸发器。

当检测到液冷设备供液温度超出设定范围时，计算机根据系统控制律解算出压缩机转速调节指令，制冷压缩机控制器根据接收到的压缩机转速调节指令控制压缩机电机运行，从而改变系统制冷能力，将液冷设备的供液温度控制在合理范围内；在系统运行过程中，当压缩机入口过热度超出设定范围，系统控制器根据系统控制律解算出膨胀阀开度调节指令，膨胀阀执行相应动作，将压缩机入口温度控制在合理范围内。

2 故障分析与定位

针对某型飞机报蒸发循环制冷组件故障，以吸气压力低为故障顶事件构建故障树，如图2所示。

2.1 传感器故障

蒸发循环制冷组件的吸气压力由压缩机进口压力传感器采集，如果传感器出现故障导致采集的压力参数错误（压力偏低），根据系统设置，当吸气压力低于安全保护下限（150kPa）时，将引发系统吸气压力低报故停机。通过查看故障架次飞参数据，压缩机进口压力参数均在正常值范围内，并没有出现数据异常情况，据此可以排除传感器故障的可能。

2.2 制冷剂不足

当蒸发循环制冷组件内制冷剂含量不足时，在运行过程中，参与循环的制冷剂流量不足，导致蒸发压力不足，吸气压力偏低，将引发系统温度高报故停机。

蒸发循环制冷装置管路接口密封失效和换热器内部制冷剂通道与防冻液通道串漏均会导致管路中制冷剂泄漏，蒸发循环制冷装置制冷剂不足。待机状态下，设备内部传感器压力示数对应的饱和压力与环境相同，因此排除制冷剂大量泄漏的可能性。利用手持式检漏设备对蒸发循环制冷装置进行详细检查：只有蒸发器出口位置接口在检漏设备置于高精度档位下测出有告警，低精度档位下无告警，其余接口均无告警。设备拆下后，单独对蒸发器、冷凝器两个换热器进行检测，并未检测到发生串漏的现象。

检漏设备低精度档位灵敏度为30g/年，高精度档位灵敏度为3g/年，一方面这么微小的泄漏量不会造成设备制冷剂不足，另一方面也不会对设备使用造成任何影响，由此可以排除制冷剂不足引起设备停机的可能。

2.3 制冷剂通道堵塞

当蒸发循环制冷装置内制冷剂通道堵塞时，参与循环的制冷剂流量将不足，导致蒸发压力偏低，吸气压力偏低，引发系统温度高报故停机。制冷剂通道脏堵可能缘于蒸发器脏堵、冷凝器脏堵、膨胀阀开度不足、干燥过滤器脏堵等原因。

1）蒸发器脏堵

蒸发器脏堵会使参与循环的制冷剂流量不足，导致蒸发压力不足，吸气压力偏低。这种情况下，由于蒸发器的节流能力较强，会导致蒸发器进口温度对应的饱和压力远大于蒸发器出口压力。查看飞参数据，两个压力基本相同，现象与理论分析不相符，据此可以排除蒸发器脏堵的可能。

2）冷凝器脏堵

冷凝器脏堵会使参与循环的制冷剂流量不足，导致蒸发压力不足，吸气压力偏低。这种情况下，由于冷凝器脏堵，会导致压缩机排气困难，使排气压力明显增大。查看飞参数据，排气压力正常，并没有出现明显增高现象，现象与理论分析不相符，据此可以排除冷凝器脏堵的可能。

3）电子膨胀阀开度不足

电子膨胀阀开度不足会使参与循环的制冷剂流量不足，导致蒸发压力不足，吸气压力偏低。电子膨胀阀在蒸发循环制冷装置待机状态下的开度为最大95%，在设备待机状态下拔掉电子膨胀阀驱动控制电缆，再多次启动蒸发循环制冷装置，设备依然是报吸气压力低故障而停机。拆下电子膨胀阀，观察其开度，确认为最大，表明之前的试验过程中电子膨胀阀开度为全开的最大状态，据此可以排除膨胀阀开度不足的可能。

4）干燥过滤器脏堵

干燥过滤器脏堵会使参与循环的制冷剂流量不足，导致蒸发压力不足，吸气压力偏低。这种情况下，由于干燥过滤器的节流效果较强，会导致干燥过滤器进口温度远大于储液器出口温度。在机上启动蒸发循环制冷装置进行检查，干燥过滤器进口为环境温度30℃，但出口已经结霜，低于0℃度，现象与理论分析一致，据此判定干燥过滤器脏堵造成吸气压力低故障。

3 故障排除

干燥过滤器是蒸发循环制冷装置上的一个附属小产品，其功能主要是将蒸发循环制冷装置中的制冷剂先经过块状干燥过滤芯吸收可能存在的水分，然后经过滤网过滤掉可能存在的杂质，以保证制冷剂中可能存在的水分及杂质不被带入制冷装置，从而保证蒸发循环制冷装置连续、正常地工作。从机上拆下蒸发循环制冷装置，配合厂家人员更换干燥过滤器，然后设备装机启动进行通电检查，故障现象消失，设备工作正常；压缩机进口压力符合技术要求，故障得以排除。

4 总结

处于科研试飞中的机载电子设备，在复杂的工作环境下，故障的发生不可避免。因此，加强和丰富保障人员自身的排故能力尤为重要。不仅需加强理论学习，掌握系统内部交联关系及逻辑关系，也要掌握航空产品设备各组件的功能，进而不断总结、推理，注重经验积累，提高维修质量，才能更好地保障科研试飞。