APS3200型APU滑油系統(tǒng)常見故障及排故方法

劉昕 侯治赫 劉鵬博

摘要：滑油系統(tǒng)是APU最重要的系統(tǒng)之一，本文根據(jù)APU滑油系統(tǒng)的工作原理，結(jié)合APU試車測(cè)試臺(tái)的大量試車數(shù)據(jù)給出了該系統(tǒng)的常見故障及其排故思路，并制定了相應(yīng)的排故決策圖，通過該研究，提高了APS3200型APU滑油系統(tǒng)的各種常見故障的排故效率，節(jié)省了大量人力和時(shí)間成本，在民航維修領(lǐng)域具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義，并對(duì)其他類型故障的排故工作具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：輔助動(dòng)力裝置；滑油系統(tǒng)；排故決策圖；常見故障

Keywords：APU；oil system；troubleshooting decision diagram；common failure

0 引言

APS3200型APU是由普惠加拿大公司出品的一款航空輔助動(dòng)力裝置，應(yīng)用在空客A320系列飛機(jī)上。

滑油系統(tǒng)是APU內(nèi)部最重要的系統(tǒng)之一，其作用是潤(rùn)滑、冷卻和清潔APU內(nèi)部的齒輪、軸承以及交流發(fā)電機(jī)。該系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)APU的使用壽命和性能表現(xiàn)有著非常重要的影響。

本文針對(duì)APS3200型APU滑油系統(tǒng)的常見故障，根據(jù)系統(tǒng)的理論知識(shí)，結(jié)合APU試車測(cè)試臺(tái)的相關(guān)數(shù)據(jù)和排故經(jīng)驗(yàn)，分析了造成滑油系統(tǒng)各種故障的原因，提出了針對(duì)性的排故方法，能夠有效地提高排故效率。

1 APS3200型APU滑油系統(tǒng)簡(jiǎn)介

滑油系統(tǒng)包括三個(gè)部分，分別是供油路、回油路和通氣路（見圖1）。滑油系統(tǒng)工作時(shí)，由滑油量傳感器、滑油低壓電門以及滑油溫度傳感器等監(jiān)控部件對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)督，確保系統(tǒng)穩(wěn)定、安全地運(yùn)行。

1.1 供油路

該型APU的附件齒輪箱同時(shí)作為 APU滑油的結(jié)構(gòu)油箱為滑油系統(tǒng)提供滑油。當(dāng)APU起動(dòng)時(shí)，ECB向除油活門通電，活門打開，此時(shí)供油泵還不能將滑油供入系統(tǒng)，這樣是為了降低APU的起動(dòng)負(fù)載。當(dāng)APU加速到55%轉(zhuǎn)速時(shí)，ECB停止向除油活門供電，此時(shí)供油泵向系統(tǒng)供油。滑油先后經(jīng)過滑油散熱器、滑油濾后，分別到達(dá)前軸承、后軸承、齒輪箱內(nèi)部齒輪和軸承以及交流發(fā)電機(jī)等處，進(jìn)行潤(rùn)滑、冷卻和清潔。

1.2 回油路

該系統(tǒng)部件的回油方式包括重力回油和回油泵回油。重力回油的部件包括前軸承、齒輪箱內(nèi)部齒輪和軸承等，滑油在潤(rùn)滑各部件后在重力的作用下回到齒輪箱內(nèi)。回油泵回油的部件包括交流發(fā)電機(jī)和后軸承，在各自回油泵的作用下，滑油在潤(rùn)滑各部件后回到齒輪箱內(nèi)。

1.3 通氣路

在齒輪箱內(nèi)部，有一個(gè)帶有輻射狀孔的空軸的油氣分離器齒輪，它不只起到中間傳動(dòng)作用，當(dāng)APU運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，齒輪箱內(nèi)會(huì)形成油氣混和霧，依靠油氣分離器齒輪旋轉(zhuǎn)將油氣進(jìn)行分離，使滑油依靠重力和離心力作用回到油槽內(nèi)，而氣體通過輻射狀的孔進(jìn)入齒輪箱腔體內(nèi)的一條氣路，并通過一根氣管到達(dá)排氣段，排出機(jī)外。

2 APU滑油系統(tǒng)常見故障類型及排故方法

該型APU滑油系統(tǒng)常見故障類型包括滑油壓力高、滑油壓力低、滑油溫度高、滑油系統(tǒng)污染以及滑油滲漏等。

2.1 滑油壓力高

1）滑油壓力高的危害

APU在翼運(yùn)行時(shí)，飛機(jī)上并不能監(jiān)測(cè)到滑油系統(tǒng)壓力。因此，如果APU長(zhǎng)期在滑油壓力高的狀態(tài)下工作，可能造成系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)封嚴(yán)以及滑油噴嘴等部件的損壞，進(jìn)而造成滑油滲漏。有些由于滑油耗量高而下發(fā)的APU，其根本原因是滑油壓力高。

2）故障分析及排故方法

該型APU滑油系統(tǒng)的正常壓力范圍為50～60psig，當(dāng)滑油壓力過高時(shí)，釋壓活門會(huì)被打開，形成一條釋壓通道，將部分滑油引回到供油泵入口處，從而降低系統(tǒng)內(nèi)的滑油壓力。釋壓活門是滑油系統(tǒng)內(nèi)唯一的壓力調(diào)節(jié)部件，其本身是一個(gè)固定閥值的彈簧活門。因此，一旦發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)滑油壓力高，就說明釋壓活門未起作用，必須對(duì)其進(jìn)行更換，才能排除故障。

2.2 滑油壓力低

1）滑油壓力低的危害

該型APU在起動(dòng)完成后，滑油低壓電門（LOP）每隔10s對(duì)系統(tǒng)壓力進(jìn)行一次測(cè)試。當(dāng)滑油壓力低于35psig時(shí)，該電門會(huì)向電子控制盒（ECB）發(fā)送信號(hào)，觸發(fā)APU自動(dòng)停車。

2）故障分析及排故方法

可能引起APU滑油壓力低的原因包括：LOP電門故障、釋壓活門閾值過低或卡砠、供油泵損壞，以及滑油管路有異物堵塞、大量漏油等。由于大量漏油而引起滑油壓力低的故障現(xiàn)象是非常明顯的，只需找到漏點(diǎn)進(jìn)行修理即可。如果沒有大量的漏油卻出現(xiàn)了滑油壓力低現(xiàn)象，根據(jù)APU試車臺(tái)的排故經(jīng)驗(yàn)，首先應(yīng)確認(rèn)是否是由于LOP電門故障而造成的，拆下該電門進(jìn)行測(cè)試或直接進(jìn)行更換，如果更換后故障現(xiàn)象依舊，則對(duì)釋壓活門進(jìn)行檢查。如果釋壓活門的內(nèi)置彈簧損壞使其閾值低于35psig，或者活門被金屬屑等異物卡住造成系統(tǒng)無法建立正常的滑油壓力時(shí)，都會(huì)造成滑油壓力過低的現(xiàn)象。如果確認(rèn)釋壓活門正常，則檢查供油泵是否損壞。該型APU的滑油供油泵是一個(gè)定容的葉片泵，因此只要其結(jié)構(gòu)部件沒有損壞就可以確認(rèn)供油泵沒有問題。最后檢查滑油管路是否堵塞，如果管路內(nèi)存在嚴(yán)重堵塞，有可能造成滑油無法進(jìn)入系統(tǒng)，導(dǎo)致APU自動(dòng)停車。

APU滑油壓力低排故決策圖如圖2所示。

2.3滑油溫度高

1）滑油溫度高的危害

該型APU工作時(shí)，由一個(gè)滑油溫度傳感器來監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的滑油溫度，當(dāng)滑油溫度高于135℃時(shí)，傳感器會(huì)向ECB發(fā)送信號(hào)，觸發(fā)APU自動(dòng)停車。

2）故障分析及排故方法

可能引起APU滑油溫度過高的原因包括：滑油散熱器阻塞、冷卻風(fēng)扇失效或功率過低、發(fā)電機(jī)異常高溫、滑油溫度傳感器假信號(hào)等。如果出現(xiàn)滑油溫度過高而導(dǎo)致APU自動(dòng)停車，根據(jù)以往的排故經(jīng)驗(yàn)，首先檢查滑油散熱器是否堵塞，發(fā)現(xiàn)堵塞后，清理或更換滑油散熱器即可。如果散熱器沒有問題就要檢查冷卻風(fēng)扇是否失效或功率過低，將其拆下進(jìn)行檢查或直接更換。如果冷卻風(fēng)扇沒有問題，則需檢查發(fā)電機(jī)表面溫度，如果發(fā)現(xiàn)異常高溫，則需更換發(fā)電機(jī)后重新進(jìn)行測(cè)試。如果上述部件都沒有問題，就需要檢查滑油溫度傳感器，確認(rèn)是否由于該傳感器故障發(fā)出假信號(hào)而引起APU自動(dòng)停車。滑油溫度傳感器的可靠性非常高，極少發(fā)生故障，而且其安裝位置在齒輪箱的前側(cè)靠下的位置，拆下時(shí)會(huì)造成大量的滑油泄漏。由于發(fā)電機(jī)異常高溫而引起的滑油系統(tǒng)超溫的現(xiàn)象也非常少，因此當(dāng)出現(xiàn)滑油溫度高自動(dòng)停車時(shí)，優(yōu)先考慮滑油散熱器和冷卻風(fēng)扇故障。

APU滑油溫度高排故決策圖如圖3所示。

2.4 滑油中有金屬屑

1）金屬屑的類型

在檢查磁堵時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)有金屬屑，并不能確定該APU的滑油系統(tǒng)已經(jīng)被污染，需要根據(jù)金屬屑的類型、數(shù)量并結(jié)合近期對(duì)滑油系統(tǒng)各部件的維修及更換記錄進(jìn)行判斷。通常情況下，系統(tǒng)內(nèi)新產(chǎn)生的金屬屑為銀色針狀或片狀，如果發(fā)現(xiàn)該類型的金屬屑一定要嚴(yán)肅對(duì)待。如果只是發(fā)現(xiàn)少量黑色或參雜銀色的碎屑，而且該APU近期更換過滑油散熱器，可能只是因滑油散熱器內(nèi)部管路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，清洗時(shí)沒有徹底清除內(nèi)部殘殘存在管路內(nèi)的金屬屑所致。

2）發(fā)現(xiàn)金屬屑時(shí)的排故方法

檢查磁堵時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)金屬屑，排故方法如下：

a. 首先檢查系統(tǒng)供油油濾，如果在油濾上未發(fā)現(xiàn)或只發(fā)現(xiàn)少量黑色金屬碎屑，可以初步判斷這些金屬屑為齒輪箱或滑油散熱器內(nèi)殘留的金屬屑，滑油系統(tǒng)并未被污染，繼續(xù)正常使用APU，并持續(xù)對(duì)磁堵和油濾上的金屬屑情況進(jìn)行關(guān)注。

b.如果在油濾上發(fā)現(xiàn)較多的金屬碎屑，但其中并無銀色針狀或片狀金屬屑，則需要更換該油濾及系統(tǒng)內(nèi)的滑油，清潔磁堵后APU運(yùn)轉(zhuǎn)15min，再次檢查磁堵和油濾。通常情況下，磁堵上可能還會(huì)有少量金屬屑，但油濾上的金屬屑會(huì)大幅度減少，這種情況下可以初步判斷金屬屑為齒輪箱或滑油散熱器內(nèi)殘留的金屬屑，滑油系統(tǒng)并未被污染。

c.如果發(fā)現(xiàn)磁堵上有銀色針狀或片狀的金屬屑，很有可能是軸承等關(guān)鍵部件損傷所產(chǎn)生，在系統(tǒng)油濾上也會(huì)發(fā)現(xiàn)類似的金屬屑，這種情況是不被允許的，該APU需要下發(fā)進(jìn)行修理。

d.如果發(fā)現(xiàn)磁堵和油濾上都有大量的金屬屑，甚至油濾旁通指示銷已經(jīng)彈出，顯示系統(tǒng)油濾已經(jīng)旁通打開，說明滑油系統(tǒng)已經(jīng)被污染，需要將APU下發(fā)進(jìn)行修理。

滑油中有金屬屑的排故方法決策圖如圖5所示。

2.5 滑油滲漏

1）常見滑油滲漏點(diǎn)及滲漏現(xiàn)象

該型APU最常見的滲漏點(diǎn)分別為前唇形封嚴(yán)、后唇形封嚴(yán)、前碳封嚴(yán)、后碳封嚴(yán)、前氣封嚴(yán)、后氣封嚴(yán)、后軸承腔供油管路和回油管路與后軸承腔接口處。如果前唇形封嚴(yán)處漏油，那么在余油面板最前方的余油孔中會(huì)有滑油流出。如果后唇形封嚴(yán)處漏油，在APU尾噴管處的齒輪箱通氣管路的出口處會(huì)有滑油流出。前碳封嚴(yán)和前氣封嚴(yán)配合工作，防止齒輪箱內(nèi)的滑油進(jìn)入負(fù)載壓氣機(jī)，一旦此處漏油，會(huì)有滑油進(jìn)入蝸殼，再經(jīng)余油面板中間的余油孔流出。同樣，后碳封嚴(yán)和后氣封嚴(yán)配合工作，防止后軸承腔內(nèi)的滑油進(jìn)入APU動(dòng)力段，一旦此處漏油，會(huì)有滑油從尾噴管中排出，如果發(fā)生這種情況，APU停車后可以目視觀察到二級(jí)渦輪葉片上有滑油。后軸承腔供油管或回油管與后軸承腔接口處的滲漏一般比較緩慢，很難在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)，短時(shí)間內(nèi)也不會(huì)引起滑油耗量增高，但隨著時(shí)間的積累，在漏油處會(huì)有大量的油泥形成，故障現(xiàn)象也是非常明顯的。

2）滑油滲漏的原因

造成滑油滲漏的主要原因包括以下幾點(diǎn)：

a.滑油系統(tǒng)內(nèi)滑油壓力過高，造成各封嚴(yán)損壞，詳見本文2.1節(jié)中的內(nèi)容。

b.前氣封嚴(yán)依靠從動(dòng)力段引來的一根外部管路提供密封氣源，如果該管路堵塞或斷裂，都會(huì)造成氣源缺失，從而使前氣封嚴(yán)失去作用，從而引起滑油滲漏。

c.如果APU在翼使用時(shí)間過長(zhǎng)，部分封嚴(yán)可能因老化而引起漏油，該現(xiàn)象主要發(fā)生在前后唇形封嚴(yán)以及后軸承腔供油管和回油管與后軸承腔接口處的封嚴(yán)上。

3 結(jié)論

經(jīng)過APU試車臺(tái)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，本文提出的排故方法能夠快速有效地排除APS3200型APU滑油系統(tǒng)的上述故障，進(jìn)一步提高排故效率，節(jié)省大量人力和時(shí)間成本，在民航維修領(lǐng)域具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義，并可對(duì)其他類型故障的排故工作提供一定參考。