蒸發循環吸氣壓力低故障分析研究

寧國虎 劉彥龍 張慧杰

摘要：某型飛機蒸發循環制冷組件因報吸氣壓力低故障停機，多次重啟仍報吸氣壓力低，無法正常工作。對蒸發循環制冷裝置的系統原理圖進行研究，逐層分析故障樹，從理論上對故障的發生機理進行分析并最終定位和排除，可為液冷系統蒸發循環制冷裝置故障的排除提供參考。

關鍵詞：蒸發循環；吸氣壓力；故障

Keywords：evaporation cycle；suction pressure；failure

1 蒸發循環制冷裝置

蒸發循環制冷裝置是某型飛機液冷系統的核心部件，主要功能是在液冷設備負載變化和燃油熱沉溫度變化的條件下自動調節冷量輸出，保持液冷設備的供液溫度在規定范圍內。

1.1 系統結構組成

蒸發循環制冷裝置主要由制冷壓縮機、冷凝器、儲液器、干燥過濾器、膨脹閥、蒸發器和制冷壓縮機控制器組成。

1.2 工作原理

蒸發循環制冷裝置是利用制冷劑的相態變化來轉移熱量，其在液冷系統中的工作原理如圖1所示。

吸熱過程：在蒸發器中，吸收了電子設備熱量的冷卻液與制冷劑進行熱交換，制冷劑由氣液兩相變成具有一定過熱度的低溫、低壓純氣態形式之后進入制冷壓縮機。

壓縮過程：在制冷壓縮機中，過熱的制冷蒸汽被壓縮至要求的冷凝壓力，制冷劑變成高溫高壓具有一定過熱度的氣態制冷劑，之后進入冷凝器。

放熱過程：在冷凝器中，高溫高壓氣態制冷劑與防凍液進行熱交換，由高溫高壓的過熱態制冷劑逐步冷凝成具有一定過冷度的高溫高壓的液態制冷劑，隨后進入儲液器，通過儲液器存儲液態制冷劑，接著在干燥過濾器中除去制冷劑中可能存在的雜質及水分后進入電子膨脹閥。

節流過程：在電子膨脹閥中，具有一定過冷度的液態制冷劑通過電子膨脹閥的節流降壓作用，變成氣液兩相的制冷劑后重新流入蒸發器。

當檢測到液冷設備供液溫度超出設定范圍時，計算機根據系統控制律解算出壓縮機轉速調節指令，制冷壓縮機控制器根據接收到的壓縮機轉速調節指令控制壓縮機電機運行，從而改變系統制冷能力，將液冷設備的供液溫度控制在合理范圍內；在系統運行過程中，當壓縮機入口過熱度超出設定范圍，系統控制器根據系統控制律解算出膨脹閥開度調節指令，膨脹閥執行相應動作，將壓縮機入口溫度控制在合理范圍內。

2 故障分析與定位

針對某型飛機報蒸發循環制冷組件故障，以吸氣壓力低為故障頂事件構建故障樹，如圖2所示。

2.1 傳感器故障

蒸發循環制冷組件的吸氣壓力由壓縮機進口壓力傳感器采集，如果傳感器出現故障導致采集的壓力參數錯誤（壓力偏低），根據系統設置，當吸氣壓力低于安全保護下限（150kPa）時，將引發系統吸氣壓力低報故停機。通過查看故障架次飛參數據，壓縮機進口壓力參數均在正常值范圍內，并沒有出現數據異常情況，據此可以排除傳感器故障的可能。

2.2 制冷劑不足

當蒸發循環制冷組件內制冷劑含量不足時，在運行過程中，參與循環的制冷劑流量不足，導致蒸發壓力不足，吸氣壓力偏低，將引發系統溫度高報故停機。

蒸發循環制冷裝置管路接口密封失效和換熱器內部制冷劑通道與防凍液通道串漏均會導致管路中制冷劑泄漏，蒸發循環制冷裝置制冷劑不足。待機狀態下，設備內部傳感器壓力示數對應的飽和壓力與環境相同，因此排除制冷劑大量泄漏的可能性。利用手持式檢漏設備對蒸發循環制冷裝置進行詳細檢查：只有蒸發器出口位置接口在檢漏設備置于高精度檔位下測出有告警，低精度檔位下無告警，其余接口均無告警。設備拆下后，單獨對蒸發器、冷凝器兩個換熱器進行檢測，并未檢測到發生串漏的現象。

檢漏設備低精度檔位靈敏度為30g/年，高精度檔位靈敏度為3g/年，一方面這么微小的泄漏量不會造成設備制冷劑不足，另一方面也不會對設備使用造成任何影響，由此可以排除制冷劑不足引起設備停機的可能。

2.3 制冷劑通道堵塞

當蒸發循環制冷裝置內制冷劑通道堵塞時，參與循環的制冷劑流量將不足，導致蒸發壓力偏低，吸氣壓力偏低，引發系統溫度高報故停機。制冷劑通道臟堵可能緣于蒸發器臟堵、冷凝器臟堵、膨脹閥開度不足、干燥過濾器臟堵等原因。

1）蒸發器臟堵

蒸發器臟堵會使參與循環的制冷劑流量不足，導致蒸發壓力不足，吸氣壓力偏低。這種情況下，由于蒸發器的節流能力較強，會導致蒸發器進口溫度對應的飽和壓力遠大于蒸發器出口壓力。查看飛參數據，兩個壓力基本相同，現象與理論分析不相符，據此可以排除蒸發器臟堵的可能。

2）冷凝器臟堵

冷凝器臟堵會使參與循環的制冷劑流量不足，導致蒸發壓力不足，吸氣壓力偏低。這種情況下，由于冷凝器臟堵，會導致壓縮機排氣困難，使排氣壓力明顯增大。查看飛參數據，排氣壓力正常，并沒有出現明顯增高現象，現象與理論分析不相符，據此可以排除冷凝器臟堵的可能。

3）電子膨脹閥開度不足

電子膨脹閥開度不足會使參與循環的制冷劑流量不足，導致蒸發壓力不足，吸氣壓力偏低。電子膨脹閥在蒸發循環制冷裝置待機狀態下的開度為最大95%，在設備待機狀態下拔掉電子膨脹閥驅動控制電纜，再多次啟動蒸發循環制冷裝置，設備依然是報吸氣壓力低故障而停機。拆下電子膨脹閥，觀察其開度，確認為最大，表明之前的試驗過程中電子膨脹閥開度為全開的最大狀態，據此可以排除膨脹閥開度不足的可能。

4）干燥過濾器臟堵

干燥過濾器臟堵會使參與循環的制冷劑流量不足，導致蒸發壓力不足，吸氣壓力偏低。這種情況下，由于干燥過濾器的節流效果較強，會導致干燥過濾器進口溫度遠大于儲液器出口溫度。在機上啟動蒸發循環制冷裝置進行檢查，干燥過濾器進口為環境溫度30℃，但出口已經結霜，低于0℃度，現象與理論分析一致，據此判定干燥過濾器臟堵造成吸氣壓力低故障。

3 故障排除

干燥過濾器是蒸發循環制冷裝置上的一個附屬小產品，其功能主要是將蒸發循環制冷裝置中的制冷劑先經過塊狀干燥過濾芯吸收可能存在的水分，然后經過濾網過濾掉可能存在的雜質，以保證制冷劑中可能存在的水分及雜質不被帶入制冷裝置，從而保證蒸發循環制冷裝置連續、正常地工作。從機上拆下蒸發循環制冷裝置，配合廠家人員更換干燥過濾器，然后設備裝機啟動進行通電檢查，故障現象消失，設備工作正常；壓縮機進口壓力符合技術要求，故障得以排除。

4 總結

處于科研試飛中的機載電子設備，在復雜的工作環境下，故障的發生不可避免。因此，加強和豐富保障人員自身的排故能力尤為重要。不僅需加強理論學習，掌握系統內部交聯關系及邏輯關系，也要掌握航空產品設備各組件的功能，進而不斷總結、推理，注重經驗積累，提高維修質量，才能更好地保障科研試飛。