一種快速定位SR20 飛機空調系統滲漏漏點的方法

■ 劉宗福/中國民用航空飛行學院洛陽分院

早期通用小飛機的座艙通風系統設計簡單，其原理是通過螺旋槳轉動和飛行中的沖壓空氣動力、通風風扇或二者結合，將壓縮空氣引入座艙達到通風散熱目的。近年來，西銳SR20 型飛機成為國內飛行訓練的主力初教機型，某飛行學院擁有SR20 G3、SR20 G5 和SR20 G6 三種型號，均選裝構型相同、原理先進的空調系統，改善了飛機座艙環境和飛行人員夏季高溫天氣訓練的座艙舒適度，進一步保障飛行安全。但空調系統故障率較高，且安裝和分布在整個飛機機身，管路長，安裝空間狹窄，可維護性較差，空調系統發生滲漏故障時確定漏點較為困難。

1 空調系統構型

如圖1 所示，SR20 飛機空調系統由以下部件組成：區域A（位于防火墻前部）有空調壓縮機，電磁離合器等設備；區域B（位于左主座下方）有蒸發器、蒸發器風扇、蒸發器電機、結冰開關、內循環活門、壓力開關等設備；C 區域（位于行李艙地板下）有冷凝器、冷凝器風扇、冷凝器電機、儲液干燥罐，各設備之間通過管路及其接頭相連，座艙有空調系統控制面板和ECS 環境控制系統集成組件，空調系統使用制冷劑（R134a 四氟乙烷）。

2 空調系統工作原理

系統采用經典的蒸氣壓縮式循環制冷原理設計，使用制冷劑為R134a（四氟乙烷），標準大氣壓條件下制冷劑沸點為－26.1℃，常溫下以氣態形式存在。按下座艙空調系統控制面板的“雪花”按鈕，當管路制冷劑壓力符合設計范圍時，冷凝器上的壓力開關閉合，且蒸發器未結冰時，蒸發器上的結冰開關閉合，壓縮機繼電器吸合，壓縮機電磁離合器吸合，系統開始壓縮制冷劑。經壓縮機壓縮后的氣態高溫高壓制冷劑，通過儲液體干燥罐將制冷劑中的雜質和水蒸汽過濾，防止水蒸汽進入蒸發器后因低溫結冰而堵塞管路，并防止水分與系統內機油結合反應形成酸性物質腐蝕管路。一部分液態制冷劑儲存在干燥罐中，用于系統管路中制冷劑流量不足時的續流和補充，剩余的制冷劑流入膨脹閥入口。從冷凝器的干燥罐流出的液態氟利昂經過H 形膨脹閥的定流孔定流作用后，變為低壓中溫的四氟乙烷噴霧，制冷劑的沸點隨之降低，使經過蒸發器時更容易被汽化。膨脹閥的主要作用是調節進入蒸發器的四氟乙烷噴霧流量，使其在蒸發器中流至散熱片回路最末端之前全部被汽化，一方面充分利用蒸發器的散熱片面積使霧狀制冷劑盡可能汽化，冷卻座艙空氣，另一方面避免液態制冷劑進入壓縮機而造成損壞。由于壓縮機被設計為只能壓縮氣態的制冷劑，當液態制冷劑進入后會對壓縮機的活塞形成“液擊”而損壞壓縮機，因此在灌充制冷劑時應保證系統中總制冷劑量為手冊規定的1.8lb（只允許輕微超量）。進入蒸發器的制冷劑流量由膨脹閥進出回路的溫度差控制，通過調節內部的頂部感溫包、頂桿、膜片、彈簧和彈簧座的運動，改變流入蒸發器回路開度，從而調整流入蒸發器的流量。低壓中溫的霧狀四氟乙烷流經蒸發器的散熱片時，因沸點降低，加上蒸發器風扇通風作用，更容易吸收座艙中空氣的熱量而汽化，冷卻流經散熱片的空氣，實現制冷目的。空調系統制冷原理如圖2 所示。

圖2 空調系統原理圖

3 空調系統故障情況

表1 為SR20 飛機各系統故障統計表，從中可以看出，2011 年1 月至2022年10 月期間，該型飛行空調系統故障達610 次。經統計，絕大多數故障為空調不制冷或制冷效果差以及空調壓縮機接耳裂紋，而空調系統線路故障的情況較少。空調系統不制冷的原因包括空調壓縮機皮帶磨損或皮帶張力不夠、壓縮機內部故障、制冷劑壓力不足、冷凝器濾網臟和內部散熱風扇電機不工作等。

表1 SR20飛機各系統故障統計表

對于壓縮機不制冷或制冷效果差的故障，首先檢查壓縮機皮帶是否斷裂或皮帶力矩不足。該型飛機的空調壓縮機由機匣附件齒輪箱直接傳動，發動機運轉時驅動輪通過皮帶帶動壓縮機旋轉，長時間運轉和溫度變化將加速皮帶老化和缺乏韌性，導致壓縮機皮帶易出現斷裂或松動；壓縮機安裝形式也會使壓縮機接耳容易產生裂紋，導致壓縮機無法正常工作，出現這類問題時更換相應損壞的部件即可使空調正常工作。

如果壓縮機和皮帶無異常，應檢查壓縮機上高低壓管路接頭是否有腐蝕或滲漏痕跡，若有則說明制冷劑滲漏。通常由于滲漏點極小或漏點位置不易確定，重新灌充制冷劑后的空調系統雖能工作一小段時間，但隨著時間的推移制冷劑以微小的滲漏量滲漏，當制冷劑壓力不足時，壓力開關無法閉合將造成空調系統不工作，表現出的故障現象即為空調不制冷。

4 滲漏點檢測方法

依據AMM 手冊的排故建議，當空調制冷效果不足時，可能的原因包括制冷劑壓力低或泄漏、有空氣進入空調系統、冷凝器故障、高壓管路堵塞、儲液干燥管堵塞、壓縮機故障、空調系統中機油過多等。根據故障統計情況，2011年1 月至2022 年10 月該型飛行空調系統故障610 次，其中空調系統內制冷劑壓力不足占13.6%，可見空調系統滲漏的故障率較高。下文針對制冷劑壓力低或有滲漏情況進行分析。

手冊建議對制冷劑壓力低或泄漏情況執行檢測/檢查系統管道制冷劑泄漏試驗，必要時修復泄漏。手冊提示執行空調系統滲漏檢測要在環境溫度高于18℃條件下進行，需要一臺電子制冷劑檢測設備，通過其自動檢查所有管道連接件和組件是否泄漏。但該方法描述簡單，只能確定空調系統管路是否滲漏而不能確定滲漏點位置。該檢測方法的第一步是排空空調系統，第二步是根據需要修理或更換部件和管道，第三步是增壓空調系統，第四步是重復檢查泄漏情況。手冊提供的檢測方法雖有效但不詳細。

結合AMM 手冊的排故建議，本文提出一種“適壓滲漏檢測法”。需要的設備和器材包括一臺自動式制冷劑檢測設備（以下簡稱制冷劑檢測儀）、一罐可用的制冷劑、一瓶全新的空調系統機油。需注意的是，執行空調系統滲漏檢測須在環境溫度高于18℃情況下進行。

具體操作步驟如下。

第一步：工作前準備。首先檢查制冷劑檢測儀可用性，然后通過壓力管將制冷劑罐出口與制冷劑檢測儀相連，便于后續對空調系統進行制冷劑灌充；將全新的空調系統機油瓶安裝至制冷劑檢測儀，便于通過儀器自動完成注油。

第二步：設備自檢。分別將制冷劑檢測儀的高壓管路和低壓管路與飛機空調系統的高壓管路和低壓管路相連，接通制冷劑檢測儀電源，通電后使檢測儀進行自檢，待自檢通過后才能進行下一步工作。

第三步：回收儲存。利用制冷劑檢測儀回收功能，將飛機空調系統內的余量制冷劑和機油回收，整個過程注意觀察制冷劑和機油的回收量，初步判斷空調系統是否存在滲漏。

第四步：抽真空及滲漏檢測。排空空調系統后，使用制冷劑檢測儀對空調系統抽真空，便于測試儀對空調系統的自動判斷。抽真空完成后，設置檢測儀在真空狀態下保持5 ～10min，一旦空調系統有滲漏，檢測儀將不能保持真空狀態。

第五步：適壓灌充檢測漏點。為保護空調系統免受損害，經多次排故經驗總結，先按照標準給空調系統灌充適量的機油，再向空調灌充1.0lb 左右的制冷劑（手冊規定對空調系統灌充的制冷劑為1.8lb）。隨著空調系統壓力逐漸增加，即可沿著空調系統管路檢查是否有滲漏點，因為存在滲漏點時制冷劑和少許機油將從漏點滲出，由此可確定漏點位置。

第六步：修理或更換。確定漏點所在位置后，重新執行第三步，將空調系統排空，再根據需要修理或更換部件和管道。

第七步：更換新部件后需執行第五步，待空調系統通過制冷劑測試儀的真空測試后，即可按照正常灌充程序執行制冷劑的灌充。

5 總結

本文介紹了SR20 型飛機空調系統和工作原理，通過對空調系統制冷劑壓力不足、空調系統滲漏、制冷效果差等故障進行原因分析，提出一種便于實施的“適壓滲漏檢測法”，該方法的優點是可利用現有維護技術文件和專業維護設備，無需增加其他附加設備；操作簡便，對空調系統無損害；易形成教案，便于培訓。可為后續空調系統滲漏故障的排故提供參考，降低飛機停場時間，提高飛機使用率。