航空工业沈阳飞机工业(集团)有限公司 辽宁 沈阳 110034
摘要:氧源转换器是某型飞机供氧系统中的核心产品,当座舱高度达到8km以上时,自动转为备用氧供氧;或当氧气浓缩器出现故障不能正常工作、供给的富氧气体氧分压低于设定值或供给的产品气压力低于设定值时,自动转为备用氧供氧。本文针对氧源转换器不转备用氧问题进行了分析和论述,为后续此类故障的排除提供借鉴。
关键词:氧源转换器;不转备用氧
1问题概述
某型飞机在进行地面试验时,通电一段时间后发现机上转备用氧后无氧气输出,经现场排故,故障定位为氧源转换器气压电磁阀故障 ,即“长时间通电后氧源转换器出口不排气”。
经复测,气压电磁阀连续通电工作情况见表1。
表1 气压电磁阀故障复现情况
通电28V 通气0.8MPa | 5min | 15min | 30min | 45min | 60min | 75min |
| | | X | X | X |
注:为有气流,X为无气流。
由表1可以看出,进行长时间通电测试,气压电磁阀在通电45分钟后出气孔气流微弱至无法觉察,故障复现。
2问题定位
备用储氧瓶内高压氧气经减压器减压后进入氧源转换器,分别经限流器和通道向控制室及薄膜的上腔充压,待充压完毕,活门在控制室内压力和弹簧作用下关闭,通常情况下备用氧源不供氧。产品气活门在弹簧的作用下打开,产品气经由接嘴,通过打开的活门进入内腔,再经接嘴输出,向系统供氧。
当接收到转换备用氧的信号时,气压电磁阀接通打开放气,控制室内压力泄除,活门打开,由备用氧源供氧。此时,另一活门在薄膜上腔压力作用下关闭,断开产品气供氧。
通过转换器工作原理分析,若气压电磁阀通电不放气,则控制室压力不能泄除,活门不能打开,无法由备用氧源供氧。
氧源转换器配套的气压电磁阀的主要作用是控制气路的通断,工作原理是当给气压电磁阀通电时动阀芯吸合,断电时在弹簧力的作用下将动阀芯复位。
根据“长时间通电后无法正常工作”故障现象,画出故障树主树如图3所示。
长时间通电后无法正常工作,可能原因为:A、长时间通电线路断路;B、长时间通电气路无法开启。
针对“长时间通电线路断路”,可以画出故障子树A,如图4所示。长时间通电线路断路,可能原因为:1、导线断路;2、线圈组件断路。
针对“长时间通电气路无法开启”,可以画出故障子树B,如图5所示。长时间通电气路无法开启,可能原因为:1、气孔通径变化;2、动阀芯导流槽变化;3、密封垫与气嘴间隙A变化;4、气路多余物。
针对“密封垫与气嘴间隙A变化”,可以画出故障子树C,如图6所示。密封垫与气嘴间隙A变化,可能原因为:1、长时间通电温度升高;2、环境温度升高。
图3 长时间通电无法正常工作故障树主树
图4故障树子树A
图5故障树子树B
图6 故障树子树C事件
故障定位过程如下:
首先对故障件进行长时通电试验,并记录下其通电电流,如表2所示。
表2 长时间通电电流变化表
通电28V 通气0.8MPa | 5min | 15min | 30min | 45min | 60min | 75min |
| | | X | X | X | |
电流 | 0.42A | 0.42A | 0.42A | 0.32A | 0.32A | 0.32A |
注:为有气流,X为无气流。
从试验数据看出,由于漆包线温度升高电阻增大,故障复现时气压电磁阀的电流下降,但是有电流,并未出现断路,因此可以排除故障子树A“长时间通电线路断路”。
其次,对故障件进行长时通电试验,并记录下其流量,如表3所示。
表3 长时间通电流量变化表
通电28V 通气0.8MPa | 5min | 15min | 30min | 45min | 60min | 75min |
| | | X | X | X | |
流量(L/min) | 15 | 8 | 2 | 0 | 0 | 0 |
注:为有气流,X为无气流。
从试验数据看出,通电时间越长,流量越小,45分钟时流量为0,气压电磁阀无气流,故障出现前气压电磁阀有气流,因此可以排除长时通电气流突然消失导致无法开启。将故障进一步定位于长时间通电气流逐渐变小至无法开启。长时间通电气流逐渐变小至无法开启,可能原因有:1、气孔通径发生变化;2、动阀芯上导流槽结构尺寸的变化;3. 密封垫与气嘴间隙的变化。气压电磁阀在通电前检测有气流,断电后放置约30 min后有气流且无明显变化,可判断动阀芯导流槽未堵塞;气压气压电磁阀连续通电后的温升不超过90℃,其尺寸不会随着温度变化有明显变化而导致气流消失,因此可以排除气孔通径发生变化及动阀芯上导流槽结构尺寸变化导致的故障。将故障进一步定位于密封垫与气嘴间隙的减小。气压电磁阀发生故障时环境温度保持不变,可以排除环境温度升高导致密封垫与气嘴间隙减小。
综上所述,长时间通电不通气后气压电磁阀无法正常开启故障最终定位于长时间通电温度升高导致密封垫膨胀,进而间隙减小导致无法正常工作。
通电-温度-密封垫厚度-间隙关系图如7所示
图7通电-温度-密封垫厚度-间隙关系图
气压电磁阀常态下密封垫与气嘴之间存在间隙,间隙的变化会对气压电磁阀气流流通有一定的影响,间隙减小会使得流通量减小。动阀芯所使用的密封垫为硅橡胶材料,具有一定的热胀冷缩性能,随着温度的升高密封垫厚度变厚,密封垫与气嘴间隙减小甚至消失,导致气流随之减小甚至消失。
3结论
根据上述排查方案逐条排查分析确定,本次氧源转换器不转备用氧是由于温度升高导致密封垫膨胀从而导致与气嘴的间隙减小,因此最终导致了气流的消失。本次故障的排除,使我们对供氧系统的工作原理有了更深层次的理解,对氧源转换器的工作状态及工作原理有了更全面的掌握,为后续此类故障的排除积累了经验,提供了借鉴。
参考文献
[1]《某型飞机地勤改装讲义特设分册》 沈阳飞机设计研究所 二○一一年六月
[2] 航空航天概论 昂海松 科学出版社 2007.
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