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[21空调] 头痛何以医脚:代码TCV,故障ACM

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发表于 2019-8-3 04:59:35 | 显示全部楼层 |阅读模式
在《飞行员想知道:地面空调为啥不给力?》这篇故事的末尾,机务兄弟跑到冲压空气出风口躲雨取暖,“像一只幸福的小老鼠”,然而幸福只持续了几分钟,还未等到送来雨衣,右侧空调就异常关停了。

然后,他穿过淅沥沥的雨,哒哒哒回到飞机前头,在机身上啪啪啪拍打三下,又退后三步,手遮眉头望向驾驶舱。副驾也望下来,机务兄弟几个手势带着唇语,表示要上去看看,副驾作出一个OK的手势贴在窗上。


01 组件跳开:保护性关断

1.jpg

驾驶舱里,引气控制面板上,琥珀色的右侧组件过热灯(PACK)亮了。空调组件内部有3个“过热电门”(overheat switches),是对温度敏感的机械作动元件,当其中任何一个感受到了预定的门限值,就自动闭合保护电路,使组件完全关断。控制面板上的PACK灯和遮光板上的MASTER CAUTION灯、通告牌上的AIR COND灯同时点亮,通知到飞行员。

这是自动的“保护性关断”机制。凡是内部关联错综密切的系统,在重大事项上,各个部分往往有“一损俱损”的关系,这时候“保护性关断”机制会是一个优秀的设计。当一个部分触发这个机制,整个系统将立即关停,其他部分可以暂时得到保护。琥珀色PACK灯亮,就表示这个机制被触发了。空调组件过热之后的保护性关断,行话也叫“组件跳开”。


02 空调不凉,航班凉

副驾指着PACK灯左边的一个黑色按钮说:这个TRIP RESET按过了,没有效果。机务兄弟也试了一下,说:那应该是组件真实过热,刚发生,还没有凉下来,现在还没法复位。

事实上,要等待组件冷却下来,过热电门自动断开了,才可以在驾驶舱里通过按钮来复位;这也是为什么同样报告了“组件跳开”,有的事件进一步报告了“无法复位”,有的则报告了“可以复位”,这与等待的时间有关系

同为电门(switch),过热电门隐藏于系统内部,和人机交互界面上的电门有一个很大的区别:它根据物理量的逻辑,自动打开和闭合,而不依赖于人的操作。它是自动化电路的基本元件。

机务兄弟通过对讲把故障情况报告给维修控制席位,请他确定航路条件是否允许单组件运行。然后又下了飞机,通过电子舱的计算机(ZTC 2,右侧区域温度控制器),检查到代码TCV(temperature control valve 温度控制活门)。

回到驾驶舱,再次按压TRIP RESET,仍无法复位。这时候又了解到该飞机这天要飞跨水的国际航班,因此运行部门已经决策下客了。

2.jpg
▲ 飞机上的计算机,是本来意义上的“计算机器”(computer = computing machine),通常是内部有逻辑计算电路和储存器的“主机箱”,而输入、输出设备,则是分布于飞机各处的不同系统和部件。由于模块化设计的理念,不同系统和功能有专用的计算机。有的计算机,也将输入信号用于判断系统的状态是否正常。这台名为ZTC(区域温度控制器)的计算机,可以将故障的情况(代码)以指示灯的形式呈现出来。


03 头痛医脚

此后的故事,就只发生在机务兄弟和飞机之间了。或者,不如把他们的关系理解为医生和病人好了。

在《让警告消失一会儿》这个故事里面,一架A320主动陈述它的病情,还比较详细,医生从驾驶舱的显示器上获取到了,很容易就判断出病因。

而这架B737NG,在驾驶舱里表达了“空调系统组件停摆,而且一时半会儿好不了”这个意思(PACK灯亮,无法复位),别的就没说了。

我们知道,病人特别是儿童,常常只会简单地描述病情,有时候还会说错。例如这架B737NG,他说:机务叔叔,右边,TCV疼。

噢,这儿疼,那换了吧。大部分时候是能好的。就连官方宝典FIM(故障隔离手册)也认为TCV这个代码大概率意味着确实是TCV坏了。

有时候TCV这方子只是无害也无益,更换了TCV,再飞还疼。送修了之后TCV也被证实是好的。这一次,实际上竟是貌似毫无关系的ACM(空气循环机)的故障触发了TCV代码。

我们先来介绍头痛医头的逻辑。


04 门神漏风,头痛医头

就空调系统的温度控制功能而言,B737NG的机身内部被划分为驾驶舱、前客舱、后客舱3个区域。对应的就有3个“供气管道过热电门”。和前面提到的组件内部的3个过热电门比较,相似之处在于都是对温度敏感的机械元件,不同之处在于其一它们在组件外部,其二它们闭合所产生的信号只用于控制TCV这个活门。

3.jpg

任何一个供气管道过热电门因过热(190℉/88℃)而自动闭合以后,电路上产生离散信号(“1”),输入到名为ACAU(空调附件组件)的计算机,后者处理这个信号,向TCV发出完全关闭的指令。

4.jpg

事实上,无热气、不空调。我们曾在《飞行员想知道:地面空调为啥不给力?》介绍过,组件出口的冷气可以达到10℃以下,需要高达200℃的热气来中和提升温度,才能得到飞行员需求的温度。在这里进一步补充:即使是组件出口的10℃,也有赖于另一路热气才可以得到,这就是组件内部由TCV控制的、同样是200℃的热引气。

关于这里所提到的“200℃”,也补充说明:这是一个大约的数值。实际上热引气刚离开发动机时的正常温度是不超过450℉/232℃,经过空调组件的管路和总开关FCSOV(流量控制关断活门)到达TCV时,温度要降低一些。而在地面实测TCV上游来自APU的热引气,温度也可以到达150℃以上。因此,刚进入空调组件的引气,是高温危险的。

TCV是空调组件内部热路的门神,假如门神漏风,结果就是:在完全关闭的情况下,热气继续穿堂而过。这种情况,严肃的说法叫“严重内漏”。

5.jpg

区域温度正常的情况下,控制热路的TCV保持半开,可以确保组件和区域温度不至于过低,内漏并不影响温度控制的效果。而在区域温度过高时,计算机(ACAU)控制TCV完全关闭,以便完全切断热气,那么严重内漏意味着热气将继续进入空调组件,效果等同于未完全关闭。

一方面,持续的高区域温度使ACAU持续要求TCV继续保持关闭。另一方面,监测TCV活门位置的计算机(ZTC)也发现活门确实在完全关闭位。ZTC同时也监测组件内若干关键区域的温度,会知道温度确实过高。对于我们人类诊断者,仅仅根据“活门完全关闭、温度一直不降低”这样有限的条件,很容易简单判定“活门故障”。ZTC显然也是同样的逻辑。

TCV的上下游没有流量传感器,因此在活门全关时无法检测到内漏(流量损失)。但TCV将开位和关位这两个位置反馈给ZTC。ZTC综合TCV的控制指令、活门位置、电压、电流等情况,判定TCV故障(活门失效、位置极限电门失效、TCV驱动器失效等情况)。

6.png

在TCV严重内漏这种情况下,头痛医头,立马见效。但是,正是同样的判定逻辑,导致ACM故障也被误判为TCV故障。


05 涡轮停摆,头痛医脚

所有的过热,归根结底,都是因为热引气不能被有效冷却。冷气本来不存在,冷气是被空调组件剥夺了多余能量的热引气。这是理解空调的关键。

7.jpg

剥夺多余能量的方法,归根结底逃不过能量守恒,主要是:

1、与冲压空气的热交换。这基本上是两级热交换的功劳。热引气离开初级热交换器以后,在ACM的压缩机部分还被稍微加热了,但压缩机出口却有一个门限值为390℉/199℃的过热电门,这表明:正常情况下,初级热交换器可以确保热引气降低到199℃以下。而离开次级热交换器的热引气,接下来要进入高压水分离器,出来以后,在水分离器和涡轮入口之间,有一个210℉/99℃的过热电门,这表明:正常情况,次级热交换器(与冲压空气换热)和水分离器(内部换热)可以使热引气进一步降低到99℃以下。

为了方便继续讲解,我们需要引用下面这幅彩图,它画出了空调组件内部热引气的降温之旅,红色代表热、蓝色代表冷;颜色越深,程度越重。

8.jpg

两级热交换器帮助热引气卸载废热,但在水分离器中发生的只是“内部换热”。水分离器中有2个主要部件(再加热器、冷凝器),它们实际上也是某种形式的“热交换器”:引气每经过它们1次,便发生1次能量变化。

想象一次货运旅行,热气如同货车,能量如同货物。路线上依次有5个站点:再加热器(第1次)、冷凝器(第1次)、再加热器(第2次)、ACM涡轮、冷凝器(第2次)。货车(热气)在前2站所卸载的货物(能量),在第3站和第5站又回到了自己身上。


为了抓住能量转移的总体结果,先不去理会复杂的路线,只看水分离器的入口和出口。当整个系统稳定运行的时候,进入水分离器的总能量,和离开水分离器的总能量,是相等的。因此,浅红色的入口(A1)和深蓝色的入口(B2)带入的能量,就等于两个浅蓝色出口(A2和B1)带走的能量。公式如下——

能量守恒:A1 + B2= A2 + B1

引气在水分离器中的旅行,起点是A1,终点是A2,从结果看,显然卸载了大量货物(能量,从浅红色到浅蓝色),那么它们去哪儿了呢?根据上面的公式,我们可以推出——

能量转移:A2 - A1 = B2 - B1。

而引气从B1来到B2(进入ACM的涡轮),确实发生显著的能量卸载(从浅蓝色到深蓝色)。看来,前面的问题有答案了:卸载掉的货物(能量),交给涡轮了。

2、热引气的内能转换为冲压空气的机械能。ACM是“涡轮+压缩机+风扇”三位一体、同轴联动的能量贩子。实际上,这结构神似一台发动机。只不过,燃气涡轮发动机(B737NG的CFM56-7B即是这种类型)是把燃油的化学能释放出来,用来推动大气向后运动(因而飞机向前运动)。而ACM是把引气的内能卸载了,用来推动冲压空气向后方排放。继续前面的比喻,我们可以说:涡轮又接着把货物(能量)交给了外部的冲压空气。


在地面,冲压进气口原本是环境中静止的常温空气,而出气口却是被加速了的呼呼作响的热空气。这些空气是绝对不会进入空调组件,而从组件中剥夺的能量却是惊人的,以至于最初高达200℃的热引气,从ACM涡轮出口出来时,可以降低到0℃之下!正常情况下,TCV必须保持一定的开度,以便从组件上游直接引入一部分热气到达这个区域,使这里不因结冰而发生故障。

这神奇的空调,就这样将热引气要抛弃的废热全部交给了冲压空气。既清凉了机上焦躁的诸君,又温暖了地面辛苦的机务兄弟。

在ACM停摆的情况下,大量的废热积聚在涡轮出口以及它的下游区域,这和TCV严重内漏的效果一样,因而在ZTC内部也可能得出同样的逻辑结果,那就是TCV故障了。这时候,头痛还得医脚。


06 代码要义:全关而不能降温

ZTC综合TCV的控制指令、活门位置、电压、电流等情况,来判定TCV故障。如果机务医生不理解这一点,而是拿着FIM宝典问诊,任由B737NG说啥是啥,就容易辛苦熬夜作了无用功。以下是案例:

机组反映飞机落地后右组件灯亮,ZTC测试有代码TCV,无法复位,时间原因保留左组件。航后测试ZTC正常无代码,为判断故障更换右组件TCV,测试右组件跳开,故障依旧,测试ZTC有代码TCV,时间原因继续保留。

其实在这个案例中,真实故障件是ACM:

次日航后检查右组件冲压空气无进气,更换右组件ACM,检查测试正常,测试右组件工作正常,撤除保留。

ACM_profile.png
▲ ACM侧颜

ACM停摆,和TCV严重内漏,这两者的相同之处,在于都会导致区域管道温度过热,从而使ACAU控制TCV完全关闭。故障则使组件无法降温,因此组件很快跳开。这样我们不难看出,TCV这个代码的含义实际上是:TCV处于全关位而组件不能降温。因此也就不难理解另外一个真实故障是“风扇旁通单向活门丢失”的案例:

过站机组反映滑行到位后左组件跳开,PACK灯亮,测试ZTC1有TCV代码,过站保留左组件放行飞机。航后更换左组件TCV,测试ZTC依旧有TCV代码,检查发现风扇旁通单向活门丢失,安装新的单向活门,测试ZTC无代码,测试空调半小时组件灯未亮,撤除保留。

综合以上,在组件跳开的情况下,看到TCV代码,心中第一个念头就不再是“TCV坏了”,而是“TCV在全关位,组件也不能降温”,据此展开你的排故生活,挑战更多精彩可能,祝君好运!

—— END ——
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发表于 2019-8-3 09:07:50 | 显示全部楼层
谢谢大神的分享!前天我们公司也出现了这个问题。故障代码指向tcv,结果是ACM故障。
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发表于 2019-8-8 16:53:24 | 显示全部楼层
大神,我想问下空调健康测试流程,能上传上来看看么
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 楼主| 发表于 2019-8-3 08:54:36 | 显示全部楼层
换个737的ACM
https://bbs.airacm.com/read/296138/
(出处: 机务在线)
这个贴子里,有ACM的图片
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发表于 2019-8-6 15:02:15 | 显示全部楼层
这个问题能不能通过观察TCV上的目视指示来避免?或者人工把TCV锁在全关位再进行测试看组件是否跳开?
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 楼主| 发表于 2019-8-6 15:26:27 来自手机 | 显示全部楼层
ht_king 发表于 2019-08-06 15:02
这个问题能不能通过观察TCV上的目视指示来避免?或者人工把TCV锁在全关位再进行测试看组件是否跳开?

锁在全关位,如果跳了,那仍然不能排除tcv严重内漏。如果只看部件上的指示,如果它作动正常,但是严重内漏,还是要跳开。这样子,就仍然无法判断故障。

其实是有一套完整的空调健康测试流程的,可以比较准确地判断故障。
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发表于 2019-8-6 18:30:08 来自手机 | 显示全部楼层
干货!学到了!!!!!
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发表于 2019-8-6 19:38:21 | 显示全部楼层
学到了 谢谢大神
  
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发表于 2019-8-8 01:23:37 | 显示全部楼层
这么牛逼的帖子无人留言
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 楼主| 发表于 2019-8-9 12:49:27 | 显示全部楼层
superzyf2006 发表于 2019-8-8 01:23
这么牛逼的帖子无人留言

信息量大,我拆解了细讲,有一篇《看图说话:B737NG组件跳开和复位的逻辑》,其实这篇也还没人回复
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 楼主| 发表于 2019-8-9 13:23:50 | 显示全部楼层
tcwht 发表于 2019-8-8 16:53
大神,我想问下空调健康测试流程,能上传上来看看么

ACM_performance.png
ACM_performance_2.png


通过测量ACM的压气机、涡轮进出口温度,可以作为ACM性能的参考。完整手册是客户化工卡,就不发出来啦

正常运行的ACM,除了对4个温度有要求之外,还要求△T65≥30℃,△T78≥40℃。

完整的ACM测试,可能要看SCMM了




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发表于 2019-8-9 20:21:11 来自手机 | 显示全部楼层
楼主大神,为什么冲压空气无进气就可以判断是ACM的故障呢?
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 楼主| 发表于 2019-8-9 23:05:03 | 显示全部楼层
耿宏剑 发表于 2019-8-9 20:21
楼主大神,为什么冲压空气无进气就可以判断是ACM的故障呢?

冲压空气口没有进气,就是ACM的风扇没有转动或几乎不转,而ACM是涡轮、压气机、风扇三者同一个轴的。而空调运转的时候,正常情况下,内部的气体能推动ACM涡轮转动。
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发表于 2019-8-10 12:59:54 来自手机 | 显示全部楼层
有没有组件活门开度小而带动不了ACM转动的可能性?
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 楼主| 发表于 2019-8-10 13:04:22 来自手机 | 显示全部楼层
组件活门是应需求而变化开度的,假如他的开度足够小导致ACM转不动了,那么制冷能力下降,需求又上去了,开度又大了,于是acm又转了。。这里面有闭环控制,所以你说的这个情况,应该不会有
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发表于 7 天前 来自手机 | 显示全部楼层
讲解的通俗易懂!学习了
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