一种快速定位SR20 飞机空调系统渗漏漏点的方法

■ 刘宗福/中国民用航空飞行学院洛阳分院

早期通用小飞机的座舱通风系统设计简单，其原理是通过螺旋桨转动和飞行中的冲压空气动力、通风风扇或二者结合，将压缩空气引入座舱达到通风散热目的。近年来，西锐SR20 型飞机成为国内飞行训练的主力初教机型，某飞行学院拥有SR20 G3、SR20 G5 和SR20 G6 三种型号，均选装构型相同、原理先进的空调系统，改善了飞机座舱环境和飞行人员夏季高温天气训练的座舱舒适度，进一步保障飞行安全。但空调系统故障率较高，且安装和分布在整个飞机机身，管路长，安装空间狭窄，可维护性较差，空调系统发生渗漏故障时确定漏点较为困难。

1 空调系统构型

如图1 所示，SR20 飞机空调系统由以下部件组成：区域A（位于防火墙前部）有空调压缩机，电磁离合器等设备；区域B（位于左主座下方）有蒸发器、蒸发器风扇、蒸发器电机、结冰开关、内循环活门、压力开关等设备；C 区域（位于行李舱地板下）有冷凝器、冷凝器风扇、冷凝器电机、储液干燥罐，各设备之间通过管路及其接头相连，座舱有空调系统控制面板和ECS 环境控制系统集成组件，空调系统使用制冷剂（R134a 四氟乙烷）。

2 空调系统工作原理

系统采用经典的蒸气压缩式循环制冷原理设计，使用制冷剂为R134a（四氟乙烷），标准大气压条件下制冷剂沸点为－26.1℃，常温下以气态形式存在。按下座舱空调系统控制面板的“雪花”按钮，当管路制冷剂压力符合设计范围时，冷凝器上的压力开关闭合，且蒸发器未结冰时，蒸发器上的结冰开关闭合，压缩机继电器吸合，压缩机电磁离合器吸合，系统开始压缩制冷剂。经压缩机压缩后的气态高温高压制冷剂，通过储液体干燥罐将制冷剂中的杂质和水蒸汽过滤，防止水蒸汽进入蒸发器后因低温结冰而堵塞管路，并防止水分与系统内机油结合反应形成酸性物质腐蚀管路。一部分液态制冷剂储存在干燥罐中，用于系统管路中制冷剂流量不足时的续流和补充，剩余的制冷剂流入膨胀阀入口。从冷凝器的干燥罐流出的液态氟利昂经过H 形膨胀阀的定流孔定流作用后，变为低压中温的四氟乙烷喷雾，制冷剂的沸点随之降低，使经过蒸发器时更容易被汽化。膨胀阀的主要作用是调节进入蒸发器的四氟乙烷喷雾流量，使其在蒸发器中流至散热片回路最末端之前全部被汽化，一方面充分利用蒸发器的散热片面积使雾状制冷剂尽可能汽化，冷却座舱空气，另一方面避免液态制冷剂进入压缩机而造成损坏。由于压缩机被设计为只能压缩气态的制冷剂，当液态制冷剂进入后会对压缩机的活塞形成“液击”而损坏压缩机，因此在灌充制冷剂时应保证系统中总制冷剂量为手册规定的1.8lb（只允许轻微超量）。进入蒸发器的制冷剂流量由膨胀阀进出回路的温度差控制，通过调节内部的顶部感温包、顶杆、膜片、弹簧和弹簧座的运动，改变流入蒸发器回路开度，从而调整流入蒸发器的流量。低压中温的雾状四氟乙烷流经蒸发器的散热片时，因沸点降低，加上蒸发器风扇通风作用，更容易吸收座舱中空气的热量而汽化，冷却流经散热片的空气，实现制冷目的。空调系统制冷原理如图2 所示。

图2 空调系统原理图

3 空调系统故障情况

表1 为SR20 飞机各系统故障统计表，从中可以看出，2011 年1 月至2022年10 月期间，该型飞行空调系统故障达610 次。经统计，绝大多数故障为空调不制冷或制冷效果差以及空调压缩机接耳裂纹，而空调系统线路故障的情况较少。空调系统不制冷的原因包括空调压缩机皮带磨损或皮带张力不够、压缩机内部故障、制冷剂压力不足、冷凝器滤网脏和内部散热风扇电机不工作等。

表1 SR20飞机各系统故障统计表

对于压缩机不制冷或制冷效果差的故障，首先检查压缩机皮带是否断裂或皮带力矩不足。该型飞机的空调压缩机由机匣附件齿轮箱直接传动，发动机运转时驱动轮通过皮带带动压缩机旋转，长时间运转和温度变化将加速皮带老化和缺乏韧性，导致压缩机皮带易出现断裂或松动；压缩机安装形式也会使压缩机接耳容易产生裂纹，导致压缩机无法正常工作，出现这类问题时更换相应损坏的部件即可使空调正常工作。

如果压缩机和皮带无异常，应检查压缩机上高低压管路接头是否有腐蚀或渗漏痕迹，若有则说明制冷剂渗漏。通常由于渗漏点极小或漏点位置不易确定，重新灌充制冷剂后的空调系统虽能工作一小段时间，但随着时间的推移制冷剂以微小的渗漏量渗漏，当制冷剂压力不足时，压力开关无法闭合将造成空调系统不工作，表现出的故障现象即为空调不制冷。

4 渗漏点检测方法

依据AMM 手册的排故建议，当空调制冷效果不足时，可能的原因包括制冷剂压力低或泄漏、有空气进入空调系统、冷凝器故障、高压管路堵塞、储液干燥管堵塞、压缩机故障、空调系统中机油过多等。根据故障统计情况，2011年1 月至2022 年10 月该型飞行空调系统故障610 次，其中空调系统内制冷剂压力不足占13.6%，可见空调系统渗漏的故障率较高。下文针对制冷剂压力低或有渗漏情况进行分析。

手册建议对制冷剂压力低或泄漏情况执行检测/检查系统管道制冷剂泄漏试验，必要时修复泄漏。手册提示执行空调系统渗漏检测要在环境温度高于18℃条件下进行，需要一台电子制冷剂检测设备，通过其自动检查所有管道连接件和组件是否泄漏。但该方法描述简单，只能确定空调系统管路是否渗漏而不能确定渗漏点位置。该检测方法的第一步是排空空调系统，第二步是根据需要修理或更换部件和管道，第三步是增压空调系统，第四步是重复检查泄漏情况。手册提供的检测方法虽有效但不详细。

结合AMM 手册的排故建议，本文提出一种“适压渗漏检测法”。需要的设备和器材包括一台自动式制冷剂检测设备（以下简称制冷剂检测仪）、一罐可用的制冷剂、一瓶全新的空调系统机油。需注意的是，执行空调系统渗漏检测须在环境温度高于18℃情况下进行。

具体操作步骤如下。

第一步：工作前准备。首先检查制冷剂检测仪可用性，然后通过压力管将制冷剂罐出口与制冷剂检测仪相连，便于后续对空调系统进行制冷剂灌充；将全新的空调系统机油瓶安装至制冷剂检测仪，便于通过仪器自动完成注油。

第二步：设备自检。分别将制冷剂检测仪的高压管路和低压管路与飞机空调系统的高压管路和低压管路相连，接通制冷剂检测仪电源，通电后使检测仪进行自检，待自检通过后才能进行下一步工作。

第三步：回收储存。利用制冷剂检测仪回收功能，将飞机空调系统内的余量制冷剂和机油回收，整个过程注意观察制冷剂和机油的回收量，初步判断空调系统是否存在渗漏。

第四步：抽真空及渗漏检测。排空空调系统后，使用制冷剂检测仪对空调系统抽真空，便于测试仪对空调系统的自动判断。抽真空完成后，设置检测仪在真空状态下保持5 ～10min，一旦空调系统有渗漏，检测仪将不能保持真空状态。

第五步：适压灌充检测漏点。为保护空调系统免受损害，经多次排故经验总结，先按照标准给空调系统灌充适量的机油，再向空调灌充1.0lb 左右的制冷剂（手册规定对空调系统灌充的制冷剂为1.8lb）。随着空调系统压力逐渐增加，即可沿着空调系统管路检查是否有渗漏点，因为存在渗漏点时制冷剂和少许机油将从漏点渗出，由此可确定漏点位置。

第六步：修理或更换。确定漏点所在位置后，重新执行第三步，将空调系统排空，再根据需要修理或更换部件和管道。

第七步：更换新部件后需执行第五步，待空调系统通过制冷剂测试仪的真空测试后，即可按照正常灌充程序执行制冷剂的灌充。

5 总结

本文介绍了SR20 型飞机空调系统和工作原理，通过对空调系统制冷剂压力不足、空调系统渗漏、制冷效果差等故障进行原因分析，提出一种便于实施的“适压渗漏检测法”，该方法的优点是可利用现有维护技术文件和专业维护设备，无需增加其他附加设备；操作简便，对空调系统无损害；易形成教案，便于培训。可为后续空调系统渗漏故障的排故提供参考，降低飞机停场时间，提高飞机使用率。