杨 绪 贾兴华
（北京三联宇航）
摘 要：以典型APU自动停车和客舱油烟味的故障为研究对象，从在翼内外部漏油点的检查和金属屑检查，分析出冷却风扇组件导致故障的可能性和影响。通过对大量冷却风扇组件的修理过程进行分析，提出增加风扇组件修理可靠性的建议。并对APU修理过程中与风扇组件相关工序分析，提出风扇组件的清洗、封存和安装的分析和建议。本文较全面的分析了风扇组件在使用、修理、安装等环节的技术细节，为降低风扇组件的故障率提供了可行的方案。
空客A320系列飞机是航空公司的主力机型，国内大部分航空公司选装GTCP131-9[A]型APU（飞机辅助动力装置，Auxiliary Power Unit，简称APU）。据某大型航空公司维修数据统计显示，近年来因为APU上的冷却风扇组件故障而导致的更换APU的数量增加，由原来每年的2、3起增加到近10起。而更换APU不仅给航空公司航班运营造成压力，每次约200万的修理费用还造成较大的成本压力。
冷却风扇组件的典型故障现象是在APU磁堵探测到大量银色片状或块状的金属屑，一般会导致APU自动停车，严重时会导致客舱有油烟味。客舱有油烟味时，也会造成驾驶舱或货舱有油烟，甚至会触发烟雾警告系统。
例如2018年B-****飞机起飞以后出现后货舱烟雾警报，机组按下灭火瓶后返航，直接影响该航班延误3个小时，后续航班更换飞机执行，为排除该故障飞机停场了2天，Z终清洁空调系统和更换APU后恢复运力。如何尽快排除在翼风扇组件故障，如何提高风扇组件修理和使用的可靠性，值得深入研究。
风扇组件故障原因分析
以B-****飞机上文描述故障为例，该飞行记录本和央故障显示组件（Centralized Fault Display System，简称CFDS）的信息显示APU自动停车，详细报告有“OIL COOLER (8079KM) / COOLING FAN (8053KM)， FCN 211” 和“Oil filter shows clogged ! GEN SCAV + LUBE FILTERS (8069KM) / (8076KM)， FCN 102 ”，同时机组反映客舱油烟味。导致客舱有油烟味是滑油系统故障的大敌，不仅需要排除APU上的故障，还需要清洁空调系统的管路和部件。这是一起故障现象较复杂的故障，涉及到了故障的多方面影响，以下是详细分析和故障排除过程。
首先需要检查 APU进气道，该机进气道发现有大量滑油，拆下负载引气活门可见明显油迹，这一现象证实了客舱有油烟味的污染来源。进气道发现滑油原因有内部泄漏和外部泄漏两种，内部泄漏大部分因为前轴承封严损坏导致，外部泄露因为外部LRU（Line Replaceable Unit的缩写，表示装在APU外围的航线可更换件）或管路漏油导致。
APU滑油外部泄漏后，被重新吸入进气道后，混合空气后通过负载引气通路形成油烟后，进入飞机空调系统，会造成客舱、驾驶舱和后货舱的油烟味。按照由易到难排故顺序，外部泄漏比较容易检查，哪里有漏油点就进一步检查，该机在冷却风扇组件附近发现到大量滑油，疑点Z大的初步锁定冷却风扇组件故障。
其次，考虑到故障代码显示有“滑油散热器、风扇组件、滑油率堵塞”，共同点就是检查磁堵。拆下磁堵检查发现有少量金属屑，拆下冷却风扇组件，发现风扇组件卡阻，叶片损伤严重。风扇组件是齿轮箱的从动部件，因此风扇组件故障是导致APU自动停车的直接原因。
磁堵上的金属屑来自风扇内部磨损产生的金属屑，同时金属屑随着滑油系统循环，对APU前后封严和轴承会造成二次损伤，这可能会导致封严处漏油，轴承损坏等其它情况发生。按照以往经验，该风扇组件损伤还不是Z严重情况，更严重的是曾发现其他故时风扇轴承保持架断裂掉块，风扇下游的滑油散热器冷却空气进口都有金属屑。
再次，进一步分解齿轮箱和风扇组件检查，冷却风扇驱动轴有磨损，风扇组件内部的轴承损坏，齿轮箱相对应的齿轮上有啃边现象。这些损伤产生的金属屑进入APU的滑油系统中，被磁堵探测到，堵塞油滤触发APU的保护性自动停车信号。
同时发现风扇组件的内部封严损坏，会造成原本是内循环的滑油从冷却风扇的气路，流入APU舱和进气道入口，被吸入引气系统，也会造成客舱有油烟味。综上分析和检查，确定了是风扇组件故障导致了APU自动停车和有客舱油烟味故障的原因。
风扇组件修理的质量评估
如风扇结构图1所示，冷?风扇组件是一个单级轴流风扇，安装在齿轮箱上，风扇排出的空气通过管道进入滑油冷却器和APU舱进行冷却，滑油冷却器用于冷却整个滑油系统的温度。风扇组件中包括的零件有铝制进气壳体、齿轴、轴承、碳封严、风扇转子和静子等。
风扇组件的润滑方式是压力供油润滑，重力回油至齿轮箱内。轴承腔封严方式如封严结构图2和封严结构图3所示，篦齿封严气路，碳封严油路，采用空气缓冲，防止油雾进入气流通道。对于高转速的现代动力装置，篦齿封严和碳封严是Z常用也有效的封严方式，也是历次检查的重点之一。
风扇组件内部损坏原因分析如下：风扇组件长时间的运转磨损，可能会造成偏心转动和封严的磨损失效。封严失效后，滑油会进入冷却气路，使得滑油耗量大并污染气路通道。前面滚珠轴承磨损后会偏摆转动，在润滑不充分的情况下，脆弱的轴承保持架会率先断裂，产生的碎块和金属屑随着滑油流回齿轮箱，积累到一定程度即触发APU保护性停车。
通过分析风扇组件修理报告，可以用来初步确认和判断风扇组件故障的来源，有助于APU修理维护方案的制定。经抽取一段时间的36次风扇组件的修理记录数据，其中更换风扇组件内部子部件次数在10次以上的有8个子部件，参考分解图4，分别是齿轴（图3——130）修理或更换了25次，滚珠轴承（图3——270）更换了22次，滚棒轴承（图3——250）更换了20次，封严（图3——190）修理或更换了14次，转子封严（图3——240）更换了11次，轴承垫（图3——260）、转子（图3——90）、耐磨壳体（图3—— 125）各修理或更换了10次。
从更换件的功能上分析，主要修理工作是从转动件及其轴承、封严等方面着手进行修复。损伤率Z高的是齿轴，其次是滚珠轴承和滚棒轴承。由此可见，对于高转速的风扇组件，转动件及其相关的封严组件是重点检查对象，在修理过程中需要对继续使用的轴承进行严格的检查；其次需要关注转动件的动平衡工序，使之处于可控状态；Z后在组装完成后需要重点检查气密测试数据。
在APU修理过程中对风扇组件的处理及建议
U修理过程中，在维修方案制定、拆卸清洁、安装过程中，也需要注意一些可能对风扇组件质量影响的细节。在维修方案的制定过程中，需要更加科学合理的判断和设立标准，寻找可靠性更高的途径来满足快速增长的修理量需求。建议根据风扇在翼使用的时间，损坏的频率等来判断其修理范围是修理、功能测试，或是操作测试。
在拆卸清洁的过程中，对于要做操作测试的风扇组件需要进行保护。风扇组件的齿轴和封严的润滑保护如果不到位，可能会对齿轴的转动、轴承的润滑和封严造成破坏。与风扇关联的齿轮箱、齿轮等部件属于多孔洞设计，采用压力供油，当出现积碳、杂质侵入时，其润滑、传动等都可能会影响风扇的正常运转。
在安装过程中，齿轮箱的装配精准度，会影响齿轮间的啮合位置。由于装配时APU齿轮箱部分处于干燥状态，周围环境和人员产生的颗粒杂质等会进入齿轮箱内部，当齿轮在几万转的高速运转时，起动的初始几秒中，阻力大，润滑不足，杂质介入等影响会造成磨合效果不良。因此，装配过程的间隙调节精度和清洁、润滑工作如果不到位，会影响风扇的初始磨合状态。
