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航空发动机油液监控技术研究

摘要:通过对航空发动机油液监控技术中的油液性能分析、油液污染度分析、滑油光谱分析、滑油磨粒分析和滑油铁谱分析的具体介绍,简述了各种分析方法的原理、特点及应用,阐明了油液监控技术在发动机状态监控和故障诊断中的重要作用。
引言
       航空发动机是飞机的心脏,其性能的好坏是保障战斗力和飞行安全的重要因素。据统计,在因机械故障造成的飞行事故中,属于发动机故障的约占50%,比例最高。航空发动机工作在高速、高温和重载的恶劣环境下长期使用,其关键运转部件极易磨损和发生故障,所以,在发动机工作过程中,对发动机油液进行分析监控,通过油液检测结果,反映发动机磨损情况及系统工作情况,以便采取适应的预防性维修措施,从而保证发动机正常工作,预防事故发生,保障飞行安全。
        油液监测技术是通过分析航空发动机在用油液的性能变化和携带的磨粒,获得航空发动机磨损状态的信息,评价航空发动机的工况和预测故障,并确定故障原因、类型和零件种类的技术。即通过此技术可以对发动机进行状态监控,实现航空发动机的预防性维修。油液监控分析主要包括油液性能分析、油液污染度分析、滑油光谱分析,滑油磨粒分析和滑油铁谱分析。
        1  油液性能分析技术
        油液性能分析是对在用油液理化性能指标的分析,包括发动机油液的运动粘度、水分、机械杂质、闪点、酸值、倾点、密度、氧化安定性等项目,通过油液的这些物理化学指标的分析,判断油液性能的变化,通过一些指标也可以判断一些故障:如,发动机滑油闪点大幅减低,可能是滑油系统混入轻质燃油。根据滑油理化指标的分析结果,可以确定油液质量,决定是否更换油液,是否清洗系统,发动机是否继续使用,从而达到监控航空发动机工况的目的。
        2  油液颗粒度分析技术
        油液颗粒度分析主要是分析油液的污染度程度,是通过测量单位体积液体中所含特定尺寸的颗粒数量,从而确定颗粒污染度等级或进行颗粒分布和污染的研究。颗粒度分析使用的仪器种类繁多,原理各异,目前应用最广的是遮光型自动颗粒计数器。
        遮光型自动颗粒计数器的关键部件是由一个光源和光电管组成的颗粒传感器,当颗粒随着液流通过传感器窗口时,就会有一部分光被颗粒遮蔽和散射,因此光的轻度发生变化,由于被遮蔽的光的量与颗粒的投影面积成正比,传感器每通过一个颗粒,光电管就会对应输出一个脉冲信号。根据脉冲信号的幅值和个数,就可以换算出颗粒粒径和颗粒数量。采用遮光型原理的自动颗粒分析仪器主要品牌有:德国克劳斯、德国帕玛斯、美国太平洋、成都以太等。
        目前,航空发动机油液颗粒度分析主要采用的标准有GJB420AGJB420BNAS1638 、ГOCT17216等。在航空修理和外场维护中,根据每个机型、每个使用阶段,都制定了详细的污染度控制要求,按要求定期取样检测,随时监控发动机污染度状况,维护飞行安全。
        3  滑油光谱分析技术
         滑油光谱分析技术主要采用原子发射光谱原理。原子发射光谱原理是由于物质内部运动的原子受到外界能量激发后发生变化而得到的,每个元素原子的谱线条数有限,并有特征,不同元素的原子,核外电子的结构不同,能级各异,因此不同元素发射光谱中的特征谱线各不同,通过识别各元素特征谱线的波长可进行定性分析,通过测量各元素特征谱线的强度可进行定量分析。
        光谱分析的特点是自动化程度高、分析快速、效率高,能检测的颗粒尺寸小于10微米,特别对尺寸为0.01~1微米的磨粒分析效率高,有利于发动机故障早期预警。话又广播,分析的缺点是只能获得磨损元素的种类和元素含量,不能获的磨损元素的形状和大小信息,检测较大颗粒时灵敏度不高。
目前,航空发动机滑油光谱分析采用的主要仪器是MOA型油料光谱仪,该仪器具有分析FeCuAlZnCrAgTiMgPbSnSi等元素的能力。如某型发动机使用时要求FeCu不能超过9ppm,发动机每飞行一个架次后,都要进行滑油光谱分析,通过监测结果判断发动机磨损状况。
4 滑油磨粒分析
滑油磨粒分析兼具磨粒识别分类和颗粒计数功能,综合了铁谱分析可颗粒技术的优点,是一种创新性的油液监控技术。自动磨粒分析是运用现代化光电显微成像、计算机数字图像处理等技术,通过自动监测滑油中20微米以上的特征磨粒图像的形态、尺寸、及颗粒数量分布,将长轴尺寸大于20微米的所有颗粒,自动识别为切削磨粒、滑油磨粒、疲劳磨粒和非金属颗粒,而且可以对等效直径大于4微米的颗粒进行计数,按照GJB428ANAS1638和ГOCT17216标准分别给出污染度等级。
        美国洛克希德-马丁(Lockheed Martin)公司,海军研究实验室(Naval Research Laboratory)与超谱(Sepectro)公司,于2001年成功发出一种型号为Laser Net Fines-C的自动磨粒检测仪,之后,该仪器广泛应用于美国海军、空军,用于装备磨损监控。近年来,我国空军也引进了该仪器,用于航空发动机油液监控。当滑油中出现较多的20微米以上的磨粒时,预示着发动机内部存在较为严重的异常磨损。
        5 滑油铁谱分析
        铁谱技术是20世纪70年代出现的一种磨损颗粒分析新技术。他利用高梯度磁场的作用,将磨擦副产生的磨损颗粒从润滑油液中分离出来,并使其按照尺寸大小依次沉积在一显微基片上而制成铁谱片,然后置于铁谱显微镜进行观察,测量磨粒的大小、形貌和数量,从而分析磨损机理和判断磨损的状态。
        铁谱技术对磨粒的识别与分析主要分为定性分析和定量分析两种方式。定性铁谱分析主要是从对磨粒形态特征、颜色、尺寸大小和差异程度以及材质成分组成的分析,来判断机器零部件的磨损类型、部位、严重程度及磨损机理。定量铁谱分析是借助确定不同尺寸磨粒的相对含量,定量地给出机件的磨损速度估计。如小于5微米的小片状磨粒表示处于正常磨损,当大于5微米螺旋状、圈状和弯曲状切屑屑磨粒大量出现时,表明发动机处于严重磨损期,球状磨粒的大量出现,则是发动机滚动轴承早期损坏的标准。
        铁谱分析技术具有较宽的磨粒尺寸检测范围和较高的检测效率,其检测缺点是对润滑油中非铁系颗粒的检测能力较低,故在对含有多种材质磨损进行故障诊断时,有所欠缺,其次作为一门新兴技术,铁谱分析的规范化不够,分析结果对操作人员的经验有较大的依赖性,若缺乏经验,往往会造成误诊或漏诊。
        6  结束语
        航空发动机油液监控技术在航空装备使用、维护和故障诊断中起着极其重要的作用。以完善和加强航空发动机预防性维修保障体系,应建立油液理化性能分析,油液污染度分析、滑油光谱分析、滑油颗粒分析、滑油铁谱分析等组成的航空发动机油液综合监控诊断系统,全面系统地评估发动机的磨损状况,弥补一种分析方法的不足和误判,提高状态监控和故障诊断的可靠性,减少不必要的维修,不断提高航空发动机使用寿命和可靠性,确保飞行安全。
日期:2018-9-29 阅读:3488次
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