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    航空發動機油液監控技術研究

    摘要:通過對航空發動機油液監控技術中的油液性能分析、油液污染度分析、滑油光譜分析、滑油磨粒分析和滑油鐵譜分析的具體介紹,簡述了各種分析方法的原理、特點及應用,闡明了油液監控技術在發動機狀態監控和故障診斷中的重要作用。
    引言
           航空發動機是飛機的心臟,其性能的好壞是保障戰斗力和飛行安全的重要因素。據統計,在因機械故障造成的飛行事故中,屬于發動機故障的約占50%,比例最高。航空發動機工作在高速、高溫和重載的惡劣環境下長期使用,其關鍵運轉部件極易磨損和發生故障,所以,在發動機工作過程中,對發動機油液進行分析監控,通過油液檢測結果,反映發動機磨損情況及系統工作情況,以便采取適應的預防性維修措施,從而保證發動機正常工作,預防事故發生,保障飛行安全。
            油液監測技術是通過分析航空發動機在用油液的性能變化和攜帶的磨粒,獲得航空發動機磨損狀態的信息,評價航空發動機的工況和預測故障,并確定故障原因、類型和零件種類的技術。即通過此技術可以對發動機進行狀態監控,實現航空發動機的預防性維修。油液監控分析主要包括油液性能分析、油液污染度分析、滑油光譜分析,滑油磨粒分析和滑油鐵譜分析。
            1  油液性能分析技術
            油液性能分析是對在用油液理化性能指標的分析,包括發動機油液的運動粘度、水分、機械雜質、閃點、酸值、傾點、密度、氧化安定性等項目,通過油液的這些物理化學指標的分析,判斷油液性能的變化,通過一些指標也可以判斷一些故障:如,發動機滑油閃點大幅減低,可能是滑油系統混入輕質燃油。根據滑油理化指標的分析結果,可以確定油液質量,決定是否更換油液,是否清洗系統,發動機是否繼續使用,從而達到監控航空發動機工況的目的。
            2  油液顆粒度分析技術
            油液顆粒度分析主要是分析油液的污染度程度,是通過測量單位體積液體中所含特定尺寸的顆粒數量,從而確定顆粒污染度等級或進行顆粒分布和污染的研究。顆粒度分析使用的儀器種類繁多,原理各異,目前應用最廣的是遮光型自動顆粒計數器。
            遮光型自動顆粒計數器的關鍵部件是由一個光源和光電管組成的顆粒傳感器,當顆粒隨著液流通過傳感器窗口時,就會有一部分光被顆粒遮蔽和散射,因此光的輕度發生變化,由于被遮蔽的光的量與顆粒的投影面積成正比,傳感器每通過一個顆粒,光電管就會對應輸出一個脈沖信號。根據脈沖信號的幅值和個數,就可以換算出顆粒粒徑和顆粒數量。采用遮光型原理的自動顆粒分析儀器主要品牌有:德國克勞斯、德國帕瑪斯、美國太平洋、成都以太等。
            目前,航空發動機油液顆粒度分析主要采用的標準有GJB420AGJB420BNAS1638 、ГOCT17216等。在航空修理和外場維護中,根據每個機型、每個使用階段,都制定了詳細的污染度控制要求,按要求定期取樣檢測,隨時監控發動機污染度狀況,維護飛行安全。
            3  滑油光譜分析技術
             滑油光譜分析技術主要采用原子發射光譜原理。原子發射光譜原理是由于物質內部運動的原子受到外界能量激發后發生變化而得到的,每個元素原子的譜線條數有限,并有特征,不同元素的原子,核外電子的結構不同,能級各異,因此不同元素發射光譜中的特征譜線各不同,通過識別各元素特征譜線的波長可進行定性分析,通過測量各元素特征譜線的強度可進行定量分析。
            光譜分析的特點是自動化程度高、分析快速、效率高,能檢測的顆粒尺寸小于10微米,特別對尺寸為0.01~1微米的磨粒分析效率高,有利于發動機故障早期預警。話又廣播,分析的缺點是只能獲得磨損元素的種類和元素含量,不能獲的磨損元素的形狀和大小信息,檢測較大顆粒時靈敏度不高。
    目前,航空發動機滑油光譜分析采用的主要儀器是MOA型油料光譜儀,該儀器具有分析FeCuAlZnCrAgTiMgPbSnSi等元素的能力。如某型發動機使用時要求FeCu不能超過9ppm,發動機每飛行一個架次后,都要進行滑油光譜分析,通過監測結果判斷發動機磨損狀況。
    4 滑油磨粒分析
    滑油磨粒分析兼具磨粒識別分類和顆粒計數功能,綜合了鐵譜分析可顆粒技術的優點,是一種創新性的油液監控技術。自動磨粒分析是運用現代化光電顯微成像、計算機數字圖像處理等技術,通過自動監測滑油中20微米以上的特征磨粒圖像的形態、尺寸、及顆粒數量分布,將長軸尺寸大于20微米的所有顆粒,自動識別為切削磨粒、滑油磨粒、疲勞磨粒和非金屬顆粒,而且可以對等效直徑大于4微米的顆粒進行計數,按照GJB428ANAS1638和ГOCT17216標準分別給出污染度等級。
            美國洛克希德-馬丁(Lockheed Martin)公司,海軍研究實驗室(Naval Research Laboratory)與超譜(Sepectro)公司,于2001年成功發出一種型號為Laser Net Fines-C的自動磨粒檢測儀,之后,該儀器廣泛應用于美國海軍、空軍,用于裝備磨損監控。近年來,我國空軍也引進了該儀器,用于航空發動機油液監控。當滑油中出現較多的20微米以上的磨粒時,預示著發動機內部存在較為嚴重的異常磨損。
            5 滑油鐵譜分析
            鐵譜技術是20世紀70年代出現的一種磨損顆粒分析新技術。他利用高梯度磁場的作用,將磨擦副產生的磨損顆粒從潤滑油液中分離出來,并使其按照尺寸大小依次沉積在一顯微基片上而制成鐵譜片,然后置于鐵譜顯微鏡進行觀察,測量磨粒的大小、形貌和數量,從而分析磨損機理和判斷磨損的狀態。
            鐵譜技術對磨粒的識別與分析主要分為定性分析和定量分析兩種方式。定性鐵譜分析主要是從對磨粒形態特征、顏色、尺寸大小和差異程度以及材質成分組成的分析,來判斷機器零部件的磨損類型、部位、嚴重程度及磨損機理。定量鐵譜分析是借助確定不同尺寸磨粒的相對含量,定量地給出機件的磨損速度估計。如小于5微米的小片狀磨粒表示處于正常磨損,當大于5微米螺旋狀、圈狀和彎曲狀切屑屑磨粒大量出現時,表明發動機處于嚴重磨損期,球狀磨粒的大量出現,則是發動機滾動軸承早期損壞的標準。
            鐵譜分析技術具有較寬的磨粒尺寸檢測范圍和較高的檢測效率,其檢測缺點是對潤滑油中非鐵系顆粒的檢測能力較低,故在對含有多種材質磨損進行故障診斷時,有所欠缺,其次作為一門新興技術,鐵譜分析的規范化不夠,分析結果對操作人員的經驗有較大的依賴性,若缺乏經驗,往往會造成誤診或漏診。
            6  結束語
            航空發動機油液監控技術在航空裝備使用、維護和故障診斷中起著極其重要的作用。以完善和加強航空發動機預防性維修保障體系,應建立油液理化性能分析,油液污染度分析、滑油光譜分析、滑油顆粒分析、滑油鐵譜分析等組成的航空發動機油液綜合監控診斷系統,全面系統地評估發動機的磨損狀況,彌補一種分析方法的不足和誤判,提高狀態監控和故障診斷的可靠性,減少不必要的維修,不斷提高航空發動機使用壽命和可靠性,確保飛行安全。
    日期:2018/9/29 閱讀:3029次
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