利用滑油系统开展发动机监控与故障诊断

1、 施工技术CONSTRUCTION利用滑油系统开展发动机监控与故障诊断徐耀荣 李 明 贾明明海军航空工程学院青岛分院山东省 青岛市 266041由于滑油在航空发动机滑油系统中是循环使用的,携带着发动 衡;而异常磨损能引起磨粒浓度及粒度分布超出预先制定的标准。机运动零部件状态的大量信息,包括磨损和疲劳剥落等情况,利用这 有关研究指出,根据物质平衡原理可以建立磨粒浓度动态平衡些信息可以预测发动机有关零部件的寿命、决定维修的时机。利用滑 的微分方程:油系统开展监控与故障诊断是实践证明行之有效的一种发动机状态dC P - KCi i i监控与故障诊断方法。 1dt V需要注意的是这时监控的对象已经不是

2、滑油系统本身,而是发动机的转动部件,例如轴承、齿轮等。 式中 Ci-特定尺寸粒度 i的磨粒浓度mg/L;1受润滑零部件的磨损规律 Pi-特定尺寸粒度 i的磨损率mg/h;1.1航空发动机受润滑的摩擦零件的使用磨损 K-排除率常数L/h;磨擦是两个相互接触的零部件在外力作用下发生相对运动时接 V-油的体积L;触表面产生阻止这种运动的相互作用的现象,摩擦的结果使其表面 t-时间h。分子逐渐脱落,使零部件原有的尺寸、几何形状和表面质量发生变 对于一个循环系统来说,可以假设体积 V为常数;绝大部分磨化,这种现象称为磨损。在两接触表面之间施用油、脂或其它流体来 粒的排除是由于油滤所致,因而排除率常数为

3、k=EQ,其中 E-油滤分隔接触表面以达到降低能量消耗的方法称为润滑。可见摩擦是磨 滤出效率, Q-流量L/h。磨损率 Pi是一个常数。损的原因,磨损是摩擦的必然结果,润滑是降低摩擦、减少磨损的措 若设初始浓度为零,并从初始时间开始将式1积分,其结果为施,三者有密切的联系。 Kt EQt- -P Pi iV VC 1- e 1- e机械正常运转时的磨损过程一般分为三个阶段,即磨合阶段、稳 2iK EQ定磨损阶段、剧烈磨损阶段。磨合阶段又称跑合阶段。新的摩擦副表面具有一定的粗糙度,真实接触面积较小,局部应力较大,所以开始 该式表明磨粒浓度正比于磨损率,反比于排除率常数,而且以指使用阶段表面逐渐磨

4、平,磨损速度较大。随着磨合的进行,真实接触 数形式达到平衡浓度;该式还表明达到动平衡的时间主要与油滤的面积逐渐增大,磨损速度开始减缓。人们利用磨合阶段轻微的磨损为 滤出效率有关,而与磨损率无关。正常运行时的稳定磨损创造条件。选择合理的跑合规程,采用适当的 2 油样分析摩擦副材料及加工工艺,使用含活性添加剂的滑油等方法都能缩短 在工程实际中,对油样的分析和检验可分为两大类。一是对油料跑合期,即在短时间内以最低的磨损速度达到良好的跑合要求。稳定 本身的检验,测定油料本身是否合格、是否可以使用,即对油料理化磨损阶段磨损缓慢稳定。这一线段的斜率就是磨损率,横坐标时间就 性能检验。这类分析检验手段不属于

5、设备故障诊断讨论的内容,但是是零件的耐磨寿命。之后磨损速度急剧增长,机械效率下降,精度丧 保证滑油系统可靠工作的有效措施。二是通过对油样的分析,来判断设备运转是否正常、严重磨损是否发生等。对于这一类,一般是使用失,产生异常噪声及振动,摩擦副温度迅速上升,最终导致零件失效。这三个阶段的长短与机械的设计和使用均有密切的关系。 铁谱分析技术和光谱分析技术,对油中所含磨粒进行分析与监视,来在发动机使用过程中,润滑零件的损坏原因,通常是润滑不良、 判断设备的运行状态和磨损情况,属于设备故障诊断的内容。温度过高、滑油因含杂质使其润滑性能劣化。 油样分析的基本原理是:设备运行过程中,两个相互接触并相对发动机

6、润滑用的矿物油或合成油,当含水或含燃油过量时,也会 运动的金属表面必然发生摩擦,摩擦产生的金属碎片和微粒会从金使其抗磨损性能急剧劣化。 属表面上脱落而进入滑油中,并随滑油的流动而被带走。这样,通过当滑油内的杂质含量超过规定限度时,不仅会使摩擦零件磨损 对油中磨损微粒的分析,就可判断设备的磨损部位、磨损程度和磨损速度增大造成破坏,而且会造成系统机件的磨损、振动、发热、卡死、 状态。堵塞或由此而引起系统性能下降、寿命缩短、机件损伤、动作失灵和 油样分析通常从油样成分分析、磨粒浓度分析和磨粒形态分析三个方面进行。滑油中出现的不同化学元素,来源于含有相应元素材油液变质等故障。1.2滑油中磨粒的浓度 料

7、制成的零件。通过对滑油中所含化学元素的分析,就可以确定设备能够利用滑油中金属屑含量这种定量信息监控零部件的磨损状 的磨损部位。一般来说油液中的磨粒浓度与零件的磨损量存在线性态的原因,在于正常磨损的机械其油液中磨粒浓度能够达到动态平 关系,因而通过测量磨粒浓度,就可判断零件的磨损程度。磨粒的大统,逐级进行技术交底,做到层层落实,确保顺利实施。 参考文献4结语 1戴镇潮:大体积混凝土的防裂.混凝土, 2001,(9): 10大体积混凝土的开裂是目前学者和工程界关注的一个重要问 2康方中:浅谈现浇商品混凝土楼板变形裂缝的成因和防治.混题,通过以上分析可知,大体积混凝土的材料型裂缝主要是由温度应 凝土

8、, 2003,(5): 18力和混凝土的收缩引起的,笔者认为精心选择原材料,并在施工中采 3尤启俊:外加剂对混凝土收缩抗裂性能的影响.混凝土,2004,用合理的对策,坚持严谨的施工组织管理,一定能将大体积混凝土的 (9): 32、 33各种裂缝减到最少,达到比较满意的混凝土外观质量 4冯乃谦:混凝土结构的裂缝与对策机械工业出版社 2006432 城市建设2009年总第 38期施工技术CONSTRUCTION小与磨损速度有关。根据磨损规律,当零件处于磨合阶段时,磨粒相 会引起金属屑检测器报警,这会造成其误报警。对较大;正常磨损阶段,磨损颗粒细小而均匀,一般小于 3m;而在 3.2滑油光谱分析法达

9、到磨损极限容许值时,可能出现粗大颗粒。磨粒磨损,其磨粒呈不 滑油光谱分析法是利用滑油中各种元素的原子发射光谱或吸收规则截面的粒状; 粘着磨损会出现条状磨粒,磨粒表面无光泽;齿轮和 光谱的不同,来分析滑油中磨粒的化学成分和含量,判断机件磨损的轴承的疲劳剥落,其碎屑呈片状,一面光滑而明亮, 另一面呈布纹状的 部位和磨损严重程度,确定相应零件的磨损状态,进而对设备故障进粗糙组织。腐蚀磨损由于介质的性质、介质作用在摩擦面上的状态、摩 行诊断。光谱分析法比较适合于分析油液中有色金属磨损产物。在光擦材料的性能及腐蚀磨损出现的状态不同,磨损特征各不相同。 谱分析法的应用中,根据光谱分析仪激发辐射光谱方法的不

10、同,主要油样分析可按采样、检测、诊断、预测和处理五个步骤进行。从滑 有原子发射光谱和原子吸收光谱两种方法。目前较多使用的是原子油中取样,必须采集能反映当前发动机中各零部件运行状态的油样, 发射光谱。即油样应具有代表性(由于各种磨损残粒并不是溶解在滑油之中的, 3.2.1发射光谱分析法而是悬浮在滑油之中,运动停止以后很容易发生分离,因此必须十分 物质的原子是由原子核和在一定轨道上绕核旋转的核外电子组注意采样时机、位置);检测是指对油样进行分析,测定油样中磨损残 成的。当外来能量加到原子核上时,核外电子将吸收能量并发生能级渣的数量、粒度分布、化学成分,初步判断设备属正常磨损或异常磨 跃迁从低能级跃

11、迁到高能级的轨道上。此时,原子的能量状态是不损;诊断就是确定异常磨损状态的零件及磨损类型如磨粒磨损、疲 稳定的,电子总会自动地从高能级跃迁回原始能级,同时发射光子把劳剥落等;预测就是预估异常磨损零件的剩余寿命及今后的磨损趋 它们所吸收的能量辐射出去,所辐射的能量与光子的频率成正比关系势;处理就是根据以上结果,确定维修方式和维修时间。 E=hv3油样检测监控技术 式中 h-布朗克常数;光谱分析法、铁谱分析法和磁塞检测法是目前常用的三种油样 v-光电子频率。分析技术。通常,光谱分析法适用于 8m以下磨粒的分析;铁谱分 由于不同元素原子核外电子轨道所具有的能级不同,因此受激析法适用于 100m以下磨

12、粒分析;磁塞检测适用于 50m以上磨 发后放出的光辐射都具有与该元素相对应的特征波长。发射光谱仪损颗粒。光谱技术能可靠地鉴别磨粒的成分,并对其进行定量分析, 就是利用这个原理,采用各种激发源使被分析物质的原子处于激发但不能获得磨粒形态的信息;铁谱技术能将磨粒按尺寸大小排列,并 态 一般是以 15000V高压产生的电火花直接激发油液中的金属元可获得颗粒形态及成分等方面的信息;磁塞检测法通过对磨粒的大 素,使之发射出供进行光谱分析的表征辐射,此辐射经光栅或棱镜小、数量和形态的观测,可以判断零件的磨损状态。 分光系统进行分光后,便形成了所含元素各自的特征光谱即受激发3.1利用油滤、磁塞和金属屑信号器

13、进行监控 后的辐射线是按频率分开的,并按波长顺序在聚焦处排列,通过各油滤和磁塞是最早应用于航空发动机滑油系统长期监控的简单 自的光电探测器在聚焦处对其特征光谱能量进行接收和放大,最后而行之有效的方法。其基本原理是通过不同结构的油滤和安装在滑 送入数据处理系统进行处理并输出分析结果。也可将感光胶片置于油系统内带磁性的塞头,收集滑油中的残渣数量与其在滑油中的浓 聚焦处使其感光,然后根据感光胶片上的各对应部位的感光强度黑度成正比,用肉眼、低倍放大镜或显微镜直接观察残渣的大小、数量 白程度判断各元素的含量。总而言之,发射光谱分析法接收的是磨和形状等特征,从而判断摩擦零件的磨损状态。 粒元素原子激发态的

14、发射光谱,根据不同波长上的谱线就能知道都一般在发动机滑油系统内装有批生产的油滤,其滤网孔目尺寸 有些什么元素,根据谱线的强弱判断出每种元素的含量。为 70-75m。由于油滤不能阻挡尺寸小于该滤网孔目的零件机械 被分析的油样在激发室的分析间隙中 石墨棒及石墨圆盘电极磨损产物而丢失有价值的诊断信息,故在滑油系统内安装磁塞,这样 之间激发时,油样发射的光由光导纤维引至入射狭缝,由狭缝出来可以得到 50m以上尺寸的铁磁材料的残渣微粒。 的光变为狭窄的带状;光线到达光栅后被分为各种不同波长的谱线,对于零件磨损产物进行分析的周期,一般根据实验来确定。例如 在聚焦曲面上的出射狭缝处被分为对应于各元素的谱线;

15、再利用偏R.R.公司的斯贝系列发动机上,磁塞和油滤的检查周期为 25和 400 转板的定期往返转动来动态扣除光谱背景。每个狭缝后面设置一个小时。当发现故障时,磁塞的检查周期要缩短为 10小时,以便尽可能 光电倍增管,以便将光能变为电能;在每次燃烧中将这一电流按准确更可靠地检查故障的发生过程。在使用中要将从磁塞和油滤上清除 的时间间隔积分 求和,就形成了与光电管接受的光量成正比的电的沉积物利用 1020倍的双筒显微镜仔细分析,根据其颜色和形状 压;通过读出电路将此电压转换为数值,再将所测的结果与计算机中将发动机装配和维修时带入的金属屑同其它金属微粒区分开。 存储的校正曲线数据进行对比,便可算出元

16、素的浓度;最后,将整个在发动机滑油系统还广泛采用金属屑信号器。例如装在某型发 分析结果在计算机屏幕上显示或用打印机打出。动机上的金属屑信号器,是间隙式的,由敏感元件、导电片、绝缘垫、 每个通道由各自的狭缝、光电倍增管及积分电路组成,一般来说封严圈等组成,安装于滑油箱的前部,用于监测发动机转动部件的磨 每个元素相对应一个通道,并用一个数字表示。当多元素油料分析仪损情况。当滑油回油系统中的金属磨粒较大时,金属屑检测器直接发 MOA运行时,用的是代表通道的数字而不是元素的名字或符号。出信号给机载记录系统,荧光显示器显示“减小转速”信号,同时语音 3.2.2滑油金属含量标准系统通知飞行员减小转速。 利用 MOA可以分析发动机的滑油金属含量的标准。需要注意