航空發動機狀態監控在試車臺滑油系統上的應用研究

摘 要:本文主要通過對航空發動機滑油系統的工作原理和常見的滑油系統故障的分析，以某型航空發動機為例，初步探討狀態監視系統在航空發動機試車臺上的應用。

關鍵詞:狀態監視 航空發動機 試車臺 滑油系統

中圖分類號:V23文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(a)-0081-01

航空發動機是飛機的心臟，其結構復雜，工作條件苛刻，同時受到各種外部因素的干擾。飛機發動機故障監控系統的設計就是為了保障及時有效的監控發動機性能和可靠性狀態，診斷故障。通過監控來調整發動機性能，分析故障，最終達到提高發動機使用質量的目的。目前在國際上已經具有很多成熟的飛機發動機故障診斷的專家系統，如XMAN和JET－X等等。但在航空發動機試車臺上應用狀態監視系統卻仍然較為少見。

發動機在工作過程中，滑油系統的工作狀況不僅影響發動機的工作性能和壽命，而且滑油系統故障可以導致嚴重的飛行事故也屢見不鮮。本文主要以某型航空發動機為例，探討狀態監視系統在試車臺滑油系統上的應用，分別從航空發動機滑油系統的工作原理，常見的滑油系統故障原因分析，試車臺滑油系統狀態監視系統的建立等三個方面進行探討。

1 航空發動機滑油系統工作原理

滑油系統是保證航空發動機正常工作的一個重要組成部分，其主要功能是保障發動機摩擦件的潤滑、散熱．發動機內部有摩擦件的地方就有滑油，如轉子軸承、齒輪、封嚴裝置。滑油系統中的滑油具有循環使用的特點，因此在滑油油路中會攜帶大量發動機運動狀態的信息，如磨損物的數量、形狀、粒度成分等，它在一定程度上反映了發動機內部可能存在的故障隱患，如潤滑油系統本身故障(管路阻塞、滑油泵卡滯、封嚴裝置失效)和發動機雜音、振動、抱軸等故障。這些信息為監控與技術診斷提供了良好的條件。

2 航空發動機滑油系統常見故障

對于航空發動機滑油系統來說，主要常見故障主要有以下幾種。

2.1 滑油消耗量過大

滑油消耗量過大是指發動機滑油消耗量超過規定值。主要由于漲圈、篦齒在工作過程中磨損使密封能力降低，螺栓、管路接頭松動滲油，或因轉子不平衡引起的封嚴失效等造成。

2.2 滑油壓力不正常

滑油壓力不正常主要表現為壓力偏高、偏低和壓力脈動。引起滑油壓力不正常的因素有滑油油路活門卡死、油濾堵塞、滑油泄漏管路破裂、釋壓活門或滑油泵出現故障等。

2.3 滑油溫度過高

滑油溫度過高，會使滑油粘度降低，潤滑效果變差，最終導致齒輪和軸承磨損加快、滑油泵效率降低、滑油噴嘴局部堵塞。引起滑油溫度過高的主要原因是滑油冷卻器效率降低所致。

2.4 金屬屑增多

由于摩擦件表面的潤滑效果降低，導致摩擦件表面金屬磨損脫落，致使滑油中金屬屑增多，是發動機故障的主要先兆。

2.5 滑油量增多

滑油量增多主要是由于燃油/滑油熱交換器內燃油管道磨損，使燃油進入滑油系統，使滑油的潤滑效果降低。

3 試車臺滑油監視系統設計

通過與滑油有關的信息，監視滑油本身的理化性能以及發動機中所有接觸滑油的零部件的健康狀況，并診斷它們的故障。監控系統的主要功能:

(1)利用滑油壓力、溫度、消耗量等監測參數，監視滑油系統的工作狀況，以保證發動機正常潤滑;

(2)通過分析滑油中屑末的含量、成分、形狀、尺寸等，監視發動機潤滑零部件的磨損狀況和故障特征;

(3)對滑油系統的工作情況進行趨勢分析和狀態監控。

以某型渦軸發動機的滑油系統為例，其發動機為外置供回油系統，根據其工作特點和試車測試要求，在試車臺滑油狀態監視系統設計中，可以設立4個子系統

3.1 滑油消耗量測量系統

消耗量測量方式主要三種:電子秤稱重法、滑油箱滑油液面標尺刻度讀取法、累計流量測量法。

目前車臺狀態監視系統可采用計算機輔助試驗系統進行發動機監控數據處理，為滿足數據自動采集的需要車臺滑油消耗量測量均采用電子秤稱重法。其主要優點:測量精度高、可實現實時在線監控。并在系統軟件中設置發動機滑油消耗量上限報警裝置，提供滑油消耗量過高及滑油泄漏的信息。

3.2 滑油參數在線監視系統

主要監視參數:滑油壓力、滑油溫度、滑油量和滑油消耗量以及滑油濾堵塞指示(壓差)。

(1)滑油壓力:在壓力范圍內設置發動機滑油壓力范圍。當超上限時，可能是由于滑油噴嘴堵塞、油濾堵塞或調壓器工作不正常等原因;當壓力超下限時，可能由于接口泄漏、油管破裂、油泵故障、油面太低、調壓活門工作不正常等原因。

(2)滑油溫度:高的滑油溫度同其它滑油系統監視參數一起，可指出發動機子系統的故障。

(3)滑油濾堵塞指示:滑油濾堵塞指示有兩種，一種是旁路活門打開指示，另一種是滑油濾壓差過大指示。主要采取超限告警和趨勢分析的監視方法

3.3 滑油分析試驗系統

滑油分析試驗系統是獨立于試車臺的，它應具有專門的場所和設備，并配置專業人員對采樣的滑油進行理化分析。在實驗室內利用專門儀器對滑油進行理化性能分析;監測滑油的黏度、閃點、總酸值以及滑油的氧化性等等。通過對滑油理化性能的監視可以提供關于滑油狀態以及某些發動機工作異常的信息。影響滑油理化性能降低的速率和程度的因素有通氣、溫度、滑油消耗量、滑油系統的容量和滑油的成分，最后確定滑油的可使用性。

3.4 金屬屑監控系統

主要采用在發動機滑油油路中安裝磁性堵頭和油濾進行金屬屑的收集。

滑油屑末監視可提供很重要的發動機故障信息，它是滑油監視的主要手段之一。發動機滑油屑末監視的最主要任務就是及時發現相對運動機件表面產生的磨損屑末，判斷摩擦件的健康狀況并避免造成嚴重的發動機二次損傷。

評定屑末狀況的參數有屑末含量、產生的速率、材質、形狀、尺寸、顏色等。不同類型發動機對金屬屑分析處理有所不同．主要有兩類:一類是觀察法:此方法不但要觀察金屬顆粒大小、數量及色澤，而且還要注意金屬屑數量增加與否;另一類是光譜分析法:就是對滑油樣品燃燒時產生的光譜進行測定，用光譜的頻率和強度確定被檢測元素的材質和含量。同時可以對檢測到的金屬元素的濃度和增長趨勢，進行超限檢查和趨勢分析。

4 結語

通過在航空發動機試車臺中建立完善的航空發動機滑油供回油系統、測量系統、滑油消耗量測量系統和建立專業的滑油理化分析試驗室。可以對試車過程中滑油金屬顆粒大小、形狀、色澤和含量進行評估，基本上可以對發動機內部機件工作狀態和發動機完好程度進行監控，準確判斷發動機故障部位。這樣不但能縮短發動機試車時間，節約試車成本，而且可將監控與診斷的信息反饋到設計、生產單位，對于提高發動機質量和工作可靠性、延長使用壽命、降低成本都有重大意義。

參考文獻

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