航空發動機機械磨損的故障探析

戴沅均

（廣州民航職業技術學院人事處，廣東 廣州 510403）

航空發動機機械磨損的故障探析

戴沅均

（廣州民航職業技術學院人事處，廣東 廣州 510403）

本文從航空發動機機械磨損原理入手，著重分析機械磨損對滑油系統的影響及故障磨損監控方法，探索了機械磨損故障診斷技術及診斷技術發展趨勢。

航空發動機；機械磨損故障；監控；診斷技術；發展趨勢

航空發動機機械在運行過程中會產生一定的磨損，而發動機磨損會進一步導致航空發動機的運行故障。如果不能夠及時診斷航空發動機機械磨損故障會嚴重影響航空飛機的正常航行，甚至還會引發安全事故。因此，航空公司十分重視發動機機械磨損故障的診斷和監控，并及時排除磨損故障。通常情況下，航空發動機磨損故障診斷多采用監測儀器診斷、專家系統診斷、油液分析診斷等診斷方法。并且在信息化的背景下，航空發動機的磨損故障診斷朝著智能化、系統化、網絡化和早期化的方向發展。研究航空發動機機械磨損故障不僅能夠加強對機械磨損的監控，及時排除磨損故障，而且能夠保證航空發動機的正常運行，有效避免安全事故。

1 航空發動機機械磨損原理

1.1 機械磨損過程

航空發動機的軸承和齒輪最容易發生機械磨損，本文以航空發動機軸承為例來研究機械磨損的過程。發動機軸承的高度運轉會使軸承內部零件的表面產生摩擦，進而減少零件表面的彈性。具體來說，航空發動機軸承機械磨損主要分為以下三個階段。首先，磨合階段。磨合階段的軸承內部零件表面接觸面積較小并且表面比較粗糙，機械磨損較快。而隨著機械磨損的加深，軸承零件的接觸面積越來越大，機械磨損進入穩定磨損階段。在這一階段，軸承的磨損率和耐磨壽命都比較穩定，如果使用合適的潤滑油能有效減少機械磨損故障，延長軸承的使用壽命。之后，軸承機械磨損進入劇烈磨損階段。這一階段的磨損速度很快，磨損故障率大幅度提升，嚴重降低了軸承結構的精度和軸承的功能。并且，機械磨損會導致軸承溫度上升，進而產生振動和噪聲，直至軸承零件失效。

1.2 機械磨損分類

航空發動機的機械磨損主要包括疲勞磨損、磨屑磨損和粘著磨損這三種，其中，粘著磨損主要指發動機內部構件平面發生滑動接觸時所產生的磨損，粘著磨損經過反復的磨損過程會產生疲勞作用，導致發動機內部構件碎片的斷裂而成為磨屑。并且，航空發動機摩擦會導致內部構件局部塑性變形，使得內部構件的表面材料轉移到另一個構件表面，也可能導致內部構件表面材料粘著在其他構件表面。磨屑磨損主要指航空發動機內部構件表面的顆粒或粗糙表面在滑動過程中產生斷裂和變形，進而引起表面損傷。磨屑磨損主要包括兩體磨屑磨損和三體磨屑磨損這兩種情況。疲勞磨損主要指航空發動機運行過程中內部構件的反復滑動和滾動導致內部構件表面出現的疲勞。例如，在重復摩擦和加載、卸載的過程中，發動機內部構件表面會出現摩擦變形和裂紋現象，在達到極限之后，內部構件表面會出現大碎片剝落，并出現大量的凹坑。

2 機械磨損對滑油系統的影響

航空發動機機械磨損會導致發動機內部構件表面的損傷和脫落，而這些脫落的磨屑會隨著滑油系統進行循環運轉。而在運轉過程中，部分磨屑會粘附在信號器、過濾器及磁塞上，而一些磨屑還會繼續停留在滑油之中對發動機內部構件造成進一步磨損，嚴重影響滑油系統的正常工作。并且，機械磨損會增大滑油器的油濾阻力，導致滑油不暢，甚至還會造成滑油系統壓力和溫度的升高。另外，機械磨損會降低滑油系統的密封性，導致滑油系統泄漏。

3 航空發動機機械磨損故障監控方法

首先，磁塞分析法。磁塞能夠對滑油系統中因機械磨損而產生的磨屑進行收集，避免或減少滑油系統中的磨屑。磁塞分析法的原理是在油箱或回路中插入磁塞，讓磁塞對滑油中的磁性顆粒進行過濾。并且，磁塞需要定期去除清理，保證其對磨屑的吸附功能。另外，機械維修人員要對磁塞所過濾的磁性顆粒進行觀察和分析判斷，了解磁性顆粒的數量、大小等，并根據磁性顆粒的特征來判斷是否需要更換滑油系統中的滑油。磁塞分析法操作十分簡單，但是這種方法僅僅用于磁性顆粒的過濾，對非磁性顆粒沒有作用；其次，油液理化分析法。滑油在使用過程中會出現質量裂化，降低滑油的潤滑效果。因此，航空發動機維護工作需要對滑油油液進行定期檢查和分析。而油液理化分析法的主要目的是掌握滑油理化指標的變化，并根據指標變化情況來分析滑油的衰變特征，進而采取滑油使用的科學措施；再次，光譜分析法。光譜分析法能夠及時發現發動機內部構件的粘著磨損及磨損故障，但是，光譜分析難以及時發現疲勞磨損故障，并且其對磨屑的判斷準確性不高；最后，鐵譜分析法。鐵譜分析法能夠對磨屑進行定量和定性檢測，詳細觀察磨屑的形態、顏色、大小等特征，同時，定量分析還能夠判斷磨屑的相對含量和磨損的程度。并且，鐵譜分析法比較適用于早期診斷，在不拆卸發動機的情況下來檢測發動機的磨損征兆。但是，鐵譜分析法的誤差控制較差，并且對操作人員的經驗和技術水平要求較高，不適用與快速現場分析。

4 航空發動機機械磨損故障診斷技術

4.1 磨損監測儀器診斷

在電子技術的支撐下，航空發動機機械磨損診斷儀器開發已經成為滑油系統研究熱點，航空發動機磨損檢測儀器的使用也越來越多，例如，美國研發的011 v i e w監測器、英國研發的P F C 200、P L C-2000、加大拿研發的Me t a l S C A N監測器、美國研發的磨屑監測器等都能夠對航空發動機油液進行監控和分析。

4.2 專家系統診斷

專家系統在工程診斷領域中的應用有著重要作用，能夠充分促進智能故障診斷的發展。專家系統磨損故障診斷遠遠優于傳統的磨損故障診斷技術。并且，專家系統的故障診斷儀專家知識經驗為基礎，能夠對復雜的磨損故障進行科學診斷。另外，專家系統診斷能夠進行壽命評估、故障預報、故障排除等，很多航空發動機磨損診斷已經開始運用專家系統進行診斷。

4.3 磨損界限值制定技術

制定界限值是航空發動機油樣分析的積分方法，也是進行發動機檢測的前提。美國在長期的研究和實驗中建立了發動機磨損元素的界限值指標，并根據發動機的實際使用狀況對界限指標進行修改。磨損界限值制定技術多采用理化分析、鐵譜分析、磨屑顆粒分析、光譜分析等分析方法來進行磨損故障診斷。

5 航空發動機機械磨損故障診斷技術的發展趨勢

5.1 實時化診斷

航空發動機的安全要求較高，并且航空發動機工作狀態處于動態變化之中，需要對發動機機械磨損故障進行實時診斷。而實時化的機械磨損診斷要求比較嚴格，必須具備較高的反應速度，及時發現發動機中的磨損故障，在較短時間內制定故障維修策略，采取合適的故障維修措施。

5.2 智能化診斷

智能化診斷能夠使航空發動機機械磨損在沒有診斷專家的情況下正常進行，并且，智能化診斷的速度較快，準確率較高，能夠及時、準確地發現機械磨損故障。另外，智能化診斷需對機械磨損領域的專家知識進行自動化吸收，自動化的系統自我完善，以提高機械磨損診斷技術水平。

5.3 系統化診斷

系統化診斷不僅要診斷具體的檢測任務，而且還要診斷航空發動機系統中復雜的機械磨損故障。從具體的檢測任務方面來說，系統化診斷需要對多種檢測信息進行驗證，得出初步診斷結果，并對多種故障征兆信息進行融合診斷，以提高診斷的準確性。從復雜的磨損故障方面來說，航空發動機很可能同時存在多種磨損故障，并且多種磨損故障之間相互影響，要求診斷人員對局部故障和整體故障進行檢測診斷。

5.4 早期化診斷

航空發動機的磨損故障主要分為原發型和誘導型故障，而大多數發動機磨損故障都是誘導型故障，原發型故障較少。因此，航空發動機磨損故障診斷需要進行早期診斷，及時發現發動機存在的磨損故障及潛在的誘導故障，并及時進行維護，消除潛在誘導故障的引發因素，避免誘導故障的發生。

5.5 網絡化診斷

網絡化診斷是機械故障診斷的重要發展趨勢，網絡化診斷以網絡技術和科學技術為依托，具有較高的準確性，診斷速度極快。并且，網絡化診斷的成本較低，應用型較強，能夠與遠程診斷技術、維修管理技術等故障診斷維修技術相結合，及時發現并解除航空發動機的磨損故障。

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