滑油監(jiān)控技術(shù)在航空發(fā)動機上的應(yīng)用

中國航發(fā)南方工業(yè)有限公司 湖南 株洲 412000

引言

滑油系統(tǒng)是航空發(fā)動機的關(guān)鍵組成部分，主要負責(zé)給發(fā)動機齒輪、軸承等機械旋轉(zhuǎn)件給予潤滑油，以此保證發(fā)動機的潤滑效果，如果滑油系統(tǒng)供油不夠充足，就很容易發(fā)生噴油嘴堵塞等重大故障，而齒輪軸承等旋轉(zhuǎn)件如果得不到潤滑，就極易發(fā)生機械磨損點蝕、剝落、膠合等問題，金屬產(chǎn)生的磨屑跟隨滑油循環(huán)，又會再次加大其對發(fā)動機旋轉(zhuǎn)件的傷害，當(dāng)出現(xiàn)嚴重磨損時，會出現(xiàn)抱軸而使得發(fā)動機停車。所以，為了消除以上重大隱患，需要采用潤滑監(jiān)控技術(shù)，實現(xiàn)對滑油系統(tǒng)的全面監(jiān)控檢查，保證發(fā)動機的正常運行。

一、滑油監(jiān)控技術(shù)

利用系統(tǒng)中滑油能夠循環(huán)使用的特點，分析被檢測航空發(fā)動機滑油中存在的零件結(jié)構(gòu)疲勞破裂產(chǎn)生的磨屑數(shù)量成分，就能夠較為直觀反映發(fā)動機內(nèi)部機件的工作情況和接觸表面有無出現(xiàn)損壞，給轉(zhuǎn)子軸承、齒輪等重要零部件的故障監(jiān)控提供充足的依據(jù)，最終達到發(fā)動機部件的使用壽命和可靠性分析評估依據(jù)更加充分、結(jié)果更加精確的目的，讓相關(guān)的技術(shù)為使維修方案更有針對性、更加有效。

1.光譜分析法。在發(fā)動機運行過程中，零件磨損表面會有大量碎屑掉落，摻進滑油當(dāng)中，雖然一些尺寸較大金屬顆粒會被油濾和金屬屑探測器過濾或者截獲，但是仍會有較多的細小微粒進入滑油中，所以利用磁塞監(jiān)測法檢查發(fā)動機磨損狀況并不是十分完全，還存在較大的漏洞，最終產(chǎn)生誤差。而滑油光譜分析技術(shù)就可以較為輕易的檢測到滑油中Fe，Al，Cu等細微金屬顆粒。該技術(shù)原理是取定量的滑油樣本燃燒，滑油中存在的不同種金屬顆粒在燃燒過程在會放射出特定的輻射光譜，其光譜的強弱程度就能明顯的反映出該金屬含量。所以，利用實驗測得能譜、脈沖計數(shù)率和放射強度，就能夠較為輕易的得出磨損金屬元素的種類和含量，通過這些測得的數(shù)據(jù)進行分析，就能夠很好的對發(fā)動機內(nèi)部磨損情況做出評估。光譜分析法可以監(jiān)測μm級的細小顆粒，比較合適應(yīng)用于早期發(fā)動機的磨損監(jiān)測，并及時的采取解決措施。

2.鐵譜分析技術(shù)。鐵譜分析技術(shù)是利用發(fā)動機摩擦件基本都是由鐵磁性材料構(gòu)成的特點，將譜儀作為工具，在高強度磁場的作用下，實現(xiàn)滑油中的金屬磨屑隔離，并按照體積的大小有序的不重疊地鋪設(shè)在透明載體基片上，然后對微粒進行觀察和分析的一種應(yīng)用于航空發(fā)動機狀況監(jiān)控的技術(shù)。通常情況下，磨損產(chǎn)生的顆粒體積會在10～15μm以上，各種磨損初期微粒帶大小大約為15～200μ，而鐵譜分析技術(shù)可以收集1～200μm以內(nèi)微粒此可見，鐵譜分析范圍基本上已經(jīng)將絕大多數(shù)因為磨損產(chǎn)生的微粒包含在內(nèi)。此外，通過鐵譜顯微鏡對基片上微粒鋪設(shè)區(qū)進行光密度測量，就能夠輕易的獲得磨粒的形態(tài)特征，并在此基礎(chǔ)上研究磨損形式機理，起到預(yù)測磨損發(fā)展趨勢的作用，在不影響發(fā)動機正常工作運行的前提下實現(xiàn)有效的磨損故障預(yù)測。但是在分析監(jiān)測多材質(zhì)摩擦副磨損狀況時，由于其中仍有部分材料不具備鐵磁性，使得實驗結(jié)果誤差較大，所以在這種情況下，鐵譜分析法并不適用。最后，由于在使用該技術(shù)過程中缺少規(guī)范化流程，對于技術(shù)人員的專業(yè)素養(yǎng)和經(jīng)驗有一定的要求，其分析結(jié)果受到專業(yè)經(jīng)驗的限制。

二、滑油監(jiān)控技術(shù)在航空發(fā)動機上的應(yīng)用

滑油檢測技術(shù)現(xiàn)如今已經(jīng)在航空發(fā)動機上取得了較廣的應(yīng)用，如很多飛機上的油氣分離器上都安裝了磁塞探測器，當(dāng)探測器上累積了規(guī)定標準的金屬屑時，發(fā)動機就會自動報警，讓維修人員及時進行修理，在動機每使用25±5小時后，維修人員就必須進行采樣，然后對其進行光譜分析或者鐵譜分析，檢查滑油中的金屬含量是否由超標的痕跡，一旦發(fā)現(xiàn)，就需要立即采取措施，以下進行舉例分析：

某航空發(fā)動機首次裝機在運行5小時時，系統(tǒng)發(fā)出警報信號，維修人員立即進行地面檢查，發(fā)現(xiàn)油路的濾網(wǎng)和磁塞探測器上存在少量金屬顆粒，經(jīng)過分析確定：發(fā)動機還處在處初始磨合期，濾網(wǎng)和磁塞探測器上的金屬屑是初始磨合的產(chǎn)物，在初始磨合之后就不再產(chǎn)生金屬屑，屬于正常現(xiàn)象。所以這個時候制定的維修方案就是將滑油系統(tǒng)內(nèi)的滑油放出，換上清潔滑油，發(fā)動機冷運轉(zhuǎn)，沖洗滑油系統(tǒng)，再次放出滑油系統(tǒng)內(nèi)的滑油，更換清潔滑油，發(fā)動機正常啟動。當(dāng)發(fā)動機再次工作5h之后，警報如果還未解除，油路中再度出現(xiàn)大量金屬屑顆粒。這時就需要進行油液取樣，然后進行光譜分析，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)：發(fā)現(xiàn)鐵、銅元素濃度嚴重超標，發(fā)動機內(nèi)部出現(xiàn)機械磨損。進一步分析發(fā)現(xiàn)：其中的鐵元素可能主要來自于齒輪、封嚴漲圈等機件，而銅元素可能源自軸承保持架或者滑油泵上的青銅襯套。再用鐵譜顯微鏡觀察鐵譜片上微粒區(qū)域，發(fā)現(xiàn)片狀磨粒數(shù)量明顯不符合常態(tài)，初步判斷發(fā)動機附件傳動軸承出現(xiàn)問題，然后再次取樣進行光譜分析，發(fā)動機附件機匣滑油中的銅元素要高于其他區(qū)域。因此根據(jù)實際情況制定維修方案：將動機從飛機上分離開來，并分解相關(guān)機件，打開附件機匣蓋，發(fā)現(xiàn)附件機匣傳動齒輪軸承保持架斷裂脫落，軸承滾珠磨損異常，表面有嚴重的金屬脫落哼唧，需要及時換掉附件機匣齒輪 傳動軸承，按施工流程進行再次組裝，檢驗合格之后裝機檢查，發(fā)現(xiàn)滑油系統(tǒng)各項工作處于正常狀態(tài)，所以得出結(jié)論：故障排除，發(fā)動機能夠繼續(xù)安全使用。從上述力資可以發(fā)現(xiàn)，在采用滑油監(jiān)控技術(shù)之后，極大的消除了一起嚴重的故障隱患，確保了航空飛機的飛行安全。

三、總結(jié)

本文對滑油監(jiān)測技術(shù)中的光譜分析法、鐵譜分析法進行了較為詳細的介紹，并舉例將其應(yīng)用于航空發(fā)機故障診斷當(dāng)中，極大的減少人為因素、方法或者技術(shù)等原因造成的分析誤差，保證了飛機的飛行安全。