1、中华人民共和国航空工业标准航空燃气涡轮发动机监视系统设计与实施指南滑油监视1 主题内容与适用范围HB/Z 286 . 3-96 , . 1 本指南提出航空燃气涡轮发动机滑油监视方法及滑油监视设备和使用方法。, . 2 HB/ Z 286. 1 (航空燃气涡轮发动机监视系统设计与实施指南总则的要求适用于本指南。本指南适用于航空燃气涡轮发动机滑油监视的设计和使用。2 引用标准本章无条文。3 缩略语3 . 1 LCC Life Cycle Cost 寿命周期费用3. 2 SOA Spectrometric Oil Analysis 滑油光谱分析3 . 3 SEM Scanning Electron
2、Microspe 扫描电子显微镜3 . 4 EDAX Energy Dispersve X-ray Analysis X射线能谱分析4 总述航空燃气涡轮发动机滑油监视系统包括以下三个方面内容:a.滑油系统工作状态监视，即监视滑油系统是否工作正常;b.滑油屑末监视，即通过分析滑油中的屑末状况，监视接触滑油的发动机零部件的健康状态;C.滑油状态监视，即监视滑油自身的物化性能。这三方面的监视设备和技术如图1所示。4 . 1 滑油监视系统的设计和使用要求在设计和使用滑油监视系统时，应考虑以下因素:中国航空工业总公司1996-09 -13发布1996-10 -01实施49 HB/Z 286.3-96 a
3、. LCC; b.接触滑油零部件的磨损和故障模式的类型和危害性;C.故障检测和故障隔离能力;d.发动机单元体化程度;e.磨损屑未在滑油系统中的传输sf滑油过滤程度;g.发动机或单元体更换的定量和定性准则:h.人的因素:1.维修人员的培训11; J.仪器供应部门、飞机和发动机设计、制造部门与订购方之间的参与和协作;k.文挡。4.2 机载滑油系统监视方法的考虑用于机载滑油系统监视方法，除考虑4.1条的要求外，还应考虑以下内容za.将传感器组合在滑油系统中;b.环境;C.机载设备的重量和可靠性;d.可达性ie.检查和(或)清洗要求;f.信号器和指示器的位置;g.接口;h.机内测试设备。4.3 地面滑
4、油屑末监视方法的考虑用于地面滑油屑末监视的方法，除考虑4.1条的要求外，还应考虑以下内容:a.取样措施和设备;b取样频率;C.响应时问:d.实验室、保障设备和人员费用;e.后勤保障;f.滑油的消耗和补充;g.标定要求。5 滑油系统工作状态监视滑油系统工作状态的监视参数有滑油压力、滑油温度、滑油消耗量和滑汹汹滤堵塞指示。5. 1 滑油压力监视发动机滑油压力可确知滑油系统的工作状态。引起滑油压力增高的原因有:滑油喷嘴堵塞、i由滤堵塞或调压活门故障;引起滑油压力降低的原因有:泄漏、油管破裂、油泵故障、油面太低、调压活门工作异常。50 HB/Z 286. 3-96 滑油压力由装在滑油系统供油油路中的压
5、力传感器进行连续监视。这些传感播的信号用于飞机座舱显示和机载监视系统。传感器的选择应考虑环境、线性、重复性、迟滞性、分辨率、温度误差、标定误差、可靠性及机电接口等要求。其中环境参数包括:温度、振动与冲击、噪卢及传导和辐射的电磁干扰。压力传感器的种类有应变计式、电容式、电感式、压电式等。压力传感器除了用于连续指示油压外，还应对油压出现非正常状态时给出题限告警，一般应有一个最低滑油压力指示器，用于警告机组人员发动机处于低油压危险状态。5.2 滑油温度高的滑油温度同其它滑油系统监视参数一起，可指出或帮助隔离发动机子系统的故障。轴承的严重损坏或热端封严的泄漏，可造成回油管路中泊温高。如果传感器装于滑油
6、散热器的下游，散热器的堵塞则可引起超温指示。然而.影响系统温度高低的强立变量的范围太广，所以并不能在系统真正出问题之前检测到温度缓慢或很宁的变化。影响系统温度的独立变量包括:发动机转速、燃油输出温度(如果采用燃油进行滑油系统冷却)、周围的空气温度(如果采用空气散热器)、飞行高度相马赫数。无论是多点检测还是单点检测装置都不能给出一种简单的诊断限制值。用机载电子计算机检测多点温度有可能提供非常好的诊断。通常，滑油温度测量采用电阻传感器。5.3 滑油消耗量监视滑油量和滑油添加量可以得到有关滑油消辑量过高及滑油泄漏的信息，或者得到由于燃油或滑油散热器的损坏而在滑油中出现燃油污染的信息。为了在飞行前、后
7、检查滑油量，发动机滑油箱应装有观测标尺或简单的深度尺，或在飞机驾驶舱仪表板上指示滑油箱油量。在油箱中采用油量传感器，如机械浮子簧片式，或适用于高温环境下工作的电容式热敏型传感器。监视滑油消艳量可采用统计法。即记录飞行前和(或)飞行后所添加的滑油量及发动机的工作时间，统计一段时间内的滑油总添加量及发动机工作时间，得到单位时间内滑油消耗量，该量可做超限告警和趋势分析。5.4 滑油油滤堵塞指示滑汹汹滤堵塞指示有两种，一种是设旁路活门，另一种是不设旁路活门。由于泊滤的堵塞会引起滑油供油不足，所以传统的航空燃气涡轮发动机的油滤设有旁路活门。当泊滤堵塞时，它的进出口压差升高并通过机械式或电子式旁路指示器在
8、驾驶舱做压差指示，同时使旁路活门打开。如果发动机是在打开旁路的情况下工作，接触油的零部件会被循环的屑末所损伤。在现代发动机滑油系统中，囚油总管备有细油滤，其过滤度高于进油系统中的细油滤，从而使润滑后的滑油以较清洁状态返回油箱，使其成为净化的油箱。在这种情况下，回油总管汹滤保证流向轴承、齿轮等处的滑油具有充分的清洁度，且均带有旁路安全活门。增压油滤仅作为一种备用装置，可不装旁路活门。当油滤堵塞时，指示器应提供告警指示。51 HB/Z 286 . 3 - 96 6 滑油属末监视滑油除作为润滑和冷却剂外，还作为屑末的传输媒介。滑泊中含有由于机件遭受表面的滚动和滑动磨损产生的屑末，虽然产生的速率不同，
9、但正常磨损、加速磨损和早期故障都会使材料磨掉。在产生屑末的过程中，包含着磨损表面的非常有价值的详细信息。这就是通过监视滑油屑末进行发动机状态监视的基础。评定屑末状况的参数有屑末含量、产生的速率、材质、形状、尺寸、尺寸分布和颜色等。各种屑末监视方法通常因观察的参数和测量的范围不同而不同。由于屑末的产生取决于故障模式，某一尺寸范围内的屑末可能急剧增加，而另一尺寸范围内的屑末则可能没有。因此，及时检测一种确定的早期故障模式可能因采用的方法不同而不同。发动机滑油屑末监视的最主要任务就是及时发现那些扩展迅速的，特别是那些在短时间内可能造成严重的发动机二次损伤的模式。在为发动机监视系统选择屑末检测方法时必
10、须确定:a.可能的故障模式;b.它们的危害与发生概率的关系;C.需要同时检测的点及时间;d.效费关系。故障模式评估应考虑磨损、故障机理以及与滑油接触的发动机关键件的材料。磨损和故障机理与润滑和载荷条件及发动机部件机械设计特性有关。在全油膜弹性流体动力润滑的条件下，j由膜厚度比表面平均粗糙度大，滚动轴承的一种故障模式是表面疲劳引起的剥落或点蚀，这一过程多产生典型尺寸为100-1000m的大屑末。在边界和棍合润滑区域，出现非平滑接触，产生的屑末较小，即小于100m，在这种润滑条件下，磨蚀和胶着类的加速磨损是非常普遍的。当载荷太小时，会出现轴承打滑的磨损模式，产生非常微小的小于25m的屑末，并且当轴
11、承表面速度高时，屑末量增长得非常快，这也是航空燃气涡轮发动机轴承损坏的主要原因。磨损速率发展不快的磨损模式，通常并不导致发动机发生故障，但官们可能引起发展快的二次损伤模式。例如，由磨蚀引起的轴承表面损伤可能引起严重的剥落，对这种发展速率更快的二次损伤模式的检测就变得更为重要了。由疲劳裂纹引起的接触滑油的零部件的突然故障，如齿轮齿或轴承内、外环的破裂，一般由本指南叙述的方法是不能检测到的。在部件破裂前，该类故障模式仅产生很少甚至不产生屑末。有效的航空燃气涡轮发动机滑油屑末监视系统至少应对滑油系统中轴承类型的屑末的出现有所反映。应用得最广泛的屑末监视方法及其相应的最有效的屑末范围为:a磁性屑末收集
12、器:50-1000m;b.电屑末检测器:50-1000m C.铁谱技术:1-100m; 52 HB/Z 286.3-96 d.仪)A: 10m。对于所产生的屑末范围多于一种尺寸范围的故障模式，可从两项或三项技术方法中得到确切的结果。这有助于做出更换发动机还是更换发动机单元体的决策。然而，在些故障模式仅存在大的屑末，有些故障模式仅存在小的屑末，在些故障模式的小屑末要比大屑末产生得晚许多，或正相反。所以，订购方应与发动机设计、制造部门合作，确定怎样用其官技术去补充这些屑末监视手段，使其适应特殊的使用需要。机载屑末监视仪通常都是作为标准设备装在发动机上的。本指南叙述的大部分屑未监视方法，应具有趋势分
13、析的能力。趋势分析可提供相当重要的信息，有助于从屑未监视系统或方法混杂的指示中分辨出正确的结论。趋势分析也有助于确定正在检查中的磨损或早期故障模式的危害性。改用细滤网延长轴承寿命所取得的效益已得到公认，由此原因，在航空燃气涡轮发动机上正日趋采用细滤网。发动机愈来愈多地倾向于采用细化油滤，从而会降低地面监视方法的效果，这将促进更高灵敏度的技术的发展。在机载屑末监视系统中，将更希望使用具有一次通过能力的系统，也就是使屑末消失而不介入滑油再循环的系统。由于它避免了由正常磨损产生的无意义的屑末再循环，使细滤网增加了磁性屑末收集器及电屑末检测器的效益。现在投入使用的或还在发展的滑油屑末监视方法，按照对硬
14、件和保障的需求不同，可分为机载的和地面的屑末监视技术。见图1中滑油屑末监视部分。6.1 机载屑末监视技术机载屑末监视技术是以传感器或屑末收集器为基础，它们固定地装在发动机的滑油系统中，可以通过所收集到的屑末在地面做进一步分析。传感器可能进一步需要信号调节器、驾驶舱数字显示装置和(或)与发动机系统的接口硬件。所有的机载屑末监视器，都依赖于滑油系统对屑末的传输特性。大部分监视器对屑末的尺寸范围的反应都显著地大于滑油滤对屑末的分离能力，因而都装在泊滤的上游。使传感器收集到的屑末量增加，能使检测到早期故障的概率提高。图2给出一个典型的发动机滑油系统的局部简图，图中画出了屑末产生的位置、油泵滤网、回油泵
15、及屑末传感器以及它们的相互关系。在传感器处，可供检测用的屑末取决于滑油系统的传输效率，即式中:可T一传输效率;NA一到达A点的屑末量;Ns一产生的总屑末量。市T=是(1)听取决于到达A点的屑末占产生的总屑末的比例，它取决于滑油系统的布局、滑油流速及屑末的尺寸。例如，图2所示的回油系统滤网捕捉了所有大于汹泵滤网格孔的屑末，对于这个尺寸范围的屑末的吁T等于零。另外，在实际的滑油系统巾，屑末会粘在小容腔的壁面上，被留在拐角处或沉积在吸泊池或贮箱中。53 屑末捕捉放率为式中:可c一屑末捕捉效率NT一屑末传感器上的屑末量;NA一到达A点的屑末量;HB/Z 286.3-96 rZ(2) k表示磁性传感器能
16、为检测故障而捕捉到屑末的能力。它是传感器特性、屑末尺寸、滑油流速以及用于装传感器的内腔或部件的设计等参数的函数。屑末指示放率为式中:币1一屑末指示效率;叫一指示出的屑末量;lT一屑末传感器上的屑末量。刑二足(3) 表示传感器和系统对于给定尺寸和材料的屑末的灵敏度。屑末传感器检测效率定为耻、张与市的乘积，即式中:如一屑末传感器检测效率;Nr一指示出的屑末量;Ns一产生的总屑末量。1jD =足(4)高效的诊断能力要求在设计和研制滑油系统的过程中对这些参数进行优化，应利用滑油系统试验台测定它们。高的传感器灵敏度才能补偿低的屑末传输和(或)捕捉效率，但这又使系统更有可能发出虚警。即使如此，仅产生很少大
17、屑末的早期故障也可能检测不到。为提高屑末捕捉效率，可使用全流量屑末监视方法和使屑末从滑油中分离的方法。作为例子，图3给出了三种屑末收集器和电屑末检测器在回油路中的安装方法及其在类似流速下的捕捉效率。要求高可靠性地检测出更多的故障模式会增加传感器和系统的成本。对发动机部件或轴承部件进行故障隔离，需要在多处安装传感器。从效费的角度考虑，故障检测(需要复杂的传感器和飞行中信号处理的能力)和故障隔离(需要几个仅做地面检查用的传感器)的功能可以分开。这种主一从系统的组合如图1所示。一个高性能的全流量屑末监视器(主)装在主回油路中，为了隔离故障，附加的传感器C从)装在各个轴承凹油路和附件齿轮箱中。这些可以
18、由简单的磁性屑末收集器组成，它们的捕捉效率保持低水平，以便不影响主检测器的工作。机载屑末监视的主要优点是反应速度快及地面保障最少。6. 1. 1 成熟的技术用在现代定型发动机中有下面几种发展成熟的技术。54 HB/Z 286.3- 96 司1.1. 1 磁性屑末收集器磁性屑末收集器也称为磁堵。通常将其装在主油路中，也装在附件或传动齿轮箱中。如果位于油箱油面以下，它应该有自关闭活门，以便在检查磁堵时不需要排掉滑油，其结构如图4所示。现在制造的大部分磁性屑末收集器还具有高可靠性的快卸自锁装置，使得装拆时既不需要专用工具，也不需要锁丝。稀土磁性材料可以提高磁强度和屑末收集效率，所以用得越来越多。发动
19、机磁性属末收集器的检查周期应与其己知的故障模式相对应。其检查周期的差异很大，但屑末收集器作为主要的故障捡测器时，一般是25-50h。当发现发动机有问题时.应缩短位查周期。在取得经验及发动机成熟后，检查的周期可以延长。磁堵的最佳安装位置是在单强的检查窗口口盖的后面，或接近滑油墟，或接近压力加油接头，至少对最重要的部件应是这样安装，这样就可不打开发动机罩进行检查。可达性差会导致磁性屑末收集器脸查周期长，或者仅当怀疑有早期故障时(如异常的SOA读数)才进行检查。发动机维修子册应该有很好的典型屑末图例(见图5)，并具备与可能产生的故障模式和l严酷程度相关联的屑末尺寸和数量的指南。这样，维修人员可以把收
20、集到的屑末的外观和含量与图册进行对比，从而提高磁性屑末收集器的效用。如果维修人员在屑末解释方面有丰富的经验，维修决策就能做得更准确。磁性屑末收集器在滑油系统中的恰当位置对于提高屑末收集的效率是非常重要的，因而磁性屑末收集器应当处于精心设计的容腔中或位于全流量屑末分离器当中。因磁性屑末收集器成本相对较低，所以可以装在发动机的许多部位上，如各单独的回油管及附件或传动齿轮箱等处，而不要增加太多的费用，这样还可以做到故障隔离。屑末监视方法包括对收集到的屑末进行记录、保存、计量、建主数据库，并可进行趋势分析、故障检测和故障隔离。磁性屑末收集器对于检测产生含有大的磁性屑末(100m或更大)的故障模式是最有
21、效的，如轴承、齿轮和泵等元件的表面疲劳剥藩等。可通过专门容腔措施降低滑油的流速，或者通过离心力的作用分离出屑末，提高屑末收集效率。磁性屑末收集器也可有效地检测出轴再去打滑、齿轮和泵划伤、花键磨损及由转动的轴承内外环等产生的较小屑末。61. 1. 2 电屑末检测器也屑末检测器本质上是带电的具有连续显示能力的磁性屑末收集器。有两种电屑末检测器。一种带有转按器，用于座舱显示;另一种带测试接插头的欧姆表我连续检测器，为地面检测用。座舱显示电屑末检测器还常有线路与驾驶舱显示器连接。它的主要优点是能实时显示而不旧定期检测。当屑末指示灯亮时，为便于目测，通常还装有滑油自关闭活门。它已在直升机、单发飞机和某些
22、远程巡逻飞机上的航空燃气涡轮发动机上应用。地面检测用的电屑末检测器，必须以非常短的问隔(10飞行小时或更少)进行连续地检测。屑末沉积后，由于热滑油的作用，接触电阻将平稳地增加。为避免过于频繁地检查，屑末检测器可连接到在维修监视面极上的锁定指示器上。电屑末位测器的敏感部位包括两个电极和一个用于吸附磁性屑末的磁头，如图6所示。5S HB/Z 286.3-96 当屑末积累得足够多时，两个电极连通。这既可能是较少的大屑末，也可能是较多的小屑末形成的。两个电极间的间距通常是1-4m血，这取决于发动机的尺寸(考虑的是旋转部件转速和磨损表面的尺寸)、过滤的质量(优质油滤取小的距离)，以及故障模式的危害性，最
23、佳的问距是1.5-2.0mm.当收集到很少的屑末时，检测器就能作出指示。当屑末在滑油系统中的传输不流畅时，或轴承故障的发展会很快地引起发动机的二次损伤时，这点显得特别重要。同磁性屑末收集器的情况一样，在滑油系统中必须要有一定设施，确保电屑末检测器具有高的检测效率。电屑末检测器在检测产生较大屑末的故障模式时效率最高。与磁性屑末收集器相比，电屑末检测器的缺点是屑末不易清除、没有趋势分析能力、虚警率较高。虚警主要是由残存屑末引起的，其次是电气问题。可通过改进滑油滤和在发动机装配时清洗管路，以减少残存屑末来减少虚警。此外.高可靠性的连接器可用于排除电气问题。为了帮助作出更换发动机进行修理的决策，发动机
24、维修手册应有屑末解释的技术说明，如图7所示。6. 1. 1.3 脉冲式电屑末检测器在采用传统过滤方式(滤网粗于15m)的滑油系统中，电屑末检测器出现误指示的主要原因是由于装配时细微的、非故障引起的磨损屑末在屑末检测器上积累引起的，这可通过电容器输送一个电脉冲到屑末检测器，把这些微小屑末熔化掉来排除。这对于由故障产生的具有较大块的屑末并无影响。脉冲电流可以在两个电极接通以后自动引发，或在屑末指示灯亮时由驾驶员手动引发。当微细屑末以不断增长的速率发展时，这预示着潜在某种故障，故驾驶员人工接通系统可提供早期的告警，并能提供某种变化趋势。对于自动引发系统，如果采用机械计数器或发动机监视系统对电流脉冲进
25、行记数，也可进行这种趋势分析。6. 1.1.4 滤网型全流量屑末监视器全流量屑末监视器用于过滤全部流过的回油，以增加故障检测的效率。早期的屑末检测器通常装在回油路或附件齿轮箱中，除磁性吸附和沉积以外，没有其它捕捉屑未的办法，这样大量屑末可以绕过屑末检测器，并通过一定途径到达油滤，而可能引起滞后的或不可靠的故障检测。现代全流量屑末监视器的滤网孔格为O.5mm左右，就可完全滤出大于这一尺寸的屑末，如图8所示。滤网可以拆下清洗，其内部装有电屑末检测器。此监视器也和自动关闭活门一起使用，并具有单独的壳体，以便装于外部管路上，它们可以作为回油泵的进口汹滤。6.1.2 发展中的技术下面是一些已经发展或正在
26、发展的屑末监视技术，其中大部分都具有可与机载发动机监视系统相连的优点。但由于复杂性、费用及重量等原因，这些技术中当前可适用于发动机研制中的试车使用，将来它们可能改进为适用于机载使用。下面几种带电的传感器不适于装在热的回油端，因为回油端的滑油温度可能超过200C。6. 1. 2.1 离心屑末分离器它是不用滤网的全流量屑末监视器，它在切向入口产生内部旋涡，使进入的屑末被有效地分离，参见图9。在可接受的压降前提下，能使混在油中的屑末降到100m左右，这种设备在过滤性能好的滑油系统中最为有效。56 HB/Z 286. 3 - 96 因为内部的旋涡是用液压驱动的，所以离心屑末分离器必须装在油泵的压力端。
27、屑末传感器可由磁性屑末收集器、电屑末检测器或其它屑末感应装置组成。它的附加作用是可以利用空气排出喷口达到油气分离的目的，并且不影响屑末分离。6- 1.2. 2 屑末定量监视器用于检测早期故障的两个最重要的特性参数是屑末产生的速率和屑末尺寸的范围。跟踪这两个参数可使检测更为可靠，并且有助于确定发动机还可安全地工作多长时间。周末定量监视器由传感器租信号调节器组成，如图10所示。当出现的分散磁性屑末的质量超过装置的检测阔值时，监视器可实时地发出信号。传感器可以装在滤网型金流量监视器壳体内(见6.1.1.4条)，也可装在离心屑末分离器内(见6.1.2.1条)，或其它高效的国油系统部件内，用以提高屑末的
28、捕捉效率。它象磁性屑末收集器一样，收集屑末用于目测诊断，也设自关闭活门。信号调节器可以在机载计数器上记录分散到达的屑末，并且把官们划分为两个尺寸范围。为了与发动机监视系统或事件计数器相接连，这两种尺寸范围对应晶体管一晶体管逻辑电路(TTL)或互补型金属氧化物半导体(CMOS)输出范围选择。官应具有机内测试功能。屑末定量监视器的一个显著优点是宫的输出信号易于进行趋势分析。从而提供有关接触滑油的零部件状态的预诊信息，这对于表面疲劳类型的故障模式是非常有效的。6.1 . 2.3 光电屑末监视器它用光扫描滑油流，以确定其携带的屑末和滑油状态。滑油携带的金属屑末可使红外光源的光发生散射。散射的光用光电晶
29、体管来检测，即可确定出屑末集中程度和稀释程度，从而可知滑油状态。这一系统对于小于10m的屑末最敏感，因此它对于产生大量的细屑末的故障模式有效。该仪器对滑油携带的空气较敏感，所以应装在滑油系统的压力端，滑油在油气分离之后进入油箱中。该设备还需要一个信号调节器。6 . 1. 2 . 4 在线铁谱仪在6.2.2条中将要叙述的铁谱技术，已经发展出一种适合装在发动机滑油系统中的实时装置。这种装置在滑油流中取样，并把油样沉淀到位于高梯度磁场内的一个表面效应电容传感器上，测量两种尺寸范围的磁性屑末的浓度。必须遵循装配要求，以保证能将热的、有代表性的滑油样品送到传感器上，之后连接到信号调节器上。6. 1.2.
30、 5 消磁屑末检测器它是一种电屑末检测器，并能在捕捉到屑末后消除自身磁性，还可以对连续产生的屑未给出多种指示。该装置有两种类型，第种类型是用电磁铁而不是永久磁铁，当屑末穿越屑末检测器问隙时，外部的信号调节器切断供给电磁铁的直流电，并且接通衰减的交流电流，使得极靴消磁，当屑末撑出以后，直流电流再次接通。第二种类型是稀土磁铁，采用一附加的电磁铁在短时间内产生相反的磁场，使其有效地去磁。电流切断以后，稀土磁铁的高余磁使永久磁场恢复。6.1.2. 6 X射线荧光监视器这种监视器利用放射性同位素激发X射线荧光，用一个小的政射源激发悬浮于滑泊中的磨损屑末的金属原子，发出特征X射线。这些射线又通过X射线透射
31、窗口射出流动腔.并且57 HB/Z 286.3-96 被充气的比例计数器和信号调节器所检测，然后进行金属磨损量的在线测量。此监视器的灵敏度达到:tlppmo由于有现代的防护技术，采用放射性同位素激励源的X射线监视器可在机上使用。但使用这项技术要遵循安全性的原则，这涉及到放射性物质的贮存、应用以及废弃物处理等。6.2 地面屑末监视技术地面屑末监视分析技术是在地面滑油取样并对屑末进行分析。要取得有代表性井均匀分布的屑末油样才便于检测故障，当细微的磨损屑末出现在滑油系统中时，如果按照规定的程序取样就能接近这种状态。因此，这种方法对产生大量细微屑末的加速磨损，如微动磨蚀、轴承打滑、轴承保持架摩擦、齿轮
32、咬结、轴承内外环转动磨损以及其它形式的磨蚀和胶着磨损是最有效的。而此法对于由表面(或滚动接触)疲劳引起的磨损，如剥落和凹痕等不太有效，这是因为这种模式产生的是数量较少的较大屑末，而这些屑末在取样前可能沉淀掉，或者由于官们的数量少而没有在油样中出现。涉及滑油取样的地面屑末监视技术也受到油滤网租细的影响。6.2.1 滑油光谱分析(SOA)滑油光谱分析是得到最广泛应用的一种地面滑油监视方法。宫是从发动机中抽取少量滑油样品，在实验室里用光谱仪确定滑油中的金属悬浮物含量。检测结果再转化为标准形式，如趋势图形式等，用于确定所要求的维修工作。这项技术的依据是，接触滑油的零部件在一定的加速磨损条件下，将产生比
33、正常情况更多的细微磨损屑末，这种屑末又被滑油带走，这就导致了滑油中的磨损屑末浓度的增加。光谱分析方法是对滑油样品燃烧时产生的光谱进行测定，用光谱的频率和强度确定被检测元素的含量。普遍应用的有两种不同类型的仪器:原子发射光谱分析仪和原子眼收光谱分析仪。原子吸收光谱分析比原子发射光谱分析灵敏度高，但花费时间多。由于样品燃烧的方式不同，发射.光谱分析和吸收光谱分析可能给出不同的结论，所以为了诊断，订购方可为每一种方式建立磨损金属浓度指南。发射光谱分析可检测到的屑末上限大约为10m.对于吸收光谱分析，还要小一些。这与屑末在两种装置中传输和燃烧的机制有关，即使油样中含有大的屑末也是如此。为了成功地将滑油
34、光谱分析应用于发动机滑油监视系统，重要的是要求保持仔细的和始终如一的滑油取样方法。必须用清洁的取样装置抽取有代表性的油样，以便经常得到有意义的数据进行趋势分析。取样设备带有的杂质可能产生错误的分析结果，最终导致不必要的维修工作。取出的油样必须能代表循环着的滑油，以使分析结果有效。最通用的方法是用一根取样管通过油箱口插入油箱中心取样，见图110另一种方法是用特殊的取样活门，见图120取样装置包括玻璃瓶和聚乙稀营。可以在油箱里取样，见图13.或通过屑末检测器活门取样。当油样必须通过油管排放接头取出时，取样过理必须严格以获得有代表性的油样，例如，在取样前应冲洗接头。油样应在发动机停车后的一个确定的时
35、间及在基本相同的位置抽取，以保证最大限度的一致性。建议灿取泊样的时间不要超过发动机停车后1Smin到20mino58 HB/Z 286.3-96 取样的间隔可能短到军用时的每次飞行提取一次，快到某些民用飞机的大于50飞行小时。通常，取样间隔根据经济性、工作状态及被监视的发动机过去的故障历史情况确定。现代的光谱仪可提供20种以上不同元素的分析能力，但大多数的光谱分析程序限定分析6-9种在滑油系统中常见的元素。检测极限取决于仪器的特性和感兴趣的元素的蒸发温度，例如铁，原子发射光谱分析检测极限约为lppm，而原子吸收光谱分析为O.lpprn。用常规取样可检测到的是常见元素及所在故障部位如下:铁一可能
36、是齿轮、花键、轴承内外环以及旋转件的磨损;铝一可能是由高温高强度钢制造的轴承零件的磨损;铝一可能是某些齿轮箱、调整垫及垫片产生的磨损;铜一可能是某些青铜制造的合金部件，如轴承保持架等产生的磨损;银一可能是电镀件如轴承保持架等产生的磨损;铁一可能是轴承外套产生的磨损。一般，光谱分析仪用可行的标准对每一元素进行标定。根据光谱分析的结果，若是磨损金属浓度或浓度的变化率超限，应采取有关的维修措施。阔值的确定是根据大量样品中的认为可以正常工作的发动机、发动机设计与制造部门的建议、与发动机零件有关的冶金信息、其官类似设计的发动机的经验以及所更换的发动机零件检查的结果等。监视浓度的变化率，是因为它直接与磨损
37、金属产生的速率有关，所以它是比金属浓度值本身更重要的参数。滑油光谱分析的结果数据已完全量化，但它们的解释在某种程度上却是主观的，这就需要经验以及实验人员和维修人员之间的交流。通常，当浓度或浓度的变化率超限时，要求重新取样分析，以确定或否定异常的读数。如果读数被确认，通常建议采取附加的措施，例如检查屑末检测器、滤网和油滤等。还要考虑预先的维修措施或影响发动机的特殊情况，也可以将泊样过滤，并用显微镜检查残余物，观测是否有大块的屑末存在来证实早期故障。如果发动机的某个零件含有特定的成份，则典型的磨损金属样品可用于故障隔离。依据特征磨损金属浓度变化率可确定屑末来源。滑油光谱分析技术已广泛应用于军用和民
38、用的航空燃气涡轮发动机。它的显著优点是能够很容易地量化和得出数据的趋势，并且可以检测滑油系统中出现的各种各样磨损金属，包括非铁类的和外来污染物。但其缺点是初始设备投资较高，保障工作特别是取样和维修工作之间时间滞后，样品要求清洁并完整，对于快速发展的磨损及表面疲劳类型的故障模式，可能只有到其些大的屑末已经被磨成小屑末的阶段才能检测到。6.2.2 屑末的量化和分析在磁性屑末收集器的基础上发展有效的故障检测、预诊和隔离系统，同样是按规定的时间间隔从发动机上拆下磁堵，并换上清洁的备件。一般更换间隔为25h或50ho在外场对污染物的严重程度进行初步评估，然后把磁堵送到实验室进行冲洗.在20倍的显微镜下目
39、视检查和分类，对收集到的屑末进行记录和归档。屑末量可用称为屑末测试器的感应式仪器测量。可以用读数进行趋势分析，并与预先确定的变化率阔值进行比较。这比仅用目测观察提供了更客观的基础。对于一种类型的发动机，通常有经验的人可通过屑末的形59 HB/Z 286.3-96 状、尺寸及总量辨识其主要的故障模式。当某个早期故障开始发展时，诊断的问隔应减小，直到确定故障的存在，并把发动机更换掉。如果有一台具有能谱的扫描电子显微镜，则可辨别屑末的材料，这有助于故障检测和故障隔离。这对于采用经优化设计的滑油屑末监视的发动机滑油系统特别有效，它取决于磁性屑末收集器的数量、位置和捕捉屑末的能力。6.2.3 油谴屑末分
40、析核实滑油光谱分析或屑末检测器的指示值时，经常用肉眼快速地评定油滤上的屑末内容。这对于装有捕捉效率不高的屑未收集器的发动机更有用。技术人员应受过油滤检查训练，泊滤检查包括仔细的冲洗、超声波清洗或分解油撞元件，然后将屑末收集到一张过滤纸上作显微分析。预诊信息可以从屑末的尺寸分析、含量、颜色以及形状等得到。过去的经验可以用来判断正在扩展的故障的严酷程度。6.2.4 铁谱技术铁谱技术既是一项显微分类悬浮于滑油样品中的周末的实验室技术，也是一种工作中实用的确定屑末数量的简单方法。正象采用磁性屑末收集器一样，屑末的肉眼分析需要技术和经验;也象应用SOA一样，袖样的清洁和抽取方法是非常重要的。这项技术基于
41、铁质屑末的磁性沉淀作用。它对于1-1m范围内的屑末最敏感，这一范围的低值与缸)A检测范围重叠，高值与磁性屑末收集器的检测范围重叠，因而它具有宽广的植测范围，具有更大的发展潜力。铁谱仪的类型有两种:直读式和分析式铁谱仪。直读式铁谱仪用光学法测定在两个位置上的屑末量，即大屑末(DL)位置和小屑末(Ds)位置。这两个读数与磨损屑末的浓度有关，并且可以组合起来给出磨损严重程度的指标。这种指标有各种不同的形式，如:DdDL(DL- Ds) tD一时;(DL - Ds)/ (DL十Ds)等，用户可根据需要选定一种形式。分析式铁谱仪所得到的屑末显示图(即铁谱)是一个永久的记录。当非铁质金属屑末出现在滑油中时
42、，强磁场足以把它们分开，特别是当官们产生于铁质和非铁质的交界面处。铁质金属可以根据它们的团火颜色区分出大概的含金类别。屑末的形状和组织揭示了磨损的模式，例如磨损和胶着磨损、齿轮咬结、腐蚀或缺少润滑等。一种特殊的称为铁镜的显微镜和(或)照相系统可对铁谱进行快速分析。直读式和分析式铁谱仪满足了屑末监视的不同要求。最好用直读式铁谱仪监视磨损严重程度的指标，当这个指标或者指标增加的速率变大时，再用分析式铁谱仪确定它的磨损类型。6.2.5 比色滑油分析它是用酸从润滑剂中溶解磨损金属进行分析，稀释该溶液，然后与适当的指示剂相结合，形成有颜色的化合物。通过测定所形成颜色的深浅，并且将它们与标准的标定数据进行
43、比较，可确定各种磨损金属的故度。6.2.6 放射性示踪应用于测试系统的放射性技术用来测量轴承磨损和监视滑油系统的磨损屑末。这种技术灵敏度极高，可进行反复的磨损测量，但所用的放射强度是涡轮发动机监视所不能接受的。安全性、管理和维修过程是制约放射性示踪应用的因素。60 HB/Z 286 .3-96 现已研制成了一种安全的低强度放射性技术用于检测主轴轴承出现的磨损。Fe-SS作为活性示踪元素，它可通过对轴承滚子进行中子照射得到。Fe-SS具有放射性强度低、半衰期伏、滚子中的同位素均匀性好的特点。当要求示踪的磨损屑末的放射性强度低时，应采用过温或其它方法将磨损屑末从滑油中分离出来。用示踪的方法可辨识示
44、踪的轴承滚子的磨损状态。放射性示踪技术将最适合辨识主辅轴承处于临界状态或出现问题的非正常磨损。6.2. 7 X射线光谱分析仪它可确定屑末的材料成份。在真空腔室内，用X射线管照射屑末，它们的原子辐射出带有特征能量的二次X射线，辐射的强度与样品中该元素的含量成正比。用此法可以准确地辨别合金，然而，如果样品含有不同材料的屑末，最终的光谱将是各单独屑末光谱的混合光谱，必须进行解释整理。6. 2 . 8 扫描电子显微镜(SEM)它允许在很高的放大倍数下观察单个屑末，这就可以提供有关屑末产生过程的信息，从而得到产生屑末的故障或磨损模式。EDAX提供由SEM样品发射的二次X射线谱，这些射线谱表征设定的元素，
45、因而能够精确地判别每一种含金。与X射线光谱分析相比，EDAX的优点是可以测定每个屑末成分。7 滑油状态监视滑油状态监视主要对滑油进行物理和化学性能分析。它可以提供关于滑油状态以及某些发动机工作异常的信息。滑油性能降低的速率和程度取决于通气、温度、滑油消耗量、滑油系统的容量和滑油的成份。在正常运转的发动机中，滑油性能降低的速率和程度是较低的，也可以通过补充滑油得到补偿。当发动机在高的通风量(滑油含氧量增加)或高滑油温度(例如由于封严处磨损引起)下工作时，会引起滑油性能降低的速率显著增加。可在实验室中对滑油的氧化、附加损耗、胶体杂质的含量、被稀释的燃油、粘度和总酸值等性能进行测试，以确定润滑剂的可
46、使用性。8 效益从滑油监视系统可得到的效益包括提高可靠性和可用性、降低发动机占有费用、提高产品保证和增加安全性。8. 1 可靠性和可利用性滑油系统的元件包括发动机本身接触滑油的零部件)通常进行视情维修。因此，一个具有好的预诊能力的滑油系统监视方法能够改善完好度、更换计划及发动机的管理，并提高完成任务的可靠性和装备的可利用率。8.2 降低占有费用一个具有好的预诊和诊断能力的滑油系统监视方法，可以提供飞机可利用率和二次损伤费用之间进行折衷决策信息，从而使飞机及机群规模付出的占有费用最少。这需要有足够的关于故障模式和其扩展速率的经验。可靠的滑油系统监视方法也有助于减少不必要的更换，并能及时采取维修活
47、动，以降低逐61 HB/Z 286.3- 96 步发展的二次损伤，从而降低占有费用。一个有效的系统将同时有助于使空中停车减至最少。滑油监视系统的费用及效益的评价标准是LCC指标。权衡分析LCC的目的是着眼于投入费用的效益，并使投资回收(ROI)最大。滑油监视系统的LCC包括研制与发展费用、购置费用和使用与保障费用。其中购置费用包括采购、备件、实验室和设备费用，使用与保障费用包括维修、检查、地勤保障和支援人员c与发动机的零部件相比，许多滑油系统监视设备的价格是较低的，因此效费比通常是合适的，特别是大型发动机。然而，使用与保障费用的要求可能是LCC的决定因素。因此，必须加以考虑。滑油屑末监视方法的
48、效费比可因发动机的不同而变化很大，即使性能级相同的发动机也是如此。这是因为接触滑油的零部件的平均故障问隔时间取决于载荷、速度、润滑条件和零部件的数量。在确定的发动机中，接触滑油的零部件的故障可能出现得相当频繁，因而有效的屑末监视系统可以节省大量的费用，在发动机投入使用初期更是如此。对于不是该情况时的发动机，不适于采用很贵的滑油屑末监视系统或程序。尽管如此，当接触滑油的零部件趋向于高载荷、高工作温度、轻重量及采用视情维修时，仍然要通过改进故障检测、故障预诊和诊断能力继续促进屑末监视方法的发展。8.3 产品保证和验证滑油监视系统是作为发动机维修、检验方法及策略的一个完整的组成部分来提供严品保证的。
49、在发动机验收试验、磨合运转或初始工作时，合适的滑油监视系统可发现轴承装配的不同心及类似的装配缺陷。在发动机的研制过程中，滑油监视系统对于验证轴承的正常工作也起着很重要的作用。8.4 安全性轴承或齿轮的非正常工作可能导致发动机的功率损失，滑油监视系统可以为完全飞行做出贡献。对于单发飞机及直升机，有效的滑油监视系统就更为重要。62 国目NMiu滑油状态滑油属来监视滑油系统工作监视物理/化学特惶比色分析器感侍力压关llt器忏感压尺侍度量深油袖气分离航空燃气涡轮发动机滑捕监视系统3飞,.;.) 64 il HB/Z 286 . 3-96 此处出现早期故障A 油泵入口滤网 属末传感器图2屑末监视结构简图捕捉敢写5-14%30-38Yo 100 (颗粒大于波网网格滤网型金流量属末监视器图3三种屑末监视器及其捕捉效率HB/Z 286. 3 - 96 图4磁性屑末收集器65 HB/Z 286. 3 - 96 图5典型屑末图例电接头图6电屑末检测器66 HB/Z 286. 3-96 蜗旋开乡卷曲物
