滑油中金屬屑分析在航空發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控中的應(yīng)用_圖文

1、 2006年8月第1卷第3期失效分析與預(yù)防August, 2006Vol . 1, No . 3滑油中金屬屑分析在航空發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控中的應(yīng)用姚紅宇(民航總局航空安全技術(shù)中心, 北京100028關(guān)鍵詞航空發(fā)動機(jī); 狀態(tài)監(jiān)控; 金屬屑分析; 磨損摘要對滑油中的金屬屑進(jìn)行分析是現(xiàn)代民航發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控的重要技術(shù)手段。介紹了該項(xiàng)技術(shù)的原理和程序、常見金屬屑的種類、分析方法的比較和能譜儀(EDS 的分析技巧。最后通過兩個實(shí)際案例介紹了該技術(shù)在民航發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控中的具體應(yīng)用。中圖分類號TE626. 3+4文獻(xiàn)標(biāo)識碼文章編號167326214(2006 0320060204Appli ca ti on of

2、L ubr i can t Ch i p Ana lysis on Aero 2Eng i n e Cond iti on M on itor i n gY AO Hong 2yu(Center of A viation Safety Technology of CAAC, B eijing 100028, China Key words:aer o 2engine; conditi on monit oring; cli p analysis; abrasi onAbstract:Lubricant chi p analysis is one of the i m portant techn

3、iques f or on monit oring . The p rinci 2p le and p r ocedure of this technique, category of the chi p s, w ti p s in E DS analysis are briefed . App licati on of this technique on aviati on engine conditi on t w o case studies .1引言, 而是通過日常的發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控來判斷發(fā)動機(jī)的健康狀況、決定發(fā)動機(jī)是否還能繼續(xù)使用。目前, 航空發(fā)動機(jī)主要的監(jiān)控手段有孔探檢查、氣路健康

4、狀態(tài)檢射線檢查、查、振動監(jiān)控、金屬屑分析等, 其中發(fā)動機(jī)滑油中的金屬屑分析是常用的健康監(jiān)控手段之一124(1 細(xì)粉:長度<0. 254mm , 在磁堵上呈黑色或灰色的絨毛或污泥狀, 為正常磨損產(chǎn)物, 軸承打滑時也會產(chǎn)生。(2 建造碎屑:為機(jī)加工切屑, 外觀象卷曲的細(xì)絲、刨花, 在發(fā)動機(jī)組裝時不小心帶入, 常在發(fā)動機(jī)組裝后早期運(yùn)行階段收集到, 不影響發(fā)動機(jī)使用。(3 薄片:形狀不規(guī)則, 兩面平坦發(fā)亮, 可能來自軸承或齒輪, 必須進(jìn)行分析。如果是來自軸承的薄片, 厚度在0. 05mm 0. 25mm 之間, 有徑向裂紋, 清洗后比別的金屬屑干凈。如果是來自齒輪的薄片, 則長而薄, 比軸承薄片

5、厚且黯淡。(4 碎片:較厚的金屬片, 表面一般較粗糙、不規(guī)則, 可能來自軸承或齒輪。發(fā)現(xiàn)細(xì)粉后的處置程序見圖1。對薄片和碎片的處置程序與此類似, 根據(jù)情況需要分析其是否為軸承或齒輪材料, 決定發(fā)動機(jī)是否可以繼續(xù)使用。對于建造碎屑, 由于它并非發(fā)動機(jī)磨損產(chǎn)生, 而且排出后就不會再有, 不會影響發(fā)動機(jī)使用, 因此不做要求。以P W 4000發(fā)動機(jī)為例, 需要潤滑的部位為5個軸承和3個齒輪箱。從潤滑油路看, 因軸承和齒輪正常磨損和非正常磨損而產(chǎn)生的金屬屑首先由磁性碎屑探測器捕捉到。如果產(chǎn)生的金屬屑量很大, 以及油箱中殘存金屬屑, 則由主油濾捕捉到。由于各軸承、齒輪箱的潤滑油路是分離的, 因此在各潤滑

6、部位的下游分別裝有磁性碎屑探測器。通過定期檢查磁堵, 可以及時掌握不同軸承和齒輪的磨損情況。2金屬屑的分類和發(fā)現(xiàn)后的處置常見的金屬屑通?？煞殖扇缦滤念?收稿日期2006年3月15日修訂日期2006年4月16日作者簡介姚紅宇(1963年- , 男, 博士, 研究員, 主要從事航空安全方面研究。 第3期姚紅宇:滑油中金屬屑分析在航空發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控中的應(yīng)用61圖11r f or fines接觸疲勞、剪切、斷裂等 , 同時利用能譜對顆粒的3常用的金屬屑分析方法與特點(diǎn)如下:(1 鐵譜分析:對油樣進(jìn)行分析, 得出顆粒的種類和尺寸分布, 要求油樣中必須含有相當(dāng)數(shù)量的鐵磁性金屬顆粒, 屬統(tǒng)計(jì)分析。(2 光譜分

7、析(S OAP :對油樣進(jìn)行分析, 得出油中總的金屬元素和含量, 對于肉眼可見的顆粒則無能為力。(3 化學(xué)分析:每分析一種金屬元素至少需要幾克的樣品。(4 感應(yīng)耦合等離子體/發(fā)射光譜分析:需要較大量(幾克 的金屬屑, 要溶化掉金屬屑, 得到的是混合物的成分。(5 X 射線波長散射熒光譜分析:需要中等量的金屬屑, 快速, 得到的是混合物的成分(6 電火花或電弧源發(fā)射光譜分析:半定量, 很費(fèi)時, 得到的是混合物的成分(7 帶有能譜儀(EDS 的掃描電子顯微鏡分析:最有效、也是應(yīng)用最廣的分析手段。利用電鏡對顆粒進(jìn)行放大觀察, 分析顆粒的尺寸、形狀及表面特征形貌, 從而確定磨損機(jī)制(粘著磨損、磨粒磨損

8、、成分進(jìn)行分析, 根據(jù)成分確定材料牌號, 再通過與滑油油路上主要磨損件的材料牌號相對照, 確定可能受損的零件及損傷嚴(yán)重性。應(yīng)注意的方面主要有:(a 從磁性堵塞上取下的金屬屑需要消磁; (b 盡可能在體視顯微鏡下把金屬屑分為金屬和非金屬;(c 對表面污染嚴(yán)重的金屬屑需要鑲嵌、拋光、噴金。4發(fā)動機(jī)金屬屑分析的幾個實(shí)例4. 1CF M5627B 發(fā)動機(jī)2和3磁堵的金屬屑分析#從2磁堵收集到的金屬屑分為兩類:來自濾網(wǎng)#的非金屬和來自磁堵的金屬(圖2 。從3磁堵收集到的金屬屑量很大, 濾網(wǎng)、磁堵上都有金屬屑, 呈薄#片狀(圖3 。經(jīng)能譜分析, 2磁堵上的金屬屑主要為兩種材料, 分別類似M50N I L

9、和1724PH 的成分; #3磁堵上的金屬屑成分類似M50, 詳見表1。由于表面污染和材料轉(zhuǎn)移, 實(shí)際成分和標(biāo)準(zhǔn)成分有一定的差別。 62失效分析與預(yù)防表1能譜分析結(jié)果和相應(yīng)牌號材料的標(biāo)準(zhǔn)成分Table 1EDS results and standard compositi on of corres ponding material brands/(wt%ElementsOne s ort of chi p s on 2#p lugM50N I LCr 4. 34. 216. 316. 04. 14. 0Mo 2. 24. 3-0. 53. 44. 2#第1卷Mn -0. 25-0. 5-0.

10、25V 1. 31. 2-0. 91. 0Co -0. 2-N i 3. 73. 44. 54. 0-Si 0. 30. 190. 50. 7-0. 17Cu -0. 13. 43. 0-Fe Bal . Bal . Bal . Bal . Bal . Bal .Another s ort of chi p s on 2#p lug1724PH Chi p s on 3p lugM50#2磁堵收集的是前收油池中的金屬屑, 3號磁堵收集的是后收油池中的金屬屑。按照表1所列的材料牌號, 對照前、后收油池中的滑油浸濕件的用材表, 可以確定這些金屬屑分別來自于軸承、軸承限位螺帽和封嚴(yán)。大量軸承金屬屑表

11、明主軸承已嚴(yán)重?fù)p壞, 發(fā)動機(jī)應(yīng)當(dāng)立即換下。3號軸承后靜止氣/油封嚴(yán)殼體中的玻璃纖維的成分一致, 而圓形非金屬顆粒與2號軸承前靜止滑油封嚴(yán)的環(huán)氧樹脂成分一致。金屬碎屑的能譜分析結(jié)果表明含銀元素, 核查資料表明, 1、2、3號軸承保持架的表面都有銀鍍層。(圖6 , 能譜Cr , 2, 軸承在缺油狀態(tài)下。圖22#磁堵收集到的非金屬和金屬碎屑Fig . 2Metallic and non metallic chi ps captured by 2#plug圖4圓形非金屬顆粒和長條狀纖維束Fig . 4Round non -metallic particles and fiber strands圖33#

12、磁堵收集到的金屬屑Fig . 3Chi p s cap tured by 3#p lug4. 2CF M56發(fā)動機(jī)滑油中的碎屑分析從發(fā)動機(jī)油濾中收集到的碎屑有圓形非金屬顆粒、長條狀纖維束(圖4 以及呈長條狀和塊狀的金屬屑(圖5 。對纖維束的能譜分析結(jié)果表明它們與圖5長條狀和塊狀的金屬屑Fig . 5Chi p stri p s and bulks 第3期姚紅宇:滑油中金屬屑分析在航空發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控中的應(yīng)用63判斷手段, 可用于發(fā)動機(jī)的狀態(tài)監(jiān)控, 該方法具有快捷、方便、可靠等優(yōu)點(diǎn)。對于滑油中的金屬屑, 除成分信息外, 金屬屑的形貌反映了損傷機(jī)理的很多信息, 有待于進(jìn)一步挖掘。參考文獻(xiàn)1陳果, 左

13、洪福. 潤滑油金屬磨屑的分類參數(shù)研究J .航空學(xué)報(bào), 2002, 23(3 :279-281.2吳振鋒, 左洪福, 孫有朝. 磨粒分析技術(shù)及其在發(fā)動機(jī)故障診斷中的應(yīng)用J .航空動力學(xué)報(bào), 2001, 16(4 :316-322.圖6熔融金屬顆粒的粘合狀Fig . 6M ixture of melted chi p s3左洪福, 趙新燦. 發(fā)動機(jī)磨粒統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律與磨損狀態(tài)監(jiān)測研究J .航空學(xué)報(bào), 1996, 17(4 :487-490.4李艷軍, 左洪福, 吳振鋒. 基于磨粒顯微形態(tài)分析的發(fā)動機(jī)磨損5結(jié)論滑油中的金屬屑分析是一項(xiàng)有效的發(fā)動機(jī)損傷狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)J .應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào),

14、2000, 8(4 :431-437.2006主辦單位:中國機(jī)械工程學(xué)會支持單位:, 承辦單位:為主題, 針對近年來危及安全生產(chǎn)的重大事故, 邀請國家安全生、專家出席并作專題報(bào)告, 同時開展高級別的" ”研討, 歡迎全國各地的同行參加, 共商構(gòu)建我國失效預(yù)測預(yù)防和安全生產(chǎn)體系。會議內(nèi)容包括:一、特邀報(bào)告1、國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)關(guān)于我國安全生產(chǎn)形勢的報(bào)告; 2、國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)關(guān)于我國特種設(shè)備運(yùn)行安全情況的報(bào)告; 3、特邀中國工程院院士做失效分析與安全生產(chǎn)方面學(xué)術(shù)報(bào)告。二、會議交流1、典型失效案例解析及安全生產(chǎn)啟示和對策;2、風(fēng)險(xiǎn)評估、適用性評價(jià)及在失效分析預(yù)測預(yù)防中的應(yīng)用。三、會議時間和地點(diǎn)時間:2006年12月6日報(bào)到, 7-8日開會會議和住宿地點(diǎn):北京復(fù)興路3號, 北京中國科技會堂交通:北京站乘坐地鐵, 復(fù)興門換乘一線, 到木樨地站西北出口即