航空发动机状态监控在试车台滑油系统上的应用研究

航空发动机状态监控在试车台滑油系统上的应用研究

作者：任忠朝

来源：《科技创新导报》2012年第10期

摘要:本文主要通过对航空发动机滑油系统的工作原理和常见的滑油系统故障的分析,以某型航空发动机为例,初步探讨状态监视系统在航空发动机试车台上的应用。

关键词:状态监视航空发动机试车台滑油系统

中图分类号:V23 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)04(a)-0081-01

航空发动机是飞机的心脏,其结构复杂,工作条件苛刻,同时受到各种外部因素的干扰。飞机发动机故障监控系统的设计就是为了保障及时有效的监控发动机性能和可靠性状态,诊断故障。通过监控来调整发动机性能,分析故障,最终达到提高发动机使用质量的目的。目前在国际上已经具有很多成熟的飞机发动机故障诊断的专家系统,如XMAN和JET－X等等。但在航空发动机试车台上应用状态监视系统却仍然较为少见。

发动机在工作过程中,滑油系统的工作状况不仅影响发动机的工作性能和寿命,而且滑油系统故障可以导致严重的飞行事故也屡见不鲜。本文主要以某型航空发动机为例,探讨状态监视系统在试车台滑油系统上的应用,分别从航空发动机滑油系统的工作原理,常见的滑油系统故障原因分析,试车台滑油系统状态监视系统的建立等三个方面进行探讨。

1 航空发动机滑油系统工作原理

滑油系统是保证航空发动机正常工作的一个重要组成部分,其主要功能是保障发动机摩擦件的润滑、散热．发动机内部有摩擦件的地方就有滑油,如转子轴承、齿轮、封严装置。滑油系统中的滑油具有循环使用的特点,因此在滑油油路中会携带大量发动机运动状态的信息,如磨损物的数量、形状、粒度成分等,它在一定程度上反映了发动机内部可能存在的故障隐患,如润滑油系统本身故障(管路阻塞、滑油泵卡滞、封严装置失效)和发动机杂音、振动、抱轴等故障。这些信息为监控与技术诊断提供了良好的条件。

2 航空发动机滑油系统常见故障

对于航空发动机滑油系统来说,主要常见故障主要有以下几种。

2.1 滑油消耗量过大

滑油消耗量过大是指发动机滑油消耗量超过规定值。主要由于涨圈、篦齿在工作过程中磨损使密封能力降低,螺栓、管路接头松动渗油,或因转子不平衡引起的封严失效等造成。

2.2 滑油压力不正常

滑油压力不正常主要表现为压力偏高、偏低和压力脉动。引起滑油压力不正常的因素有滑油油路活门卡死、油滤堵塞、滑油泄漏管路破裂、释压活门或滑油泵出现故障等。

2.3 滑油温度过高

滑油温度过高,会使滑油粘度降低,润滑效果变差,最终导致齿轮和轴承磨损加快、滑油泵效率降低、滑油喷嘴局部堵塞。引起滑油温度过高的主要原因是滑油冷却器效率降低所致。

2.4 金属屑增多

由于摩擦件表面的润滑效果降低,导致摩擦件表面金属磨损脱落,致使滑油中金属屑增多,是发动机故障的主要先兆。

2.5 滑油量增多

滑油量增多主要是由于燃油/滑油热交换器内燃油管道磨损,使燃油进入滑油系统,使滑油的润滑效果降低。

3 试车台滑油监视系统设计

通过与滑油有关的信息,监视滑油本身的理化性能以及发动机中所有接触滑油的零部件的健康状况,并诊断它们的故障。监控系统的主要功能:

(1)利用滑油压力、温度、消耗量等监测参数,监视滑油系统的工作状况,以保证发动机正常润滑;

(2)通过分析滑油中屑末的含量、成分、形状、尺寸等,监视发动机润滑零部件的磨损状况和故障特征;

(3)对滑油系统的工作情况进行趋势分析和状态监控。

以某型涡轴发动机的滑油系统为例,其发动机为外置供回油系统,根据其工作特点和试车测试要求,在试车台滑油状态监视系统设计中,可以设立4个子系统

3.1 滑油消耗量测量系统

消耗量测量方式主要三种:电子秤称重法、滑油箱滑油液面标尺刻度读取法、累计流量测量法。

目前车台状态监视系统可采用计算机辅助试验系统进行发动机监控数据处理,为满足数据自动采集的需要车台滑油消耗量测量均采用电子秤称重法。其主要优点:测量精度高、可实现实时在线监控。并在系统软件中设置发动机滑油消耗量上限报警装置,提供滑油消耗量过高及滑油泄漏的信息。

3.2 滑油参数在线监视系统

主要监视参数:滑油压力、滑油温度、滑油量和滑油消耗量以及滑油滤堵塞指示(压差)。

(1)滑油压力:在压力范围内设置发动机滑油压力范围。当超上限时,可能是由于滑油喷嘴堵塞、油滤堵塞或调压器工作不正常等原因;当压力超下限时,可能由于接口泄漏、油管破裂、油泵故障、油面太低、调压活门工作不正常等原因。

(2)滑油温度:高的滑油温度同其它滑油系统监视参数一起,可指出发动机子系统的故障。

(3)滑油滤堵塞指示:滑油滤堵塞指示有两种,一种是旁路活门打开指示,另一种是滑油滤压差过大指示。主要采取超限告警和趋势分析的监视方法

3.3 滑油分析试验系统

滑油分析试验系统是独立于试车台的,它应具有专门的场所和设备,并配置专业人员对采样的滑油进行理化分析。在实验室内利用专门仪器对滑油进行理化性能分析;监测滑油的黏度、闪点、总酸值以及滑油的氧化性等等。通过对滑油理化性能的监视可以提供关于滑油状态以及某些发动机工作异常的信息。影响滑油理化性能降低的速率和程度的因素有通气、温度、滑油消耗量、滑油系统的容量和滑油的成分,最后确定滑油的可使用性。

3.4 金属屑监控系统

主要采用在发动机滑油油路中安装磁性堵头和油滤进行金属屑的收集。

滑油屑末监视可提供很重要的发动机故障信息,它是滑油监视的主要手段之一。发动机滑油屑末监视的最主要任务就是及时发现相对运动机件表面产生的磨损屑末,判断摩擦件的健康状况并避免造成严重的发动机二次损伤。

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、颜色等。不同类型发动机对金属屑分析处理有所不同．主要有两类:一类是观察法:此方法不但要观察金属颗粒大小、数量及色泽,而且还要注意金属屑数量增加与否;另一类是光谱分析法:就是对滑油样品燃烧