油液分析技术在发动机磨损故障中的运用

油液分析技术在发动机磨损故障中的运用

李咏;杨晓飞;赵云强;刘勇平

【摘要】A lot of wear granule would be produced in the engine running.Those wear granule,which suspends in the oil of lubricate system,contains much important information about machine wear state.The advantage and shortcoming of oil spectral analysis and iron analysis is shown in this text.The application of oil spectral analysis and iron analysis in engine wear diagnosis is explained by analyzing typical example.Spectra analysis and iron analysis,which offers a lot of wear information,is one of important wear surveillance methods,so that the position and character of malfunction can be detected in good time.%在发动机运转过程中,将产生许多细小磨损颗粒,这些磨损颗粒悬浮于机械润滑系统的油中,蕴含着机械磨损状态的重要信息,文中讨论了油料光谱分析技术和油料铁谱分析技术的优缺点,重点通过典型实例阐述了油液光谱分析技术和铁谱分析技术在发动机磨损故障诊断中的运用。试验表明,油液光谱分析技术和铁谱分析技术是磨损监控重要手段之一,它们可以提供大量机械磨损的信息,便于及时发现故障的部位和形貌。

【期刊名称】《实验科学与技术》

【年(卷),期】2012(010)002

【总页数】3页(P26-27,40)

【关键词】光谱分析;铁谱分析;磨损故障;油液分析

【作者】李咏;杨晓飞;赵云强;刘勇平

【作者单位】中国人民解放军5719厂,成都611937;中国人民解放军5719厂,成都611937;中国人民解放军5719厂,成都611937;中国人民解放军5719厂,成都611937

【正文语种】中文

【中图分类】O657

在发动机运转过程中，由于零部件的相互作用，将产生许多细小磨损颗粒，这些磨损颗粒悬浮于机械润滑系统的油中，蕴含着机械磨损状态的重要信息，利用油液技术对发动机润滑系统所用润滑油的品质以及油中金属元素种类、含量、形貌进行定性和定量分析，可以确定发动机零部件的磨损程度，及时发现质量隐患，从而对发动机所处工作状态做出科学的判断。油液分析技术用于发动机磨损故障研究诊断，主要是指油液的光谱分析技术和铁谱分析技术。通过对油液的光谱和铁谱分析，就能取得各零部件的磨损状况信息，从而对发动机所处工作状态做科学的判断。1.1 试验仪器

(1)MOA油料光谱分析仪。美国BAIRD生产，该型号仪器被美军选为战场机动式油料磨损监控仪，具有很好的重复性和准确度，并且符合美军MIL－S－83 129A 标准要求。

(2)自动磨粒分析仪。洛克希德马丁公司LNF (Laser NetFines)生产，台式油液磨屑自动分析仪器。

(3)铁谱分析仪。洛克希德马丁公司TFM;显微镜为奥林巴斯CH－2。

1.2 试验

将润滑油分别用于发动机滑油系统进行行车试验，抽取每个试验阶段1个油样作

为检测油样。

2.1 光谱、铁谱检测技术的优缺点

油液分析技术是对发动机润滑油的理化性能以及油中磨损和污染颗粒进行定性和定量分析技术，常用到油液理化分析、光谱分析、铁谱分析、颗粒分析等检测手段，这些手段各有优点，其中光谱分析检测磨屑的有效尺寸范围是0.1～10 μm，而铁谱分析能有效地检测从1 μm到上百μm量级的微粒。

2.2 油液光谱监控标准的制定

磨损元素界限值是判断发动机是否产生磨损故障的基本标准。针对不同磨损特点，选择的监控参数包括浓度值和增长率。其中，浓度值由光谱仪测定，浓度增长率由一定的公式算出。选择浓度增长率界限值是因为某些磨损元素虽未超过浓度界限值，但浓度变化率较大时，发动机很可能存在异常磨损。浓度界限值分为警告、异常两档，当重要元素如铁、铜、铝、镁、银、钛等检测数据超过浓度警告值时，说明已有故障的苗头，应及时跟踪分析，采取缩短采样间隔、加强检查等措施，保证不漏报故障。当检测数据超过浓度异常值或浓度增长率异常值时，要对可能产生的故障分析判断，确定发动机分解和更换部件。

在发动机维修中，当油液光谱监控发现异常时，一定要结合发动机实际情况，综合分析确定发动机是否继续使用。(1)当金属元素超过规定的界限值时，应对照金属

材料表分析可能的部位、原因，同时检查油滤、磁塞、振动值以及轴承噪音等，以确定发动机能否继续使用。(2)在重要元素(如铁、铜、银等)出现超标时，不能轻易更换滑油，否则会掩盖问题，不能及时发现故障;次要元素(如硅、锌、隔等)超标时，在发动机无其他相关故障征兆的情况下，可更换滑油、清洗系统。(3)要正确处理

异常超标。

2.3 检测航空发动机滑油试验

图1是航空润滑油在某型航空发动机滑油系统各阶段磨损情况趋势图，从图中可

以看出，该发动机中磨损金属元素铁、铜、镁都在正常水平以下(未超过监控标准)，且随发动机运转时间的增加呈增长趋势。因此在发动机运行结束最后1个油样进

行了铁谱与自动磨损分析，结果如表1、表2所示。铁谱分析图片如图2所示。

比较表2(发动机为1#，运行时间为60 h)中铁谱分析和磨粒分析结果可以看出，

切削、严重滑动以及疲劳磨损结果的对应性比较好，如铁谱技术中最大疲劳磨损尺寸为50.2 μm，而磨粒自动磨损技术中最大疲劳磨损尺寸为54.6 μm。从图2可

以观察到，谱图中存在少量的大颗粒。综合分析结果可看出，铁谱技术和磨粒技术发现了少量的大颗粒的磨损颗粒，但未超过监控标准，表明本发动机磨损正常。2.4 检测汽车发动机滑油试验

表3是对某型号的汽车发动机所用滑油进行光谱分析数据。从表3数据可以看出，铁、铜浓度明显偏高。铁谱分析发现油中存在大量铁磁性磨粒和铜合金磨粒，其中包括较多以铜合金为主的粘着磨粒，以及较多的腐蚀磨粒等，见图3。据此判断发动机发生了较严重的异常磨损，经拆检表明发动机轴瓦已经严重损坏。

发动机运行与维修过程中磨损监控是一项十分重要的工作，油液光谱分析和铁谱分析可以提供大量机械磨损的信息，便于及时发现故障的部位和形貌。我们相信，随着科学的不断发展，人员素质的提高，在机械系统模型和摩擦学知识，采用以原子发射光谱分析为主，结合铁谱分析技术，磁塞监测、油品分析等多种方法的综合监测诊断系统，才能可靠地监控与诊断发动机磨损类故障。

【相关文献】

［1］吴振锋，左洪福，孙有朝.航空发动机磨损故障分析及诊断技术述评［J］.航空工程与维修，2002(6):42－43.

［2］中国人民解放军空军第一航空机务学校.发动机构造讲义［M］.中国人民解放军空军第一航空机务学校，1980:121－123.

［3］关子杰.润滑油与设备故障诊断技术［M］.北京:中国石化出版社，2002(3):63－71.