3.5. Способы контроля продуктов износа деталей гтд, омываемых маслом

Оценка динамических напряжений, возникающих в поверхностном слое материала контактирующих деталей, весьма сложна, и в процессе эксплуатации не исключена возможность разрушения деталей от переменных нагрузок.

Образование раковин в местах контакта деталей приводит к росту концентрации напряжений и дальнейшему разрушению материала. Полный отказ при такой схеме разрушения наступает по истечении определенного времени, величина которого зависит от условий эксплуатации. В процессе постепенного разрушения деталей поток масла, омываемый их, систематически уносит продукты износа от места разрушения. В этом случае масло можно успешно использовать как носитель информации. Сигналом обнаружения неисправности является присутствие в масле частиц, выносимых от трущихся деталей.

Диагностирование состояния деталей ГТД, омываемых маслом, требует для предотвращения необоснованного съема двигателей с эксплуатации умения различать продукты нормального износа деталей, имеющего место в процессе всего периода эксплуатации двигателя, от металлических частиц, появляющихся при разруше­ниях, приводящих к отказу, и при внесении в двигатель металли­ческих частиц при осмотрах или ремонтах.

Промежутки времени, через которые необходимо проводить ана­лиз продуктов износа деталей, обычно устанавливается эксперимен­тально.

При исследовании продуктов износа особое внимание необхо­димо обращать на наличие характерных признаков, указывающих на начало разрушения деталей. Так, все частицы, отделившиеся от материала разрушающегося подшипника, изготовленного из высо­копрочной стали, представляют собой яркие сверкающие скруглен­ные стружки. Материал стружки имеет мелкозернистую структуру с полировочными пятнами.

Частицы от разрушенных дорожек качения шариковых подшип­ников имеют темный цвет с характерными признаками расколотой поверхности.

При анализе частиц могут использоваться такие характерные признаки, как размеры, форма, цвет, количество, структура.

Метод обнаружения неисправностей по анализу металлических частиц прост и относительно невысок по стоимости. Эффективность данного метода определяется в основном развитием обратной связи между центром по обработке информации и эксплуатирующим под­разделением.

3.6. Диагностирование путем отбора и исследования проб масла

Применение этого метода основывается на допущении, что при взаимном перемещении кон­тактирующих поверхностей деталей происходит их износ и перенос субмикроскопических частиц износа потоком масла. Содержание продуктов износа в пробах масла можно определить спектральным или химическим способами.

В настоящее время технически представляется возможным в каждой пробе масла определить содержание всех характерных элементов продукта износа.

При анализе проб масла, осо­бенно в условиях эксплуатации, встречаются существенные труд­ности. Так, спектральный или химический анализ проб масла оп­ределяет общее содержание посторонних примесей в масле, но не устанавливает, является ли данное количество примесей продуктом износа или оно входит в состав исходного наработавшего масла. Кроме того, в состав применяемых противоизносных присадок ма­сел входят элементы, которые поступают в масло в виде продуктов износа. Поэтому использование данного метода должно предпола­гать анализ исходного масла и учет его первоначального химиче­ского состава.

Проводя анализ проб масла для диагностирования ГТД, необ­ходимо при отборе и хранении соблюдать определенные правила, исключающие получение ошибочных результатов. Пробы масла необходимо отбирать в ту лабораторную емкость, в которой они будут подвергаться анализу. В качестве такой емкости могут ис­пользоваться чистые стандартные пробирки.

Особое внимание необходимо уделять выбору мест отбора проб масла. Они должны отбираться из той части маслосистемы, где продукты износа распределены равномерно. При отсутствии спе­циальных мест отбора пробы можно отбирать через отверстие для масломерной линейки при помощи полихлорвиниловой трубки.

Оценка количественного и качественного изменения концентрации продуктов износа, находящихся в пробах масла, может производиться несколькими способами.

Массовый анализ продуктов износа основан на выделении из пробы осадка, взвешивании и вычислении его концентрации. Практически массовый анализ может иметь высокую степень точности, но сопряжен с трудностями, связанными с необходимостью фильтрования, растворения навески, оседания, промывки осадка, высуши­вания и взвешивания.

Объемный анализ основан на измерении объемов растворов, содержащих эквивалентные количества реагирующих между собой веществ, при условии, что концентрация одного из растворов точно известна. По этим данным можно вычислить количество механических примесей в пробе масла. Этот метод по сравнению с массовым методом менее трудоемок и требует меньшей затраты вре­мени.

Колориметрический анализ является оптическим способом фи­зико-химического анализа и основан на сравнении окраски раствора исследуемого вещества с окраской стандартного раствора того же вещества. В большинстве случаев между интенсивностью окраски раствора и его концентрацией существует прямая зависимость: чем интенсивнее окраска раствора, тем больше его концентрация. Существующие колориметрические приборы, используемые для определения цвета ГСМ. Так, при ис­пользовании колориметра УНИОН или КН-51 окраску исследуемого раствора сравнивают с цветом 12 стандартных цветных стекол разной интенсивности от белого до ярко-красного.

Дальнейшим развитием колориметрического способа является фотоколориметрический, который отличается более высокой точностью и производительностью. Практика применения этих способов свидетельствует о том, что они дают хорошие результаты по определению концентрации железа в масле. Точное определение наличия и концентрации других элементов в масле этими спосо­бами затруднено.

Полярографический анализ продуктов износа, находящихся в масле, основан на наблюдении за процессами окисления или восстановления на ртутных или других электродах. Анализ производится путем изучения полярограмм, полученных при помощи полярографов. Полярограммы выражают зависимость силы тока от приложенного напряжения, которое постоянно увеличивается, пока не достигает потенциала, при котором происходит выделение вещества. При этом происходит разряд и сила тока, возрастая, достигает предельного значения, величина которого прямо пропор­циональна концентрации вещества в растворе. По мере разряда ионов уменьшается концентрация в приэлектродном слое, но вследствие диффузии она постепенно выравнивается.

Эмиссионная спектроскопия—это физический метод определения качественного и количественного состава вещества, основанный на изучении спектра, который испускается веществом в парообразном состоянии. В каком-либо источнике света (газовом пламени, электрической дуге, искре и др.) возбуждается спектр пробы, который регистрируется спектрометром. Обнаружение в спектре линий, характерных для определенного элемента, и идентификация их по специальным таблицам и атласам спектральных линий элементов позволяют определить элементарный состав вещества (качественный анализ). По интенсивности характерных линий (визуально или с помощью специального прибора) устанавливают количественный состав вещества (количественный анализ). Данный способ анализа дает возможность определять в масле содержание материалов и некоторых зольных элементов, например кремния.

Способ спектрального анализа масла трудоемок вследствие -сложности изготовления эталонов. Так, если принять, что характер­ными элементами для большинства деталей двигателя, омываемых маслом, являются железо, медь, хром, свинец, алюминий, то эталоны для анализа необходимо готовить в виде пятикомпонентной смеси химически чистых окислов этих элементов на основе окисла магния.

Применение спектров эталонов для анализа проб масла имеет, существенный недостаток, заключающийся в том, что сами спектры не содержат информации о техническом состоянии деталей, омы­ваемых маслом.

Из безэталонных методов спектрального анализа масла наиболее эффективным является экспрессный анализ масел с фотоэлектрической регистрацией интенсивности спектральных линий. При использовании данного метода проба масла сжигается в дуговом разряде между двумя угольными электродами, а в каче­стве регистрирующих приборов используются фотоумножители, которые позволяют определять концентрацию элементов во всем диапазоне значений, возможных при работе двигателя. Затрата времени для получения результатов данного способа анализа про­бы масла составляет 7—8 мин.

В настоящее время существуют различные точки зрения на воз­можность использования метода спектрального анализа масла как метода для раннего обнаружения неисправностей ГТД. На основа­нии опыта применения данного метода специалисты ВЕАД считают, что данный метод не всегда эффективен для прогнозирования отказов двигателей и может успешно дополнять контроль магнит­ных пробок и масляных фильтров.

Выбор метода диагностирования состояния деталей ГТД, омы­ваемых маслом, в каждом конкретном случае необходимо произво­дить с учетом влияния его на безопасность полетов, надежности и стоимости эксплуатации.