4.Техническая диагностика по изменению физико-механических параметров

4.1 Диагностика деталей, омываемых маслом

Отклонения металлургических или механических свойств материала и размеров деталей могут служить причиной местного разрушения поверхностного слоя металла. В процессе развития неисправности поток масла уносит оторванные частицы от места разрушения. Присутствие в масле таких частиц используется как индикатор неисправности. Такой метод оценки технического состояния деталей называется трибодиагностикой.

Интервал времени от начального момента разрушения поверхности до ее полного разрушения достаточно велик, что позволяет выявить неисправность на ранней стадии ее возникновения. Однако необходимо различать продукты нормального износа, имеющего место при эксплуатации, от частиц, появляющихся при разрушении или внесенных при изготовлении или ремонте двигателя.

Металлическая производственная стружка, внесенная при сборке, характеризуется наличием на ее поверхности темных участков, а также волокнистой и рваной поверхностью. При нормальной эксплуатации ГТД железные частицы износа образуют в масле пастообразную массу с низкой вязкостью. Они не оказывают заметного влияния на работу двигателя. Размеры таких частиц составляют порядка 25 мкм.

Для выявления неисправности особое внимание надо уделять характерным признакам частиц, указывающим на начальную стадию разрушения, так при разрушении подшипников частицы представляют собой яркие сверкающие округленные элементы стружки. Материал стружки имеет мелкозернистую структуру с полировочными пятнами, которые образуются в процессе вращения. Размеры таких частиц составляют 250-1500 мкм.

В качестве характеристик частиц при их анализе с целью оценки могут быть использованы следующие признаки: размеры, форма, структура, цвет, количество и другие специальные характеристики.

Имеющаяся тесная связь между скоростью износа и накоплением частиц в масле, позволяет использовать информацию о свойствах масла и наличии частиц в нем в качестве диагностической для распознавания изменений в состоянии двигателя.

Сбор и регистрация этой информации осуществляется с помощью следующих методов и средств:

• масляные фильтры;

• магнитные пробки (ферромагнитный метод);

• электрические детекторы стружки;

• контроль омического сопротивления масляной пленки;

• спектральный анализ масла;

• анализ оптических свойств масла;

• анализ физико-механических свойств масла.

Масляные фильтры с металлической сеткой не обеспечивают задерживание частиц, размер которых меньше размеров ячейки сетки. В результате этого, значительная часть диагностической информации теряется. Введение в масляную систему магнитных пробок, рис. 17, и электрических детекторов, устраняет этот недостаток.

Место установки магнитных пробок должно выбираться таким образом, чтобы поток масла и центробежные силы отбрасывали частицы металла к магниту.

Электрические детекторы срабатывают при замыкании металлическими пластинами двух электродов, расстояние между которыми определяет размер улавливаемых частиц.

Контроль долива масла позволяет оценить тенденцию изменения расхода масла. Рост расхода масла, в большинстве случаев, свидетельствует об уходе масла через систему суфлирования.

Контроль омического сопротивления масляной пленки основан на том, что масляный слой между трущимися деталями является диэлектриком и обладает большим омическим сопротивлением. При наличие дефекта в трущейся паре, толщина слоя масла уменьшается и омическое сопротивление падает.

Принципиальная схема измерения проста: к вращающемуся валу прижимается медно-графитовая щетка, другой контакт электрической цепи выводится на корпус двигателя; между контактами устанавливается омметр.

Опыт использования рассмотренного способа показывает, что он позволяет выявить дефекты шестерен и подшипников на несколько часов меньше, чем на них среагирует сигнализатор количества стружки накопительного типа.

В настоящее время широкое распространение получили спектральные методы анализа смазочных масел:

а) атомно-эмиссионный;

б) атомно-абсорбционный;

в) атомно-флуоресцентный.

Схема установки, реализующей атомно-эмиссионный метод, представлена на рис. 16

Рис.16

1- генератор; 2,3 – электроды; 4 – ванна с маслом; 5 – линза – конденсатор; 6 – входная щель; 7 – дифракционная решетка, обеспечивающая разложение излучения в спектр; 8 – выходные щели; 9 – фотокатоды электронных умножителей.

Спектр характеризует химический состав продуктов износа, находящихся в пробе масла. Метод чувствителен к изменению температуры.

Атомно-абсорбционный метод основан на преобразовании находящихся в пробе масла составных элементов в атомный пар при температуре плазмы и освещении его светом, излучаемым исследуемым элементом. Атомный пар поглощает свет с длиной волны, равной длине волны спектра исследуемого элемента. При этом интенсивность излучения источника света падает пропорционально концентрации исследуемого элемента в масле. Измерения производятся фотодетектором. Метод нечувствителен к изменению температуры.

Атомно-флуоресцентный метод, в некотором смысле аналогичен атомно-эмиссионному, однако используется при определении ничтожно малых концентраций элементов

К недостаткам спектральных методов можно отнести:

• невозможность установления характера износа;

• спектрометры не реагируют на наличие в масле частиц больших (более 10 мкм) размеров;

• оборудование сложно, громоздко и дорого, а его эксплуатация требует квалифицированных специалистов.

Спектральный анализ позволяет определить ничтожно малые концентрацию химических элементов в масле. Например, установка МФС-3 позволяет выявить наличие в масле до 10 любых металлов за 2-2.5 мин. Зная характерные легирующие элементы для материала каждой детали можно определить какая из деталей изнашивается. График изменения уровня концентрации железа в масле от наработки двигателя представлен на рис. 18.

Спектральный анализ позволяет выявить до 94% неисправностей масляной системы.

Анализ физико-химических свойств масла заключается в измерении его плотности, вязкости и других характеристик.

Выбор методов и средств диагностирования для конкретного двигателя определяется условиями обеспечения необходимого уровня безопасности полетов и эксплуатационными расходами.

Схема сбора диагностической информации о работе масляной системы ГТД приведена на рис.19.

Рис.17

1-клапан; 2-окно; 3-постоянный магнит; 4-штуцер; 5-пружина

Рис.18

1 – исправный двигатель; 2 – неисправный двигатель;

3 – допустимая концентрация Fe в масле.