水污染对飞机油液系统影响综述*

李健聪 梁圣伟 杜传斌

(海军航空装备计量监修中心 上海 200436)



水污染对飞机油液系统影响综述*

李健聪 梁圣伟 杜传斌

(海军航空装备计量监修中心 上海 200436)

通过论述油液系统中水污染的来源、特点、危害及水含量的主要测试方法,针对部队实际工作情况,提出几点预防和控制水污染的方法。

水污染; 故障诊断; 油液监控; 预防控制

Class Number V355.2

1 引言

油液监控已经成为飞机故障诊断和状态监测的重要手段之一,油液中水分的监测作为油液监控的方法之一,在部队实际工作中还未引起足够重视。国内外大量事实表明,油中水分的存在是引起飞机机械故障的重要原因之一,从某种意义上来说,油液的水污染甚至早于颗粒污染,能够更早期地预报故障。因此,必须十分重视飞机水污染的控制。

2 水污染来源

飞机油液系统中的水污染物主要来源于四种途径,一是油液在生产过程中带来的水,油液一般是从原油生产出来的,原油中一般含有水,原油加工的第一道工序基本上都是脱水,脱水不干净会导致成品油中含有水分。二是油液在运输过程中从运输设备中掺入的水分,特别是通过油船、槽车运输的燃料油。油船卸油返航时需要在油舱中放入压舱水,以维持油船返航时航行的安全。压舱水清除不干净会掺入下次装载的燃料油中。槽车行驶过程中会因为风吹雨淋而使燃料油中掺入水。三是油液在储存过程中从空气中摄入水分。油库油罐中的油液一般和大气相通,随着昼夜温度的变化,白天高温时油液溶解吸收空气中的水分,晚上低温时溶解水析出沉降在油罐的底部,此种过程长期进行,油罐中的油液会出现大量的水分。四是油液在加注到用油设备的过程中从周围环境中带入的水分,特别是在下雨、大雾等潮湿环境条件下。油液在含有水冷系统的用油设备中运行时也可能因密封不严、水管或水冷却器渗漏而进入水分。

飞机液压和润滑系列油液中的水主要来自大气中的潮湿空气和淋水等工作环境。如液压油箱加油口残存的水分、增压空气中的水气、作动筒活塞杆外露部分凝结的水雾等,都极易进入系统,特别是阴雨天更是如此;水分是航空滑油中最常见的液体污染物,比如当发动机停车后,滑油箱沉淀区含水量最高可达4.7%;一些地面液压设备容易储存水分,在外场曾多次发现油泵车在油泵出口、出口油滤壳体内积存有大量水分,成为飞机系统水污染源之一;另外,新油保管不善,也会造成水分污染。

3 水污染的特点

油液中水分有溶解、悬浮(乳化)和游离三种状态。溶解水以溶解状态与油品分子相结合形成的单一相系,不影响油品的透光特性;悬浮水则是以细小颗粒分散悬浮在油中,形成油水两体系,外观上油品浑浊;游离水则是沉降在容器底部或附着在容器壁上的单一相体系。

油液中水污染的特点主要是其三种状态之间的相互转换关系。主要与压力、温度、油液的成分、流速等因素有关。随着压力、温度、流速等条件的变化,油液中存在的溶解水、乳化水和沉降水之间是可以相互转化的。

4 水污染的危害

油液中水的危害主要表现在以下几个方面:

1) 引起腐蚀

水与油液中的金属硫化物和氯化物(来自某些添加剂)作用产生酸性物,发生酸腐蚀,尤其是游离水常易附着在零件表面,会进一步发生氧化腐蚀。经验表明,当油液中同时存在固体颗粒和水时,水对元件的腐蚀作用比水单独存在时要严重得多。这是因为固体颗粒会磨去元件表面的氧化物保护膜,使元件不断暴露出新的表面,致使水的腐蚀作用加剧。

2) 加速油液氧化变质

水使油液氧化和乳化,并会与添加剂发生化学作用,产生沉淀物和胶质,这为微生物快速繁殖创造了条件,从而加速了油液氧化变质并进而引起故障。表1给出了油液氧化速度同水和颗粒之间的关系。

表1 液压油氧化速度同油中污染物的关系

3) 低温结冰

游离水低温结冰会堵塞液压系统中的小孔、间隙和油滤,导致故障。

4) 破坏油膜强度,降低润滑性能

游离水很容易与金属表面结合以取代原来的润滑油膜位置,使润滑性降低,增加了活动配合面的摩擦力。

例如:1985年某歼击机新机在一次试验飞行时,因地面液压加油车混入雨水污染到机上,引起系统普遍锈蚀,起落架电磁开关被锈蚀卡死,致使一架飞机着陆时无法正常放下起落架,最后使用了应急系统才保证了安全着陆。事后检查,发现共有4架飞机发生水污染,使液压附件严重锈蚀,导致了4架飞机71项412件重要附件的报废。不仅危险及到飞行安全,而且造成直接经济损失近百万元。

5 水污染的预防与控制

油液污染控制与飞机的可靠性和使用寿命有着直接关系,油液污染控制不能仅仅只关注固体颗粒的污染,水污染的预防和控制也同样重要,特别是对于作战区域较为特殊的部队,在各种演习、出访、护航等任务繁多的当前形势下,更需要重视水污染的预防和控制。

含水量控制指标应以吸水饱和度为极限,美军标MIL-H-5440H《飞机液压系统通用规范》和我国军标GJB3058《飞机Ⅰ、Ⅱ型液压系统污染度验收水平和控制水平》均规定飞机液压系统含水量控制指标为不大于250ppm,新油为不大于100ppm。水含量的检测可采用微量水分测定仪进行,检测精度为ppm级。目前液体石油产品水分含量测定主要有蒸馏法、红外(近红外)以及卡尔·费休法方法,其检测原理、检测误差大小各不相同,适用测试水分含量范围也不一样。

微量水分测试主流方法为卡尔·费休法,卡尔·费休法测量水分主要有库伦法和容量法两种,两种方法最大的区别主要在于I2的来源不同,容量法中的I2来自于滴定试剂,而库伦法中的I2则通过电解含离子的电解液产生,通过电解池的电量与I有着严格的定量关系的,因此库伦法有着更高的测量精度,它测定的速度和分析过程比容量法要快,准确度更高。现将库伦法介绍如下:

库伦法测定水分含量主要以三氯甲烷、甲醇和卡氏试剂为电解液,用2mL～5mL试样可定量的检出1ppm的水分。本方法是基于在含恒定碘的电解液中通过点解过程,使溶液中的碘离子在阳极氧化为碘,反应过程如下所示:

阳极:

2I-—2e→I2

产生的碘又与试样中的水分反应:

H2O+SO2+I2+3C5H5N→
2C5H5N·HI+C5H5N·SO3

生成的硫酸吡啶又进一步和甲醇反应:

C5H5N·SO3+CH3OH→C5H5N·HSO4CH3

反应终点通过一对铂电极来指示,当电解液中碘浓度恢复到原定浓度时,点解即自行停止,根据法拉第点解定律即可求出试样中相应的水含量。

试样含水量用X(ppm)计算:

式中:Q2为试样消耗电量,mC;Q1为空白试验消耗电量,mC;V为试样体积,mL;p为取样时试样的密度,g/mL;t1为试样分析消耗时间,s;t2为空白试验消耗时间,s;18为水的分子量;2为水的当量数;96500为1g当量水消耗的电量数,mC。

最后取重复测量的两个结果的算术平均值作为试样的含水量,并且两次测试结果之间差值应符合重复性要求。

但水的污染控制技术仍需进一步研究解决,特别是研究更为有效、实用的油水分离技术。对于水污染的预防和控制,各部队应注意以下几个方面:

1) 防止水污染的侵入,从源头上保证污染生成率

(1)加强对油料的管理和检测,杜绝不符合规定的保存和运输。

(2)严把油料添加关,确保添加无污染。

(3)保持工作环境的清洁。

(4)保持人员和工具清洁。

2) 提高认识,抓好油液监控工作

重点抓好水分的测试工作。但时至今日,各部队对于水分的测试设备配备还不够普及,对于其控制措施还基本空白,水分的危害与固体污颗粒的危害不相上下,需要十分重视。

3) 清洗系统污染

(1)定期清洗或更换飞机系统过滤器滤芯。

(2)严格检查液压系统和滑油系统的密封性。

(3)对污染严重的飞机采取换油、清洗等措施。

6 结语

是对新油还是对在用旧油,水分都是一项重要的必检项目。油中过多的水分将严重影响设备的使用效果,必须将油中的水分含量控制在尽可能低的程度。随着油液监测技术的更新发展,水分的监测方法和手段也将更加完善。

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Influences of Water Pollution on Plane Fuel System

LI Jiancong LIANG Shengwei DU Chuanbin

(Metrological Supervision and Maintenance Center of Navy Aviation Equipment, Shanghai 200436)

By discoursing sources, features, damages of water pollution of fuel system, and the main testing methods of water content, methods of preventing and controlling water pollution are proposed, aiming at actual working situation of troops.

water pollution, fault diagnosis, monitoring fuel, prevention and control

2014年12月2日,

2015年1月28日

李健聪,男,助理工程师,研究方向:航空油液检测。梁圣伟,男,工程师,研究方向:航空油液检测。杜传斌,男,硕士,助理工程师,研究方向:航空油液检测。

V355.2

10.3969/j.issn1672-9730.2015.06.005